绝缘油介损及体积电阻率一体化测试系统研究
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摘要
绝缘油的介质损耗因数、体积电阻率测量，是判断绝缘油的劣化与污染程度的有效预防性试验，是保障变压器、油断路器等充油电力设备安全运行的重要手段。然而，目前所使用的绝缘油介质损耗因数、体积电阻率测试系统存在着测量精度低、测量结果重复性不好、控温系统不能满足控温要求、操作不便等缺陷，针对这一现状，本文对绝缘油介损及体积电阻率一体化测试系统进行了研究。
对油介损及体积电阻率测量时，首先要在15分钟内将油温从室温升到90℃并保持恒定，因此对恒温控制系统要求较高。本文对恒温控制系统进行了研究，提出了以中频感应加热方式取代原有的电阻炉加热方式，设计了一种分段控制的积分分离式数字PID控制器来控制中频感应加热装置，并通过通信设计将恒温控制系统与介损及体积电阻率测试系统有机结合为一体机，实验结果表明该恒温控制系统完全满足介损及体积电阻率测试中的控温要求。
本文对现代介质损耗测量技术进行了分析与比较，采用过零鉴相比较法作为介质损耗测量方法，并结合外施高频脉冲技术、通道自校正技术、抗谐波技术，设计了高精度介质损耗测量电路，有效提高了介质损耗测量的精度，减小了测量误差。本文还对绝缘油体积电阻率测量电路进行了研究，针对体积电阻率测量中测量信号小且变化范围大的特点，设计了十六级自动换档的程控放大电路，以使很小的测量信号在大的变化范围内具有良好的线性度和测量精度，提高了体积电阻率测量结果的稳定性。
本文还设计了以AT89C55WD单片机为核心的控制处理系统的外围接口电路及其软件，对主要功能部分进行了分析，主要包括：键盘／液晶显示接口及界面设计、微型打印机接口、实时日历时钟芯片DS12C887、单片机与单片机及单片机与上位机的通信设计以及控制系统硬件抗干扰措施等。
最后采用所研制的绝缘油介损及体积电阻率一体化测试系统对不同油样进行了实测，并对实测结果进行了分析。
The measurement of dielectric loss and volume resistivity is effective preventive tests to judge insulating oil isolation status of polluted and aging, and it's important method of ensuring the safe operation of transformer and oil-filled circuit breaker, etc. However, the measuring systems of insulating oil dielectric loss and volume resistivity used at present exist the shortcoming of low accuracy, weak repeatability, inconvenience, and its thermostatic control system can't meet the challenge. So, this paper researches the principle of measuring system of insulating oil dielectric loss and volume resistivity.
During the measuring process, the insulating oil must be heated and kept at 90℃ in 15 minutes. Medium-frequency induction heating method is presented to instead of the electrical resistance furnace heating method on chapter 2, and a kind of subdivision-controlled integral-separated digital PID algorithm is designed to control the medium-frequency induction heating apparatus. The experience results indicated the reliability of this kind of thermostatic control system.
The analysis and compare about modern dielectric loss measuring methods are presented on chapter 3, and the zero-crossing testing phase discrimination method is adapted as the measuring method of this measuring system. Furthermore, applied high frequency pulse technique, channel self-correction technique, anti-harmonic technique are used to increase accuracy and reliability of measurement. And a kind of 16-step automatic selective programmable amplifying circuit is designed in volume resistivity measuring circuit, so as to handle sampling little and broad signal.
The control and disposal system with the core of microchip AT89C55WD is analyzed on chapter 4. Main function unit such as the interface circuit of LCD display and keyboard, the interface circuit of micro-printer, real time clock DS12C887, and hardware anti-jamming technique are discussed. Actual measurement result for different oil sample is analyzed and compared on chapter 5.
对油介损及体积电阻率测量时，首先要在15分钟内将油温从室温升到90℃并保持恒定，因此对恒温控制系统要求较高。本文对恒温控制系统进行了研究，提出了以中频感应加热方式取代原有的电阻炉加热方式，设计了一种分段控制的积分分离式数字PID控制器来控制中频感应加热装置，并通过通信设计将恒温控制系统与介损及体积电阻率测试系统有机结合为一体机，实验结果表明该恒温控制系统完全满足介损及体积电阻率测试中的控温要求。
本文对现代介质损耗测量技术进行了分析与比较，采用过零鉴相比较法作为介质损耗测量方法，并结合外施高频脉冲技术、通道自校正技术、抗谐波技术，设计了高精度介质损耗测量电路，有效提高了介质损耗测量的精度，减小了测量误差。本文还对绝缘油体积电阻率测量电路进行了研究，针对体积电阻率测量中测量信号小且变化范围大的特点，设计了十六级自动换档的程控放大电路，以使很小的测量信号在大的变化范围内具有良好的线性度和测量精度，提高了体积电阻率测量结果的稳定性。
本文还设计了以AT89C55WD单片机为核心的控制处理系统的外围接口电路及其软件，对主要功能部分进行了分析，主要包括：键盘／液晶显示接口及界面设计、微型打印机接口、实时日历时钟芯片DS12C887、单片机与单片机及单片机与上位机的通信设计以及控制系统硬件抗干扰措施等。
最后采用所研制的绝缘油介损及体积电阻率一体化测试系统对不同油样进行了实测，并对实测结果进行了分析。
The measurement of dielectric loss and volume resistivity is effective preventive tests to judge insulating oil isolation status of polluted and aging, and it's important method of ensuring the safe operation of transformer and oil-filled circuit breaker, etc. However, the measuring systems of insulating oil dielectric loss and volume resistivity used at present exist the shortcoming of low accuracy, weak repeatability, inconvenience, and its thermostatic control system can't meet the challenge. So, this paper researches the principle of measuring system of insulating oil dielectric loss and volume resistivity.
During the measuring process, the insulating oil must be heated and kept at 90℃ in 15 minutes. Medium-frequency induction heating method is presented to instead of the electrical resistance furnace heating method on chapter 2, and a kind of subdivision-controlled integral-separated digital PID algorithm is designed to control the medium-frequency induction heating apparatus. The experience results indicated the reliability of this kind of thermostatic control system.
The analysis and compare about modern dielectric loss measuring methods are presented on chapter 3, and the zero-crossing testing phase discrimination method is adapted as the measuring method of this measuring system. Furthermore, applied high frequency pulse technique, channel self-correction technique, anti-harmonic technique are used to increase accuracy and reliability of measurement. And a kind of 16-step automatic selective programmable amplifying circuit is designed in volume resistivity measuring circuit, so as to handle sampling little and broad signal.
The control and disposal system with the core of microchip AT89C55WD is analyzed on chapter 4. Main function unit such as the interface circuit of LCD display and keyboard, the interface circuit of micro-printer, real time clock DS12C887, and hardware anti-jamming technique are discussed. Actual measurement result for different oil sample is analyzed and compared on chapter 5.
引文
[1] 朱祖清，林国庆，邓本辉。绝缘油介损测量中的油杯恒温控制系统设计。高电压技术，2003．12。
[2] 朱祖清，林国庆。绝缘油介损及体积电阻率一体化测试系统研究。高电压技术，已录用。
[3] 电力工业部电力科学研究院。DL／T596-1996。电力设备预防性试验规程。北京：中国电力出版社，1997。
[4] 国家标准局。GB／T 5654-85。液体绝缘材料工频相对介电常数、介质损耗因数和体积电阻率的测量。1985-11-25发布，1986-12-01实施。
[5] 陈化钢。电力设备预防性试验方法及诊断技术。北京：中国科学技术出版社，2001。
[6] 潘天明。现代感应加热装置。北京：冶金工业出版社，1996。
[7] 张靖，刘少强。检测技术与系统设计。北京：中国电力出版社，2001。117～139
[8] 衣承斌，龚艺，宋文晶。关于Pt100型铂热电阻温度变送器的研究。自动化仪表，1998，19(9)：9～10
[9] 曹承志。微型计算机控制新技术。北京：机械工业出版社，2001。150～170。
[10] 宋明刚，李跃忠，王亮，等。智能PID方法在高精度控温中的应用研究。测控技术，1997，16(1)：12～14。
[11] 林国庆。介质损耗数字化测量方法研究。高电压技术，2002，28(2)：3-4。
[12] 吴集光，潘留占，杨文丽。高压电气设备介质损耗测量方法综述。电子技术应用，1999．4：36-38。
[13] 吕延锋，钟连宏。介损测量技术及其最新进展。高电压技术，1996，22(2)：53-55。
[14] 廖瑞金，王忠毅，孙才新，等。电气设备介质损耗监测的谐波分析法及其特性。重庆大学学报(自然科学版)，1999，22(3)：67-71。
[15] 尚勇，杨敏中，王晓蓉，等。谐波分析法介质损耗因数测量的误差分析。电工技术学报，2002，19(3)：67-71。
[16] 蔡国雄，甄为红，杨晓洪，等。测量介质损耗的数字化过零点电压比较法。电网技术，2002，26(7)：15-18。
[17] 马为民，吴维韩。电源谐波对介质损耗测量的影响。清华大学学报(自然科学版)，1997，37(1)：65-68。
[18] 余永权。ATMEL89系列单片机应用技术。北京：北京航空航天大学出版社，2002。
[19] 李维諟，郭强。液晶显示应用技术。北京：电子工业出版社，2000。
[20] 林国清，李见为，王崇文。一种新型的时钟日历芯片DS12C887。国外电子元器件，2002．3：61～63。
[21] 王幸之，王雷，翟成，等。单片机应用系统抗干扰技术。北京：北京航空航天大学出版社，2000。101～138
[22] 邬家义。绝缘油检测项目的内在联系。变压器，1994．9：11～14。
[23] Xin-Hong Hang, Bai.E, Yan.Z. On-line Measuring Dielectric Loss Angle Of Capacitive-type Insulation By Using Digital Measurement Technique. Electrical Insulating Materials, 1995. International Symposium on, 17-20 Sept, 1995, Page(s): 275-278.
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[25] Min Ling, Hua Ren. Analytical Investigation For Causes Of Instability Of Dissipation Factor Of Insulating Oil. Properties and Applications of Dielectric Materials, 1988. Proceedings, Second International Conference on Properties and Applications on, 12-16 Sep 1988, Vol.1, Page(s): 74-77.
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