［摘 要］ 介质损耗测量是电力系统检测高压电气设备的常规项目；变频测量是一种新的抗干扰技术。文中详细介绍了介质损耗变频测量仪变频测量的基本原理和系统设计的关键技术。
［关键词］ 介质损耗；变频测量；抗干扰技术
1 概述
所谓电介质就是指绝缘材料。在电压作用下电介质中产生的损耗称为介质损耗或介质损失。如果电介质损耗很大，会使电介质温度升高，发生老化（发脆、分解等），若介质温度不断上升，甚至会使电介质熔化、烧焦，丧失绝缘能力，因此电介质损耗的大小是衡量电介质性能的一项重要指标。
电力系统中常用测量介质损耗角的方法来判断高压电气设备的绝缘情况。所谓介质损耗角就是电介质上电压和电流夹角的余角。一般情况下，电介质损耗的等值回路用电阻和电容的串联或并联来表示，如图1—1所示。对于并联等效电路，从向量图上可以看出：
可见tgδ是只与材料特性有关，而与材料尺寸、体积无关的物理量，所以用测量介质损耗角来判断高压电气设备的绝缘情况，特别是对绝缘受潮、老化变质等分布性缺陷是卓有成效的。
由于高压电气设备的介质损耗一般都比较小，对测量的精度要求高，在现场测量时易受到各种形式的干扰，因此要精确测量现场设备的介质损耗难度较大。传统测量方法是电桥法，我国目前广泛使用的是qsi型西林电桥，但这一装置抗干扰能力很差，为此曾提出了不少的解决方法：如屏蔽法、移相电源法或倒相法等，然而这些方法在现场采用均有缺陷；而目前国内外以信号变换处理技术为主体研制的各种自动测量设备总的来说处于使用和研制并举的阶段，竞争激烈。这些自动测量设备各有特点，共同的局限性是抗外界电网工频强电场对测量回路样信号频率的变化，而是引起取样信号相位差的改变，从而使介损测量产生很大误差。
对于介质损耗现场测量中存在的外界同频干扰，其产生的根本原因是：测量装置内部产生的高压测量电源是由输入工频供电电源直接升压得到，而此供电电源与产生强电场干扰的电网是源于同一供电系统，即两者具有相同的频率。
通过试验分析发现，如果将测量装置内测量电源的频率偏离工频50hz，则上述同频干扰就变成了异频干扰，就可用频域“鉴相”或“频谱分析”的方法消除此干扰，另外，合理选择测量电源的频率偏离量（50hz±δ％），可以消除实际电网的频率漂移（一般±0．5hz以内）对测量产生的异频干扰。
2 变频测量的基本原理
变频法测量介质损耗的原理可阐述为：将试验变频电源加在被测设备的测量回路中，从回路中采样电压和电流信号，利用数字滤波器对采样序列进行滤波，去除干扰信号，再用傅里叶变换，求出电压和电流的幅值和相位，最后计算出tgδ和cx值。
2．1 从离散信号中求出基波的幅值和相位
设对正弦信号x（t）＝asin（2πf0t＋φ）进行抽样截取后，得到的有限长序列为：
所以当整周期截取时，可以利用fft变换，把原有用信号从离散信号中提取出来，提取出的是原信号的幅值和相位（傅里叶输出是以实部、虚部的形式）。
2．2 介损计算中，电压、电流幅值和相位的提取
对电流：
2.3 计算试品介损参数
从电压、电流信号中提取电压电流的幅值和相位后，就可以利用下式计算试品的tgδ和cx值。
3 变频测量系统设计
整个测量装置由以下几部分组成：锁相环控制的数据采集电路；变频电路；单片机测量系统；外设及接口；直流工作电源。其中变频电源是利用数字调频技术设计的大功率电源，其输出电流的频率可由单片机控制，频率变化范围30～80hz，最大输出功率可达1．5kw。整个单片机测量系统的硬件结构见图3—1。
3．1 信号采集及调理
信号取样通道包括隔离放大、滤波、锁相环倍频电路等部分组成。
取样方法经分析比较测量误差后采用固定采样点数和采样间隔的方式，电压和电流信号每周期取样点数固定为n，采样间隔δt＝1／（nf0），采样间隔由锁相环倍频电路来控制。由于n是固定的，当选择n＝2 m（m为正数）时，还能利用取样数据方便地进行波形分析（如dft、fft运算等）。但需注意的是电压和电流测量要保证“同时性”，即所测得的电压和电流是同一时刻所对应的值，这可以利用同一个采样信号控制两个a／d芯片来实现。
由于电源的频率是变化的，要保持对应于变频电源基波每周期的采样点数固定，用内部时钟同步的办法控制采样频率是很困难的。只有依靠与采样信号频率一致的外部时钟来控制采样，方能实现每周期定点数采样。为了保证外部时钟能时刻跟踪参考信号的频率，测
