基于Nuttall窗频谱校正的介质损耗因数测量

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第31卷 第1期 仪 器 仪 表 学 报 Vol.31 No. 1 2010年1月 Chinese Journal of Scientific Instrument Jan. 2010

基于Nuttall窗频谱校正的介质损耗因数测量

万 全，高云鹏，罗志坤，徐值坚，卿柏元

（1 湖南省电力公司试验研究院 长沙 410007；2 湖南大学电气与信息工程学院 长沙 410082）

摘 要：采用旁瓣峰值电平小且旁瓣渐近衰减速率大的窗函数对信号加权可减轻非同步采样和数据截断对介质损耗因数tanδ测量的影响。本文分析了Nuttall窗的旁瓣特性，提出了基于Nuttall窗双谱线插值FFT的tanδ测量方法，运用多项式拟合求出了实用的插值修正公式，推导了信号初相角及tanδ的计算式，并介绍了基于该算法的测量系统的硬件实现方案。仿真和试验结果表明，Nuttall窗函数抑制频谱泄漏效果好，基于Nuttall窗的双谱线插值FFT方法克服了谐波干扰、基波频率波动及白噪声对tanδ测量的影响，且设计实现灵活，测量结果精确、稳定，可用于介质损耗因数tanδ的离线测量与在线监测。 关键词：介质损耗因数；Nuttall窗；插值FFT；谐波分析法；误差分析 中图分类号：TM835 文献标识码：A 国家标准学科分类代码：470.4017

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Dielectric loss factor measurement based on Nuttall window spectral correction

Wan Quan1, Gao Yunpeng2, Luo Zhikun1, Xu Zhijian1, Qing Baiyuan2

(1 Hunan Electric Power Company Test & Research Institute, Changsha 410007, China ; 2 College of Electrical and Information Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China)

Abstract：Windows with small side lobes and quick attenuation rate have been used to eliminate the errors of dielectric loss factor tanδ measurement caused by non-synchronized sampling and non-integral period truncation. The side lobe characteristic of Nuttall window is discussed and an approach for tanδ measurement based on Nut-tall window double spectrum line interpolation FFT is proposed. The applicable correction formulas of the inter-polation are obtained by using polynomial curve fitting function. The arithmetic expressions of fundamental initial phase and tanδ are deduced. The hardware implementation for the measurement system based on this approach is described. Simulation and test results show that Nuttall window function can restrain spectral leakage well, and the influences of harmonic interference, fundamental frequency fluctuation, sampling frequency and sampling time length and white noise on tanδ measurement are all overcome by using the approach presented in this paper. This approach can be realized neatly and achieve precise and steady results, which can be used in tanδ offline measurement and online monitoring.

Key words：dielectric loss factor; Nuttall window; interpolation FFT; harmonic analysis method; error analysis

现方法。后者因有较好的抗干扰性和稳定性，在国内外已被广泛采用。

非同步采样和数据截断时谐波分析法产生频谱泄漏和栅栏效应，影响谐波分析精度[4]。为了减小非同步采样和数据截断给tanδ测量带来的误差，文献[5]提出用解析变换与低通滤波分别消除负频分量和高次谐波的影响，文献[6]提出海宁窗、文献[7]提出Blackman窗、文献[8]提出Blackman-Harris加窗插值的介损测量方法，文献[9]

1 引 言

介质损耗因数(即介质损耗角的正切值tanδ)作为反映高电压电气设备如绝缘受潮、劣化变质或绝缘中气体产生放电等绝缘状况的重要指标，其准确测量对于电力系统安全、经济运行有着重要意义[1-2]。目前，介损的测量方法可分为两大类：一类是以过零比较器[3]为代表的硬件实现方法；另一类是以谐波分析法[5-13]为代表的软件实

收稿日期：2009-03 Received Date：2009-03 *