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摘要：本文对谐波分析法的基本原理进行了简述，并对基于谐波分析法的电气设备介质损耗检测方法进行了研究。对其特性进行了阐述，并对在实验室和现场测试环境中运行的性能和结果进行记录和分析。
关键词：谐波分析法；倍频跟踪；同步采样
引言
电气设备介质损耗指的是绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。传统的损耗检测仪器有西林电桥、电流比较型电桥、M型介质试验器等，但都有各自的局限性不适用于在线监测，为了对介质损耗进行实时监测，可以利用谐波分析法进行数字化监测。
一、谐波分析法监测的基本原理
简谐运动是最基本也最简单的机械振动，运动中物体所受的力跟其产生的位移成正比关系，并且总是可以指向平衡位置。简谐振动可以被视为正弦振动，无线电学中的简谐信号实际上就是正弦信号。
对于简谐运动的处理是规整且简洁的，但许多振动系统的运动却不是简谐运动而是周期性运动。谐波分析可以将任何关于时间的周期函数展开成傅立叶级数，即无限多个正弦函数和余弦函数的和的表示。但理论傅立叶变换与工程应用中的傅立叶变换是不同的，理论傅立叶变换是对整个时域信号的变换，而工程应用中的傅立叶变换所要处理的信号是经过采样和A/D转换得到的有限长信号与矩形窗信号的卷积。
谐波分析是信号处理的一种基本手段。在电力系统的谐波分析中，主要使用各种谐波分析仪对电网电压、电流信号的谐波进行分析，这类仪表的谐波分析次数一般设置在40次以下。谐波分析仪及相关波形图对于富含谐波的变频器输出PWM波，谐波主要集中在载波频率的整数倍附近，当载波频率高于基波频率40倍左右时，使用谐波分析设备会发现谐波含量近似等于零，不能满足谐波分析的需要。当载波频率固定时，谐波的频率范围相对固定，谐波次数与基波频率成反比，基波频率越低时，需要分析的谐波次数越高。分析时一般使用宽频带、运算能力较强、存储容量大的变频功率分析仪，同时选择仪表时还应选择合适带宽的传感器，因为传感器的带宽将限制进入二次仪表的信号的有效带宽。
运用数字化的模式对介质损进行实时的监测，采集被检测信号的波形变化、并对具体的信号值进行存储工作，在计算机中对数值进行分析与整合，保障监测的效果。然后在对波形进行转换，形成新的数字量，对其进行有机整合。
二、电气设备介质损耗监测的特性
第一，应该根据被测信号的变化方向为基础，采取系统化的方式对电压和电流进行数字化的处理。一般情况下，在电力系统运行时它的工作电压保持在50HZ左右，如果想在固定的周期内精准地采集到离散化的数据点，应该使用倍频跟踪的模式。锁相倍频跟踪部分一直对采集电路进行实时的监控，来于信号的前置处理进入锁相环电路，这个电路主要由锁相环和分频器两个部分组成，信号在这让两个装置中完成对应的锁相工作[1]。之后信号进入信号调整装置，对信号进行处理。通过控制手段进入到采样保持装置中去，使信号在规定的时间和点平之内。最后在电压和电流的作用下进入到A/D转换装置中，获取到需要监测的信息，同步到计算机中去。第二，同步采样。通过计算得出电压基波相角、电流基波相角、介质损失角的具体数值。
结合锁相倍频跟踪和同步采样电路图的监测模式，对采样保持中的电压和电流同时采取数字化的离散作用，保证采样工作的一致性和准确性。结合运行图可知，在进行监测时只采用了A/D转换装置，所以应该配置一个采样电路，保障信号转换的有序性。锁相倍频跟踪部分对整个采样电路进行跟踪处理，在信号经历一个循环后，应该由A/D转换装置发起对现有的电流和电压进行重新的转换，通过信号的两次操作，A/D转换装置正式完成数据的采集工作。
三、电气设备调试的结果和运行的性能
（一）实验室调试
对电气设备进行调试工作时，首先应该采用纯电阻代替原有的介损的数字化监测模式，对设备中的所有的构成部分的电压电流的角差值进行计算，并进行记录，为之后的计算做个好准备。在实验的过程中采集多组并联电路进行实验，从低电压开始，逐渐提高施加的电压，逐次记录形成的数据，当电压处于57V时，进行实际的测量。先采取数值对比的方式，选取含有谐波量较多和较少的两组数值进行对比测试，让两者保持在同一电压和电流之下，分析所达到的波形结果。当电源谐波含量较少时，电流与电压的波形处于圆润的状态，电流与电压有两个交汇点。当电源谐波含量较大时，电流与电压的波形处于不规则的状态，电流受到的影响较大电压在4U/V和-4U/V时处于持平的状态[2]。之后在实验室中对电子电路零漂的情况进行实验，对设备中硬件的电流情况进行适当的调整，增加漂移出现的频率，然后对电气设备运行情况进行测试。西林电桥的数值为4.56时，在电源谐波含量较少时，介损测量值为4.654，在电源谐波含量较多时，介损测量值为4.632，硬件有零漂的测量值为4.676；西林电桥的数值为0.57时，在电源谐波含量较少时，介损测量值为0.61，在电源谐波含量较多时，介损测量值为0.624，硬件有零漂的测量值为0.659。通过具体的数值可知，因为测量的方法与高次谐波之间没有直接的关系，所以所得数值的精准性较高。在计算中如果考虑到结果的绝对值的问题，介损测量的数值相对比较准确，误差控制在极小的范围内。
（二）现场测试
在变电站进行现场试验，把需要测试的设备连接到电路中，分别连接电压传感器和电流传感器，同过两个设备之后进入到前置处理单元。前置处理单元中的控制信号进入到光电隔离装置中，另外一组信号进入到采样保持单元，然后进入模数转换单元，最后进入到计算机中，显示出最终的结果，并对数据进行存储工作。对变电站现场的介损值进行实时的记录，可以看出介损值之间的误差值较小，一般都控制在0.18%以内。此外，本次采用直接连接的方式，相较于离线测量的方式还存在一定的弊端，但是本次的介损值较低处于0.18%的状态，所以说明这种方法就有具有一定的实施性。
这种测量介损值的方法可以广泛的应用于电气设备介质损耗监测的工作中，这种模式具有一定的的稳定性和精准性，可以把介损值的误差降到最低，保持在0.18%左右。同时经过多次的测量和实验，对实验数据进行分析可得电气设备介质损耗监测的结果与电源高次谐波和电子电路零漂之间没有直接的联系，处于互不影响的状态。在进行检测工作时应该加强对锁相倍频跟踪部分和同步采集部门得使用频率，保障测量的精准性。
参考文献
[1]李杰,杨志华,王应芬,等.基于加窗插值谐波分析法的容性设备介损角测量研究[J].云南电力技术,2020,48(02):44-49.
[2]訾士才,田鹏,李旭,等.高压电容型电气设备介质损耗在线监测系统研究[J].吉林电力,2018,46(01):35-37+53.