本发明属于电力测量领域，涉及电容式电压互感器、电流互感器、高压套管、高压开关断口电容器等容性试品的介质损失角和电容量的测量方法及其装置。 电力系统广泛地使用电容式电压互感器、电流互感器、高压套管、高压开关断口电容器等容性试品，如何能在强电场干扰下准确地测量出其介质损失角和电容量对判断其绝缘的好坏具有非常重要的意义。
能源部《电气设备预防性试验规程》规定对高压容性试品均需作介质损失角tgδ和电容量C的测量，如500KV等级的电流互感器每年必需作一次介质损失角和电容量的测量，并且介质损失角不得超过0.7%，电容值一般不得与出厂值相差±5%。目前我国预防性试验中广泛采用QS-Ⅰ型高压西林电桥和M型介质试验器，它们只能在电场干扰极弱的地方测量出介质损失角和电容值。然而500KV、200KV变电所内，由于临近线路地干扰，被试品上的干扰电压达10KV，干扰电流一般为200～400微安，QS-Ⅰ型高压西林电桥和M型介质试验器在这样大干扰情况下无法准确测量出介质损失角和电容量。
本发明的目的是提供一种抗电场干扰的介质损失角和电容量的测量方法及其装置。
测量介质损失角和电容量的具体方法是：
1）将被试品CX接在与倒相器输出端联接的电压互感器PT的高压端与分流电阻RX之间，即装置的输出端X、Y;
2）倒相器的输入端A、B接交流电源;
3）给被试品加压，加压范围为2.5～10KV，从分压器电阻RN、分流电阻RX取电压信号UV、U1，调节分流电阻RX的值使UV、U1相等，通过键盘输入RX的值;
4）将取得的电压信号UV、U1经输入单元送到单片机在高速输入通道控制下进行一个周期的模数转换：
UI(t) =ΣK=1NUIKSin(Kω t+φU I K) (1)]]>
UV(t)=ΣK=1NUVKSin(Kω t+φUVK) (2)]]>
式中N符合采样定理;
5）经计算程序对采样得到的波形进行付立叶变换即对电压基波进行积分;
2T∫oTUI(t)e-jω tdt=UI 1e-j φ UI 1(3)]]>
2T∫oTUV(t)e-jω tdt=UV 1e-j φ UV 1(4)]]>
将（3）式除以电阻RX并且由于φU11＝φ11，UV1/RX＝I1得：
I1e-jφI1（5）
将（4）式乘以分压比KU并且由于φUV1＝φU1，KU·UV1＝U1得：
U1e-jφU1（6）
将（6）式化为单位向量e-jφU1（7）
将（5）式、（7）式相除得：
I1e-jφ I 1/e-j φ U 1=I1e-j(φ I 1-φ U 1)=I1Cos(φI 1-φU 1)+jI1Sin( φI 1-φU 1) (8)]]>
将（8）式化为单位向量：
e-j (φ I 1-φ U 1)=Cos(φI 1-φU 1)+jSin( φI 1-φU 1) (9)]]>
6）积分后得到电压UV、U1的幅值及相角，通过程序控制计算出被试品CX的介质损失角（tgδ1）和电容量（CX1）即：
由（6）式、（8）式求出的电容量CX1为：
CX 1=IC 1ω U1=I1Sin(φI 1-φU 1)ω U1(10)]]>
由（9）式可求出介质损失角tgδ1为：
tgδ1=ctg(φI 1-φU 1)=Cos(φI1-φU 1)Sin(φI 1-φU 1)(11)]]>
并将计算出的试品电容CX的介质损失角（tgδ1）和电容量（CX1）存贮起来;
7）在程序控制下单片机输出口发出一个正脉冲信号控制倒相器中的可控硅二极管IC13的控制极，使加在电压互感器原边的电源进行180°倒相;
8）再次进行电压信号UV、UI的采样，付立叶变换得到UV、UI幅值及相角，通过程序控制计算出被试品的介质损失角（tgδ2）和电容量（CX2）并存贮;
9）根据两次计算结果由程序自动计算出无干扰情况下被试品的介质损失角tgδ＝（CX1tgδ1+CX2tgδ2）/（CX1+CX2）和电容量CX＝（CX1+CX2）/2。
一种为使用上述方法而设计的装置，它是由电压互感器PT、无损电容CN和分压电阻RN构成的分压器、可调无感分流电阻RX、具有高输入低输出阻抗的输入单元（Ⅱ）、单片机（Ⅲ）、键盘显示器（Ⅳ）、打印机（Ⅴ）等组成，其特征在于将交流电源作180°倒相变换的倒相器（Ⅰ）的输入端A、B接交流电源，输出端M、N与电压互感器PT的输入端联接，倒相器的另一个输入端P与单片机（Ⅲ）的输出口[13]联接，电压互感器PT的输出端的一端与无损电容CN的一端联接并引出一端子X接被试品的高压端，另一端与分压电阻RN、分流电阻RX联接并接地，可调无感分流电阻RX的另一端引出一端子Y接被试品的低压端，从分压电阻RN、分流电阻RX的非接地端取电压信号UV、U1进入输入单元（Ⅱ），输入单元（Ⅱ）与单片机（Ⅲ）联接，单片机（Ⅲ）经总线与键盘显示器（Ⅳ）和打印机（Ⅴ）联接。
该装置的倒向器（Ⅰ）的电路由双向可控硅元件IC1～IC4、反向器IC5～IC10、光电隔离器IC11、IC12、可控硅二极管IC13、电阻R1、R2、电容C1、C2、抗干扰电容C3、电源VC1、VC2、VC3组成，其中，交流电源经A、B端与双向可控硅IC1～IC4的阳极联接，IC1、IC2的阴极共接并引出输出端M，IC3、IC4的阴极共接并引出输出端N，光电隔离器IC11、IC12的发射极（2端）均有三路输出，一路分别经反向器IC8、IC9与可控硅IC1、IC3的控制极联接，另一路分别经反向器IC7、电阻R1、反向器IC5及反向器IC10、电阻R2、反向器IC6分别与IC2、IC4的控制极联接，第三路分别经R3、R4与输出端M、N联接，电容C1、C2分别跨接在电阻R1、输出端M和电阻R2、输出端N之间，电源VC1的正极接到IC11的集电极（1端），负极与输出端M联接，电源VC2的正极接到IC12的集电极（1端），负极与输出端N联接，电源VC3的负极接到IC11、IC12中的发光二极管的阴极（4端），发光二极管的阳极（3端）经电阻R5、R6与可控硅二极管IC13的阴极联接并接地，IC13的阳极接VC3的正极，单片机的输出口[13]经电阻R7与IC13的控制极联接，IC13的控制极与阴极之间跨接一个电容C3。
该装置的输入单元（Ⅱ）的电路由放大器IC14、IC15、分压电阻R8～R11、限流电阻R14～R17、隔直电容C4、C5、电压基准源IC17及由过零比较器IC16、反馈电阻R13、电阻R12、R18构成的比较电路组成，其中，输入信号UV经电阻R8、R9串联分压送入IC14的正输入端，IC14的负输入端与输出端之间短接，输入信号U1经电阻R10、R11串联分压送入IC15的正输入端，IC15的负输入端与输出端之间短接，IC14、IC15的输出端经隔直电容C4、C5与单片机的A/D转换通道[42]、[43]联接，电源VC4的正极经电阻R16、R14与IC14的输出端联接，电阻R14、R16之间接一电压基准源IC17并引一基准电压信号进入单片机的A/D转换通道[41]，IC17的正极接地，IC15的输出经电阻R15与IC16的负输入端联接，R13跨接在IC16的正输入端与输出端之间，IC16的正输入端经电阻R12接地，IC16输出端经电阻R18与VC4的正极联接，IC15的输出端经电阻R17与电压基准源IC17的负极联接，IC16的输出端与单片机的高速输入通道[3]联接。
使用本方法及其装置测量容性试品的介质损失角和电容量具有以下优点：
1）由于测量方法采用了付立叶变换消除了电源谐波干扰对测量结果的影响;
2）由于装置采用了电源180°倒相技术，消除了电场干扰对测量结果的影响;
3）本装置可自动完成测量工作，使用方便、测量速度快、测量结果准确;
4）主机中只有输入单元是模拟电路，其余均为数子电路，因此装置的工作稳定度高，维修简单。
图1为本装置原理框图，由倒向器（Ⅰ）、电压互感器PT、无损电容CN和分压电阻RN组成的分压器、可调无感分流电阻RX、具有高输入低输出阻抗的输入单元（Ⅱ）、单片机（Ⅲ）、键盘显示器（Ⅳ）、打印机（Ⅴ）等组成，其中倒相器（Ⅰ）的输入端A、B接交流电源，输出端M、N与电压互感器PT的一次（低压端）联接，PT的二次（高压端）接在分压器的两端，其中非接地端与无损电容CN联接并引出一端子X，电阻RX与PT的接地端联接，RX的另一端为另一端子Y，测量时，将被试品CX接在两端子X、Y之间，被试品CX的高压端与X端子联接，低压端与Y端子联接，从分压电阻RN、分流电阻RX引出两电压信号UV、U1进入输入单元（Ⅱ），输入单元（Ⅱ）与单片机（Ⅲ）联接，单片机（Ⅲ）的输出口[13]与控制倒相器倒相的输入端P联接，单片机（Ⅲ）经总线与键盘显示器（Ⅳ）和打印机（Ⅴ）联接。
图2为倒向器（Ⅰ）的电路原理图，由双向可控硅元件IC1～IC4、反向器IC5～IC10、光电隔离器IC11、IC12、可控硅二极管IC13、电阻R1、R2、电容C1、C2、抗干扰电容C3、电源VC1、VC2、VC3组成，其中，交流电源经A、B端与双向可控硅IC1～IC4的阳极联接，IC1、IC2的阴极共接并引到输出端M，IC3、IC4的阴极共接并引到输出端N，光电隔离器IC11、IC12的发射极（2端）均有三路输出，一路分别经反向器IC8、IC9与可控硅IC1、IC3的控制极联接，另一路分别经反向器IC7、电阻R1、反向器IC5及反向器IC10、电阻R2、反向器IC6分别与IC2、IC4的控制极联接，第三路分别经R3、R4与输出端M、N联接，电容C1、C2分别跨接在电阻R1、输出端M和电阻R2、输出端N之间组成两个延时电路，电源VC1的正极接到IC11的集电极（1端），负极与输出端M联接，电源VC2的正极接到IC12的集电极（1端），负极与输出端N联接，电源VC3的负极接到IC11、IC12中的发光二极管的阴极（4端），IC11、IC12中的发光二极管的阳极（3端）经电阻R5、R6与可控硅二极管IC13的阴极联接并接地，IC13的阳极接VC3的正极，单片机的输出口[13]经电阻R7与IC13的控制极联接，IC13的控制极与阴极之间跨接一个电容C3。
倒相器（Ⅰ）工作过程如下：当单片机的输出口[13]输出低电平到IC13的控制极上时，IC13截止，IC11、IC12也截止，G、H两点均为低电平，反向器IC8、IC9输出高电平，使IC1、IC3导通，同时G、H两点为低电平经延时电路延时使IC5、IC6输出低电平，IC2、IC4截止，交流电源由A、B端输入经IC1、IC3输出到M、N端，此时进行第一次测量并存贮结果，然后单片机输出口[13]输出高电平到IC13的控制极，IC13导通，IC11、IC12也导通，G、H两点为高电平，反向器IC8、IC9输出低电平使IC1、IC3截止，同时G、H两点为高电平经RC延时使IC5、IC6输出高电平，IC2、IC4导通，此时电源由A、B端输入经IC2、IC4输出到M、N端，也就是使电源作了180°倒相。
图3为输入单元（Ⅱ）的电路原理图，由放大器IC14、IC15、分压电阻R8～R11、限流电阻R14～R17、隔直电容C4、C5、电压基准源IC17及由过零比较器IC16、反馈电阻R13、电阻R12、R18构成的比较电路组成，其中，输入信号UV经电阻R8、R9串联分压送入IC14的正输入端，IC14的负输入端与输出端之间短接，输入信号U1经电阻R10、R11串联分压送入IC15的正输入端，IC15的负输入端与输出端之间短接，IC14、IC15的输出端经隔直电容C4、C5与单片机的A/D转换通道[42]、[43]联接，电源VC4的正极经电阻R16、R14与IC14的输出端联接，电阻R14、R16之间接一电压基准源IC17并引一基准电压信号进入单片机的A/D转换通道[41]，IC17的正极接地，IC15的输出经电阻R15与IC16的负输入端联接，R13跨接在IC16的正输入端与输出端之间，IC16的正输入端经电阻R12接地，IC16输出端经电阻R18与VC4的正极联接，IC15的输出端经电阻R17与电压基准源IC17的负极联接，IC16的输出端与单片机的高速输入通道[3]联接。
图4为本装置的前面板图，0～9为数字键，10-小数点键，11-正、负号键，12-测量结果选择键，13-预置数选择键，14-打印命令键，15-输入命令键，16-显示器窗口，U-电压有效值（KV），I-电流有效值（mA），φ-基波电流与电压的夹角（度），tgδ-介质损失角（%），C-试品电容量（pf），RX-分流电阻（千欧），KU-分压器分压比，Y.M.D-置入年月日。
下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。
当测量电容式电压互感器时，首先将试品的高压端接到装置的输出端X，试品的低压端接到装置的输出端Y，将装置的接地端子接地，然后将装置的输入端A、B接在交流电源上，给被试品加压到10KV，调节分流电阻RX使从分压电阻RN、分流电阻RX上取得的电压信号UV、U1相等，通过键盘输入RX的值，将取得的电压信号UV、U1经输入单元送到单片机在高速输入通道控制下进行一个周期的模数转换：
UI(t)=ΣK = 1NUIKSin(Kω t+φUI K) (1)]]>
UV(t)=ΣK = 1NUVKSin(Kω t+φUV K) (2)]]>
式中N＝256
经计算程序对采样得到的波形进行付立叶变换即对电压基波进行积分;
2T∫OTUI(t)e-j ω tdt=UI 1e-j φ U I 1(3)]]>
2T∫OTUV(t)e-j ω tdt=UV 1e-j φ U V 1(4)]]>
将（3）式除以电阻RX并且由于φU11＝φ11，UV1/RX＝I1得：
I1e-jφI1（5）
将（4）式乘以分压比KU并且由于φUV1＝φU1，KU·UV1＝U1得：
U1e-jφU1（6）
将（6）式化为单位向量e-jφU1（7）
将（5）式、（7）式相除得：
将（8）式化为单位向量：
e-j (φ I 1-φ U 1)=Cos(φI 1-φU 1)+jSin( φI 1-φU 1) (9)]]>
积分后得到电压UV、UI的幅值及相角，通过程序控制计算出被试品CX的介质损失角（tgδ1）和电容量（CX1）即：
由（6）式、（8）式求出的电容量CX1为：
CX 1=IC 1ω U1=I1Sin(φI 1-φU 1)ω U1(10)]]>
由（9）式可求出介质损失角tgδ1为：
tgδ1=ctg(φI 1-φU 1)=Cos(φI1-φU 1)Sin(φI 1-φU 1)(11)]]>
并将计算出的试品电容CX的介质损失角（tgδ1）和电容量（CX1）存贮起来，在程序控制下单片机输出口发出一个正脉冲信号控制倒相器中的可控硅二极管IC13的控制极，使加在电压互感器原边的电源进行180°倒相，再次进行电压信号UV、U1的采样，付立叶变换得到UV、U1幅值及相角，通过程序控制计算出被试品的介质损失角（tgδ2）和电容量（CX2）并存贮，根据两次计算结果由程序自动计算出无干扰情况下被试品的介质损失角和电容量为：
tgδ =CX 1tgδ1+CX2tgδ2CX 1+Cx2CX=CX 1+CX22]]>
本装置所用直流电源VC1、VC2、VC4为5V，VC3为12V。
当测量电流互感器、高压套管、高压开关断口电容器等容性试品的介质损失角和电容量时，接线方式和测量原理与上述实施例相同。
本装置使用方法和操作步骤如下：
1）将被试品CX接在装置的引出端子X、Y之间，并将装置外壳接地;
2）倒相器的输入端A、B接交流电源，给被试品加压，调节分流电阻RX使U1、UV相等，并从键盘输入RX值，这时装置自动完成介质损失角和电容量的测量，过约一分钟数据稳定，测量过程结束，根据需要可按下打印键打印测量结果和按下显示键显示测量结果。