在高壓電力電容器、絕緣介質(zhì)制造、電工材料研發(fā)等產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的當(dāng)下，電容器紙作為高壓電力電容器內(nèi)部最核心的絕緣介質(zhì)材料之一，其介電性能的優(yōu)劣直接決定了整臺(tái)電容器的運(yùn)行效率、絕緣壽命與長(zhǎng)期運(yùn)行安全性。其中介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ和相對(duì)介電常數(shù)ε，是評(píng)價(jià)電容器紙電氣性能的兩項(xiàng)核心量化指標(biāo)，也是GB/T1409-2006《測(cè)量電氣絕緣材料在工頻、音頻、高頻下電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的推薦方法》標(biāo)準(zhǔn)中明確指定的強(qiáng)制檢測(cè)項(xiàng)目。

過(guò)去傳統(tǒng)的介損測(cè)試設(shè)備大多采用手動(dòng)調(diào)節(jié)的交流電橋結(jié)構(gòu)，不僅測(cè)試流程繁瑣、抗干擾能力弱，在電力變電站、材料生產(chǎn)車間這類電磁干擾復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下，測(cè)試數(shù)據(jù)很容易出現(xiàn)大幅漂移，很難得到高精度的穩(wěn)定測(cè)試結(jié)果，無(wú)法滿足電容器紙這類高精度介電性能檢測(cè)的嚴(yán)苛要求。GB/T1409-2006電容器紙介電常數(shù)測(cè)試儀作為專門(mén)針對(duì)高精準(zhǔn)介電參數(shù)測(cè)量場(chǎng)景研發(fā)的智能化測(cè)試設(shè)備，對(duì)標(biāo)GB/T1409-2006標(biāo)準(zhǔn)的全部技術(shù)要求，采用變頻電源技術(shù)結(jié)合現(xiàn)代單片機(jī)數(shù)字化控制架構(gòu)，突破了傳統(tǒng)電橋的性能瓶頸，成為當(dāng)前電容器紙介電常數(shù)與介質(zhì)損耗測(cè)試領(lǐng)域的主流選型設(shè)備，為全行業(yè)的絕緣介質(zhì)性能評(píng)定提供了穩(wěn)定可靠的高精度硬件支撐。

一、電容器紙介電性能精準(zhǔn)測(cè)試的行業(yè)價(jià)值與應(yīng)用背景

高壓電力電容器是電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)、柔性直流輸電工程、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中的核心基礎(chǔ)裝備，廣泛應(yīng)用在全國(guó)各級(jí)變電站、新能源光伏風(fēng)電并網(wǎng)電站、城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)中。電容器紙作為填充在電容器金屬極板之間的薄層絕緣介質(zhì)，其性能的微小波動(dòng)都會(huì)直接影響整臺(tái)電容器的運(yùn)行表現(xiàn)：如果電容器紙的相對(duì)介電常數(shù)一致性差，會(huì)導(dǎo)致同批次生產(chǎn)的電容器的實(shí)際容值出現(xiàn)較大離散性，直接影響無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的投切精度；如果電容器紙的介質(zhì)損耗因數(shù)偏高，在電容器長(zhǎng)期運(yùn)行的工頻高壓電場(chǎng)作用下，介質(zhì)內(nèi)部會(huì)持續(xù)產(chǎn)生過(guò)量的介質(zhì)損耗發(fā)熱，導(dǎo)致電容器內(nèi)部溫升超標(biāo)，加速絕緣介質(zhì)的熱老化，大幅縮短電容器的運(yùn)行壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)電容器內(nèi)部絕緣擊穿、爆炸起火的重大電力安全事故。

GB/T1409-2006作為國(guó)內(nèi)電氣絕緣材料介電性能測(cè)試的核心國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，等同采用了IEC 60250國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，對(duì)測(cè)試環(huán)境條件、電極系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、測(cè)試電壓等級(jí)、數(shù)據(jù)處理方法都給出了極其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)范，是當(dāng)前電容器紙生產(chǎn)企業(yè)、下游電容器制造廠商、第三方絕緣材料檢測(cè)機(jī)構(gòu)開(kāi)展介電性能測(cè)試時(shí)必須嚴(yán)格遵循的技術(shù)依據(jù)。在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間里，國(guó)內(nèi)很多中小電容器紙生產(chǎn)企業(yè)缺乏高精度的專用測(cè)試設(shè)備，很難在生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)對(duì)每一卷成品紙的介電性能全檢，只能依靠抽樣送檢的方式開(kāi)展質(zhì)量管控，很容易出現(xiàn)性能不合格的產(chǎn)品流入下游電容器生產(chǎn)環(huán)節(jié)，給整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行留下潛在隱患。

GB/T1409-2006電容器紙介電常數(shù)測(cè)試儀的出現(xiàn)，解決了長(zhǎng)期以來(lái)高精度介損測(cè)試設(shè)備操作復(fù)雜、抗干擾能力差的行業(yè)痛點(diǎn)，它將自動(dòng)化變頻抗干擾技術(shù)、全數(shù)字化數(shù)據(jù)運(yùn)算技術(shù)與高壓測(cè)試回路深度融合，即使在電磁干擾極其復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，也能輸出穩(wěn)定、高精度的介電性能測(cè)試數(shù)據(jù)，電容器紙這類超薄、低損耗絕緣介質(zhì)的高精度檢測(cè)需求。目前大量的電容器紙生產(chǎn)企業(yè)、高壓電容器制造廠商、高校絕緣材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室都已將該設(shè)備引入日常檢測(cè)與研發(fā)流程中，從源頭了電容器紙產(chǎn)品的質(zhì)量管控體系，大幅提升了國(guó)產(chǎn)高壓電力電容器的整體運(yùn)行可靠性。

二、BQS-13測(cè)試儀核心設(shè)計(jì)原理與技術(shù)架構(gòu)優(yōu)勢(shì)

BQS-13型自動(dòng)高壓介損電橋摒棄了傳統(tǒng)手動(dòng)電橋依靠人工調(diào)節(jié)平衡臂、讀取數(shù)值的落后架構(gòu)，采用了全新的變頻電源技術(shù)，以高性能單片機(jī)為核心搭建全數(shù)字化自動(dòng)測(cè)試架構(gòu)，整套系統(tǒng)可以劃分為程控變頻電源單元、高精度信號(hào)采集單元、自動(dòng)數(shù)據(jù)運(yùn)算處理單元、高壓安全防護(hù)單元四大核心部分，所有單元之間通過(guò)內(nèi)部高速總線完成信號(hào)交互，實(shí)現(xiàn)測(cè)試全流程的自動(dòng)化運(yùn)行。

程控變頻電源單元是設(shè)備抗干擾能力的核心基礎(chǔ)，不同于傳統(tǒng)測(cè)試設(shè)備直接接入50Hz工頻電源開(kāi)展測(cè)試的模式，BQS-13可以在40Hz到70Hz的寬頻率范圍內(nèi)自動(dòng)切換輸出測(cè)試電源頻率，通過(guò)自適應(yīng)濾波算法將測(cè)試頻率和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中的50Hz工頻干擾頻率錯(cuò)開(kāi)，從根源上屏蔽現(xiàn)場(chǎng)無(wú)處不在的工頻電磁干擾，即使在周圍有大功率變頻器、電焊設(shè)備運(yùn)行的復(fù)雜工業(yè)環(huán)境中，依然可以得到穩(wěn)定的測(cè)試數(shù)據(jù)，不需要搭建專門(mén)的屏蔽測(cè)試室就可以滿足高精度測(cè)試的要求。

高精度信號(hào)采集單元采用了高分辨率的24位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，搭配超低噪聲的信號(hào)調(diào)理電路，可以捕捉到極其微弱的微弱電流信號(hào)變化，配合設(shè)備內(nèi)置的高精度標(biāo)準(zhǔn)電容，將電容量、介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)量精度提升到了傳統(tǒng)手動(dòng)電橋根本無(wú)法企及的水平，電容器紙這類低損耗絕緣材料的高精度測(cè)量需求，哪怕是介質(zhì)損耗因數(shù)只有萬(wàn)分之幾的微小差異，設(shè)備也可以精準(zhǔn)識(shí)別出來(lái)，幫助研發(fā)人員和質(zhì)檢人員精準(zhǔn)把控不同批次產(chǎn)品之間的細(xì)能波動(dòng)。

自動(dòng)數(shù)據(jù)運(yùn)算處理單元搭載了專門(mén)針對(duì)介損測(cè)量?jī)?yōu)化的數(shù)字信號(hào)處理算法，測(cè)試過(guò)程中設(shè)備會(huì)自動(dòng)完成信號(hào)的濾波、修正、運(yùn)算，不需要人工進(jìn)行任何的電橋平衡調(diào)節(jié)操作，測(cè)試完成后直接在屏幕上同步顯示被測(cè)樣品的電容量Cx、介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ、相對(duì)介電常數(shù)ε三項(xiàng)核心測(cè)試結(jié)果，省去了傳統(tǒng)手動(dòng)電橋大量繁瑣的人工查表、計(jì)算步驟，將原本需要十幾分鐘才能完成的測(cè)試流程，縮短到幾十秒內(nèi)就可以全部完成，大幅提升了測(cè)試效率。

高壓安全防護(hù)單元構(gòu)建了多重安全聯(lián)鎖機(jī)制，設(shè)備內(nèi)置的10KV高壓輸出回路全程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸出電壓、回路電流的異常變化，一旦出現(xiàn)被測(cè)樣品意外擊穿、回路過(guò)載的故障場(chǎng)景，系統(tǒng)會(huì)在微秒級(jí)時(shí)間內(nèi)切斷高壓輸出，既保護(hù)設(shè)備內(nèi)部的精密電子元器件不受損壞，也能保障測(cè)試操作人員的人身安全，消除了高壓測(cè)試環(huán)節(jié)的安全隱患。

三、BQS-13核心技術(shù)指標(biāo)

準(zhǔn)確度： Cx: ±（讀數(shù)×0.5%+0.5pF）

tgδ: ±（讀數(shù)×0.5%+0.00005） 分辨率 0.000001

ε： ±0.5%

抗干擾指標(biāo)： 變頻抗干擾（40-70Hz），輸入電流 5A

內(nèi)置 10KV 測(cè)試電壓輸出，可調(diào)分辨率 1V

電容量范圍： 內(nèi)施高壓： 3pF～60000pF/10kV 60pF～1μF/0.5kV

外施高壓： 3pF～1.5μF/10kV 60pF～30μF/0.5kV

分辨率：  0.001pF，4 位有效數(shù)字

計(jì)算機(jī)接口： 標(biāo)準(zhǔn) RS232 接口

外接量程擴(kuò)展器時(shí)可以測(cè)試幾千安培下高壓電器的介損值

外形尺寸：8U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱

儀器重量：25kg

四、BQS-13適配GB/T1409-2006標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試流程詳解

BQS-13電容器紙介電常數(shù)測(cè)試儀從設(shè)計(jì)之初就圍繞GB/T1409-2006標(biāo)準(zhǔn)的所有技術(shù)要求進(jìn)行優(yōu)化，整套測(cè)試流程嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范設(shè)定，操作人員僅需要完成簡(jiǎn)單的試樣安放操作，后續(xù)全部測(cè)試步驟都可以由設(shè)備自動(dòng)完成，得到符合標(biāo)準(zhǔn)要求的精準(zhǔn)測(cè)試數(shù)據(jù)。

測(cè)試開(kāi)始之前，首先按照GB/T1409-2006標(biāo)準(zhǔn)的要求制備電容器紙?jiān)嚇?，將待測(cè)的電容器紙裁切成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試樣片，放置在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下進(jìn)行24小時(shí)以上的狀態(tài)調(diào)節(jié)，消除試樣內(nèi)部的水分分布不均、殘余應(yīng)力對(duì)介電性能測(cè)試結(jié)果的干擾。將狀態(tài)調(diào)節(jié)完成的試樣平穩(wěn)放置在配套的三電極測(cè)試夾具中，確認(rèn)電極和試樣表面貼合，沒(méi)有殘留的氣泡和雜物影響電極之間的接觸狀態(tài)。

連接好設(shè)備的供電線路和測(cè)試夾具信號(hào)線纜，確認(rèn)設(shè)備可靠接地，接通設(shè)備電源開(kāi)機(jī)預(yù)熱10分鐘左右，讓內(nèi)部的精密測(cè)量電路進(jìn)入穩(wěn)定的工作狀態(tài)。在設(shè)備的操作界面中輸入當(dāng)前試樣的厚度、試樣面積等基礎(chǔ)參數(shù)，選擇對(duì)應(yīng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)模式，確認(rèn)設(shè)置無(wú)誤后啟動(dòng)測(cè)試流程。

設(shè)備首先自動(dòng)完成變頻抗干擾頻率的自適應(yīng)校準(zhǔn)，自動(dòng)掃描當(dāng)前環(huán)境下的工頻干擾分布情況，選擇的測(cè)試頻率從40Hz到70Hz范圍內(nèi)選定一個(gè)避開(kāi)工頻干擾的測(cè)試頻率，隨后自動(dòng)逐步升壓到預(yù)設(shè)的測(cè)試電壓值，內(nèi)置的高精度信號(hào)采集單元開(kāi)始同步采集標(biāo)準(zhǔn)支路和被測(cè)樣品支路的電流、相位信號(hào)。整個(gè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，設(shè)備的數(shù)字濾波算法全程剔除掉環(huán)境中的電磁干擾雜波信號(hào)，對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行多輪次的運(yùn)算修正，不需要人工進(jìn)行任何電橋調(diào)節(jié)操作，幾十秒的時(shí)間內(nèi)就完成全部數(shù)據(jù)采集運(yùn)算工作。

測(cè)試完成后，設(shè)備直接同步在顯示屏上輸出被測(cè)試樣的電容量Cx、介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ、相對(duì)介電常數(shù)ε的最終測(cè)試結(jié)果，所有測(cè)試數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)在設(shè)備內(nèi)部存儲(chǔ)，操作人員可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)RS232接口將所有測(cè)試數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)缴衔粰C(jī)電腦中，生成符合實(shí)驗(yàn)室管理要求的完整測(cè)試報(bào)告，不需要人工手動(dòng)抄寫(xiě)記錄任何數(shù)據(jù)，避免人工記錄帶來(lái)的筆誤風(fēng)險(xiǎn)，保證所有測(cè)試數(shù)據(jù)的溯源性GB/T1409-2006標(biāo)準(zhǔn)的要求。

整套測(cè)試流程的所有環(huán)節(jié)都對(duì)齊GB/T1409-2006標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)規(guī)定，哪怕是沒(méi)有豐富測(cè)試經(jīng)驗(yàn)的操作人員，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單培訓(xùn)就可以快速得到和測(cè)試人員手動(dòng)操作傳統(tǒng)電橋精度一致的測(cè)試結(jié)果，從操作層消除了人為因素對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的干擾，保障不同實(shí)驗(yàn)室之間的測(cè)試數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)高度互認(rèn)。

五、BQS-13的多場(chǎng)景適配能力與全行業(yè)廣泛應(yīng)用

BQS-13電容器紙介電常數(shù)測(cè)試儀的性能參數(shù)不僅GB/T1409-2006標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試要求，同時(shí)也符合GB5654、GB1409、GB/T1693等多項(xiàng)國(guó)內(nèi)主流絕緣介質(zhì)介電性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，除了針對(duì)電容器紙的專項(xiàng)測(cè)試之外，還可以廣泛適配電力行業(yè)中變壓器、互感器、套管、電容器、避雷器等各類高壓電氣設(shè)備的介損現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試需求，覆蓋從實(shí)驗(yàn)室精密材料測(cè)試到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)高壓設(shè)備檢測(cè)的多元化應(yīng)用場(chǎng)景。

在電容器紙生產(chǎn)制造企業(yè)的質(zhì)檢車間場(chǎng)景中，BQS-13的超高測(cè)試效率和高穩(wěn)定性可以支撐大批量的成品紙抽樣檢測(cè)任務(wù)，質(zhì)檢人員只需要將裁切好的試樣放入測(cè)試夾具，幾十秒就可以得到一組精準(zhǔn)的介電性能數(shù)據(jù)，可以跟上生產(chǎn)線的批量生產(chǎn)節(jié)奏，實(shí)現(xiàn)對(duì)每一卷成品電容器紙的性能全檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中不同批次產(chǎn)品的介電性能波動(dòng)，提前調(diào)整造紙工藝參數(shù)，避免出現(xiàn)大量不合格品流入市場(chǎng)，大幅提升產(chǎn)品的整體合格率。

在高壓電力電容器制造企業(yè)的研發(fā)與來(lái)料檢驗(yàn)場(chǎng)景中，使用BQS-13可以精準(zhǔn)評(píng)定不同供應(yīng)商提供的電容器紙的介電性能差異，篩選出介損更低、介電常數(shù)一致性更好的優(yōu)質(zhì)材料，在新產(chǎn)品的研發(fā)階段，研發(fā)人員還可以通過(guò)該設(shè)備對(duì)比不同浸漬工藝、不同卷繞工藝下電容器內(nèi)部介質(zhì)的介損變化規(guī)律，優(yōu)化產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，進(jìn)一步降低產(chǎn)品的整體介質(zhì)損耗，提升電容器的運(yùn)行效率和使用壽命。

在電力系統(tǒng)的電氣試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景中，BQS-13的變頻抗干擾技術(shù)優(yōu)勢(shì)可以得到充分發(fā)揮，在變電站運(yùn)行的強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下，不需要搭建專門(mén)的屏蔽室，就可以直接對(duì)在役的變壓器、互感器、套管等高壓設(shè)備開(kāi)展介損現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，快速排查出設(shè)備內(nèi)部絕緣受潮、老化等潛在故障隱患，保障電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在高校與科研院所的絕緣材料研發(fā)實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景中，BQS-13的超高測(cè)量分辨率可以精準(zhǔn)識(shí)別新型改性絕緣材料之間的微小介電性能差異，支持科研人員深入研究不同納米填料、不同改性工藝對(duì)絕緣材料介電性能的影響規(guī)律，為開(kāi)發(fā)出更低介損、更高耐溫等級(jí)的新型高壓絕緣材料提供精準(zhǔn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。

得益于設(shè)備配置的外接量程擴(kuò)展器接口，BQS-13還可以進(jìn)一步擴(kuò)展測(cè)試量程，支持幾千安培大電流下高壓電器的介損值測(cè)試，覆蓋了普通中小容量介損測(cè)試設(shè)備無(wú)法完成的大電流特種測(cè)試場(chǎng)景，一臺(tái)設(shè)備就可以滿足實(shí)驗(yàn)室材料研發(fā)、生產(chǎn)線質(zhì)量管控、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等多場(chǎng)景的多元化測(cè)試需求，大幅提升了設(shè)備的綜合利用率，為用戶節(jié)省了大量的多類型測(cè)試設(shè)備采購(gòu)成本。

六、BQS-13的日常維護(hù)與計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范

BQS-13電容器紙介電常數(shù)測(cè)試儀采用了模塊化的硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)，整機(jī)可靠性，正常使用情況下幾乎不需要復(fù)雜的維護(hù)工作，僅需要遵循簡(jiǎn)單的日常使用規(guī)范，就可以長(zhǎng)期保持高精度的運(yùn)行狀態(tài)。

日常使用過(guò)程中，要注意保持設(shè)備的放置環(huán)境干燥通風(fēng)，避免在高溫、高濕、多粉塵的環(huán)境中長(zhǎng)期運(yùn)行，防止內(nèi)部的精密電子元器件受潮積灰，影響測(cè)量精度。每次測(cè)試完成之后，及時(shí)將測(cè)試夾具上的殘留試樣碎屑清理干凈，避免導(dǎo)電碎屑?xì)埩粼陔姌O表面，影響后續(xù)測(cè)試的測(cè)量準(zhǔn)確性。

設(shè)備的計(jì)量校準(zhǔn)工作需要按照國(guó)家相關(guān)計(jì)量規(guī)程定期開(kāi)展，每隔12個(gè)月左右，邀請(qǐng)具備資質(zhì)的計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)使用高精度的介損標(biāo)準(zhǔn)器對(duì)設(shè)備的Cx、tgδ、ε三項(xiàng)核心參數(shù)進(jìn)行全面校準(zhǔn)，將校準(zhǔn)得到的修正系數(shù)錄入設(shè)備系統(tǒng)中，確保設(shè)備的所有測(cè)量參數(shù)都能夠溯源到國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)，保障所有測(cè)試數(shù)據(jù)的合法性，CMA、CNAS等實(shí)驗(yàn)室資質(zhì)認(rèn)可體系的管理要求。

作為一臺(tái)高度集成的智能化介損測(cè)試設(shè)備，BQS-13憑借高抗干擾、高精度、高自動(dòng)化的核心優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)介損測(cè)試領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的主流機(jī)型，為我國(guó)高壓絕緣材料產(chǎn)業(yè)升級(jí)、電力系統(tǒng)安全運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。