CN102073277A

CN102073277A - 工频绝缘试验计算机控制系统

Info

Publication number: CN102073277A
Application number: CN 201010563782
Authority: CN
Inventors: 厉伟; 王俭; 蔡志远; 马少华
Original assignee: Shenyang University of Technology
Current assignee: Shenyang University of Technology; Liaoning Electric Power Research Institute
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2030-11-29
Also published as: CN102073277B

Abstract

本发明涉及一种工频绝缘试验计算机控制系统，以工业控制计算机为控制中心，应用计算机测控技术、信号检测与处理技术、数字与模拟隔离技术、电位悬浮技术、光缆传输与屏蔽技术、傅立叶变换和小波变换技术等设计完成的高压电气设备工频绝缘试验控制系统，替代目前应用的以手动控制、传统仪表测量与保护的工频绝缘试验控制系统。具有试验程序更合理、参数测量更准确、保护措施更完善、试验结果更客观、试验效率更高等优点，能够确保试验电压波形满足试验标准要求。

Description

工频绝缘试验计算机控制系统

一、技术领域：

本发明涉及一种新型的以工业控制计算机为控制中心的工频绝缘试验计算机控制系统，属于高电压试验技术领域。

二、背景技术：

现有的传统工频绝缘试验控制系统采用试验变压器提供试验电压、调压器整定试验电压、传统仪表测量试验参数和结果，用按钮操作、继电器和接触器实施控制，试验电压靠手动控制调整调压器升降压实现，试验电压作用(耐压)时间由时间继电器整定，试验过程中的保护依靠过流继电器，对于试验电压波形，虽然试验标准有明确的规定，但是一般用户一直未给予足够的重视，试验控制系统中没有试验电压波形分析功能。工频绝缘试验属于破坏性试验，而且高压电气设备价格昂贵，传统的人工控制、人工读取参数和继电控制与保护方法不可避免地存在控制误操作、读数出现误差和保护不可靠等缺陷。这样，合格试品在试验过程中其绝缘可能遭到破坏，造成损失；不合格试品可能通过试验，是电力系统安全可靠运行的隐患。另外试验报告人工填写，不可避免地存在人为因素。这样，现有的传统工频绝缘试验控制系统已经不适合电力工业的发展。

三、发明内容：

1、发明目的：

本发明是一种工频绝缘试验计算机控制系统，其主要目的在于在现有的工频绝缘试验控制系统基础上，通过创新设计，将工业控制计算机应用到高电压试验控制系统中，实现高压电气设备工频绝缘试验的设定、控制、保护、测量、存储、输出、波形分析、滤波及试品绝缘击穿机理分析于一体，统一由工业控制计算机控制完成。

2、技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种工频绝缘试验计算机控制系统，其特征在于：整个系统由工控机控制管理，所述系统主要包括：工控机、接口电路和主电路；工控机上连接有显示器、打印机、键盘和鼠标，参数输入模块与试验程序模块均工控机相连接，工控机与接口电路相连；接口电路经信号输出模块、隔离电路和驱动电路连接到主电路上；主电路经电压测量模块、取样电路、模拟隔离模块、整流/滤波模块和A/D转换模块连接到接口电路上；主电路经电流测量模块、转换电路、模拟隔离模块、整流/滤波模块和A/D转换模块连接到接口电路上；主电路的输入/输出模块与接口电路的输入/输出模块之间分别连接有处理电路、逻辑电路和隔离电路；主电路还与过电压测量模块相连，并经微分电路、脉冲形成模块和放大触发模块后连回主电路；接口电路与主电路之间还设有保护电路。

所述主电路通过试验电压波形测量模块与接口电路相连接，接口电路再经滤波电路模块连接到主电路上。

所述主电路通过试品击穿时的电压测量模块与接口电路相连接。

该系统采用屏蔽设计防止空间电磁干扰，采用电位悬浮设计防止地电位抬高对控制系统的破坏。该抗干扰模块结构如下：连接有显示器和打印机的工控机经光电隔离模块连接到与电源滤波器1相连的控制电路上，控制电路经光电隔离模块与主电路相连；工控机经光电隔离模块连接到与电源滤波器1相连的保护电路上；电源经电源滤波器1、电源滤波器2连接到工控机上；电源滤波器1经变频器和调压器连接试验变压器；一次分压器模块连接V/F转换模块，通过光缆传输到F/V转换模块，再经模拟隔离模块、测量电路模块和A/D转换模块与工控机相连。

控制电路与光电隔离模块和主电路之间均采用同轴电缆相连；工控机与光电隔离模块和保护电路之间均采用同轴电缆连接。

3、优点及效果：

本发明提出的一种工频绝缘试验计算机控制系统，该控制系统具有如下优点：

既能实现传统手动控制、传统仪表测量与保护的工频绝缘试验控制系统的试验功能，又能实现传统控制系统所不能实现的试验参数和试验程序（手动、自动、分步试验）设定、试验结果自动存储与输出（试验结果不可人为修改）、试品闪络产生暂态恢复过电压保护、波形分析与滤波、绝缘击穿机理分析等功能的计算机控制系统，使得试验程序更合理、参数测量更准确、保护措施更完善、试验结果更客观、试验效率更高，确保试验电压波形满足试验标准要求，同时还可以开展试品击穿机理分析。

四、附图说明：

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明控制系统抗干扰结构示意图；

图3为本发明试验电压波形分析与滤波流程图；

图4为本发明试品击穿机理分析结构示意图。

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

本发明提供一种工频绝缘试验计算机控制系统，整个系统由工控机控制管理，如图1中所示，该系统主要包括：工控机、接口电路和主电路，主电路包括电源回路、调压器输出回路和试验回路；工控机上连接有显示器、打印机、键盘和鼠标，参数输入模块与试验程序模块均工控机相连接，工控机与接口电路相连；接口电路经信号输出模块、隔离电路和驱动电路连接到主电路上；主电路经电压测量模块、取样电路、模拟隔离模块、整流/滤波模块和A/D转换模块连接到接口电路上；主电路经电流测量模块、转换电路、模拟隔离模块、整流/滤波模块和A/D转换模块连接到接口电路上；主电路的输入/输出模块与接口电路的输入/输出模块之间分别连接有处理电路、逻辑电路和隔离电路；主电路还与过电压测量模块相连，并经微分电路、脉冲形成模块和放大触发模块后连回主电路；接口电路与主电路之间还设有保护电路。

主电路通过试验电压波形测量模块与接口电路相连接，接口电路再经滤波电路模块连接到主电路上。

主电路通过试品击穿时的电压测量模块与接口电路相连接。

该系统采用屏蔽设计防止空间电磁干扰，采用电位悬浮设计防止地电位抬高对控制系统的破坏。如图2中所示，该抗干扰模块结构如下：连接有显示器和打印机的工控机经光电隔离模块连接到与电源滤波器1相连的控制电路上，控制电路经光电隔离模块与主电路相连；工控机经光电隔离模块连接到与电源滤波器1相连的保护电路上；电源经电源滤波器1、电源滤波器2连接到工控机上；电源滤波器1经变频器和调压器连接试验变压器；一次分压器模块连接V/F转换模块，通过光缆传输到F/V转换模块，再经模拟隔离模块、测量电路模块和A/D转换模块与工控机相连。

本发明这种工频绝缘试验计算机控制系统，整个试验过程包括控制、测量、保护、波形分析和试品击穿机理分析环节，统一由工控机即工业控制计算机控制管理。

如图1所示，将工业控制计算机应用在工频绝缘试验控制系统中作为系统控制、测量、保护、波形分析和试品击穿机理分析中心。工控机首先通过参数输入模块和试验程序模块接受指令，如试验电压、试验时间、试验程序（包括手动、自动、分步试验）等，然后工控机按照试验参数和试验程序设定通过接口电路输出控制信号，该信号经过隔离电路光电隔离并通过驱动电路放大后对主电路实施控制，使整个试验过程按照设定完成。试验过程中，工控机实时通过电压/电流测量模块、取样与转换电路模块、模拟隔离模块、整流/滤波模块和A/D转换模块测量来自主电路的电源电压与电流、调压器输出电路电压与电流和试验电压与电流，这些电压与电流通过工控机送显示器显示、送存储器储存，并作为保护电路实施保护的依据。如图1所示，系统保护分两种情况：一是当测量环节测量到电源回路、调压器输出回路或试验回路中任何一个回路出现过流或欠压与过压时，工控机均通过接口电路和保护电路输出保护命令实施保护，确保试验系统本身和试品安全；二是试品闪络出现暂态恢复过电压时，系统通过过电压测量模块测量到该过电压后经微分电路、脉冲形成模块形成触发脉冲，该触发脉冲经放大触发模块放大后，触发调压器输出回路中的电力电子元件实施保护。波形分析环节通过试验电压波形测量模块测量到试验电压波形，通过接口电路输入给计算机实施波形分析，当谐波总含量超过试验标准要求时，通过滤波电路模块滤波使试验电压波形满足试验标准要求。试品击穿机理分析环节通过试品击穿时的电压测量模块测量到带有试品击穿机理信息的电压波形，通过接口电路输入给工控机实施试品击穿机理分析。

本发明在高压静电干扰、电晕放电和试品击穿或闪络下的电磁场干扰、放电电流引起地电位抬高和暂态恢复过电压工况下的抗干扰设计，如图2中所示，通过一次分压器模块测量到被测电压，通过V/F转换模块实施电压/频率转换，经光缆传输，经过F/V转换模块实施频率/电压转换，经过模拟隔离模块、测量电路模块、A/D转换模块输入工控机实施测量；来自电源的干扰采用电源滤波器模块滤波；控制信号采用光电隔离模块隔离，同轴电缆传输；整个控制系统采用屏蔽设计防止空间电磁干扰，采用电位悬浮设计防止地电位抬高对控制系统的破坏。

试验电压波形分析与滤波设计，如图3中所示，试验时，该控制系统通过试验电压波形测量模块测量得到试验电压波形，通过波形分析模块实施分析试验电压波形，当试验电压波形不满足试验标准时，获得试验电压的谐波成份和含量，通过滤波模块滤波使试验电压波形满足试验标准要求。

根据试验结果进行试品击穿机理分析，指导高压电气设备绝缘结构的改进与设计：如图4中所示，试品击穿或闪络产生的暂态恢复过电压中含有丰富的与绝缘击穿机理有关的信息且具有突变特性。控制系统通过试品击穿时的电压测量模块实施测量含有丰富的与绝缘击穿机理有关信息的暂态恢复过电压，通过试品击穿机理分析模块分析其击穿机理，得出结论用于指导高压电气设备绝缘结构的改进与设计。

该系统除了具有传统试验控制系统的功能以外，还具有试验参数和试验程序（手动、自动、分步试验）设定、试验结果自动存储与输出（试验结果不可人为修改）、试品闪络产生暂态恢复过电压保护、波形分析与滤波和绝缘击穿机理分析等功能；实际运行结果表明，该系统满足相关试验标准规程要求，可以在专业高压试验站和电力公司、各类高压电气设备生产企业的试验室运行，考核各类高压电气设备的绝缘能力，开展高电压绝缘理论和技术的试验研究。

Claims

1.一种工频绝缘试验计算机控制系统，其特征在于：整个系统由工控机控制管理，所述系统主要包括：工控机、接口电路和主电路；工控机上连接有显示器、打印机、键盘和鼠标，参数输入模块、试验程序模块均与工控机相连接，工控机与接口电路相连；接口电路经信号输出模块、隔离电路和驱动电路连接到主电路上；主电路经电压测量模块、取样电路、模拟隔离模块、整流/滤波模块和A/D转换模块连接到接口电路上；主电路经电流测量模块、转换电路、模拟隔离模块、整流/滤波模块和A/D转换模块连接到接口电路上；主电路的输入/输出模块与接口电路的输入/输出模块之间分别连接有处理电路、逻辑电路和隔离电路；主电路还与过电压测量模块相连，并经微分电路、脉冲形成模块和放大触发模块后连回主电路；接口电路与主电路之间还设有保护电路。

2.根据权利要求1所述的工频绝缘试验计算机控制系统，其特征在于：所述主电路通过试验电压波形测量模块与接口电路相连接，接口电路再经滤波电路模块连接到主电路上。

3.根据权利要求1或2所述的工频绝缘试验计算机控制系统，其特征在于：所述主电路通过试品击穿时的电压测量模块与接口电路相连接。

4.根据权利要求1或2所述的工频绝缘试验计算机控制系统，其特征在于：该系统采用屏蔽设计防止空间电磁干扰，该抗干扰模块结构如下：连接有显示器和打印机的工控机经光电隔离模块连接到与电源滤波器（1）相连的控制电路上，控制电路经光电隔离模块与主电路相连；工控机经光电隔离模块连接到与电源滤波器（1）相连的保护电路上；电源经电源滤波器（1）、电源滤波器（2）连接到工控机上；电源滤波器（1）经变频器和调压器连接试验变压器；一次分压器模块连接V/F转换模块，通过光缆传输到F/V转换模块，再经模拟隔离模块、测量电路模块和A/D转换模块与工控机相连。

5.根据权利要求4所述的工频绝缘试验计算机控制系统，其特征在于：控制电路与光电隔离模块和主电路之间均采用同轴电缆相连；工控机与光电隔离模块和保护电路之间均采用同轴电缆连接。