CN102121954B - 高压介质损耗测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明高压介质损耗测试装置涉及一种测试装置，其包能输出0-300V、40-70Hz的正弦波输出变频电源；用以升压且与正弦波输出变频电源连接的升压装置；分别与升压装置连接且相互并联的高压标准电容器、非接地测试设备及高压电流取样隔离单元，同时与所述高压标准电容器、非接地被测试设备及高压电流取样隔离单元连接并对被试侧信号进行放大、滤波、同步采样、计算处理的介损测量单元，与高压电流取样隔离单元连接的接地被测试设备；一分别与介损测量单元及正弦波输出变频电源连接以控制用户操作指令并显示测量结果的显示控制单元。由于采用上述结构，本发明之高压介质损耗测试装置能同时具备正/反接线测试介质损耗的功能。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种测试装置及相应的测试方法，特别是一种对电力设备进行高压介质损耗测量的高压介质损耗测试装置及测试方法。
【背景技术】
为了检验电力设备的运行状况和安装质量，保证电力设备安全正常地运行，在工程的交接试验、预防性试验以及检修过程中都要进行高压介质损耗的测量，因此高压介质损耗试验是一种保证电力设备运输、安装、检修质量及安全运行的重要措施。
目前由于高压隔离技术的局限性，通常对接地试品在额定电压下的介损试验只能采用正接法，这样现场设备必须打开接地刀闸，给现场操作带来繁琐和不安全性，另外对电厂发电机进行大修时，都要对发电机定子做介质损耗试验，试验人员需要将发电机进行吊芯，然后进行正接线法介质损耗试验，这样需要大量的人力物力且延长了整个大修工程的工期。市场上也有少量能实现正/反接试验的介质损耗测试仪，但这种介质损耗测试仪只能在10kV以下电压下实现正/反接试验，超过10kV试验电压即无法进行反接试验，因此，超过10kV试验电压做高压介损试验时，通常只能做正接线测量，使得在现场很多接地设备无法做额定电压下的介质损耗试验。
因此，有必要发明一种新的高压介质损耗测试装置及测试方法，以克服上述缺陷。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种能同时具备正/反接线功能，且能满足10kV以上高压设备的高压介质损耗测试装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高压介质损耗测试装置，它包括：一能输出0-300V，40-70Hz的正弦波输出变频电源；一用以升压且与正弦波输出变频电源连接的升压装置；分别与升压装置连接且相互并联的高压标准电容器、非接地测试设备及高压电流取样隔离单元，同时与所述高压标准电容器、非接地被测试设备及高压电流取样隔离单元连接并对被试侧信号进行放大、滤波、同步采样、计算处理的介损测量单元，与高压电流取样隔离单元连接的接地被测试设备；一分别与介损测量单元及正弦波输出变频电源连接以控制用户操作指令并显示测量结果的的显示控制单元。
其中所述升压装置采用试验变压器或串联谐振方式升压。
其中所述高压标准电容器用SF6气体绝缘，电容量为50pF或100pF。
其中所述高压标准电容器与介损测量单元间设有标准侧电流取样及放大电路，所述非接地被测试设备与介损测量单元间设有反接线被试侧取样及放大电路，正接线被试侧取样及放大电路与标准侧电流取样及放大电路相同。
其中所述高压电流取样隔离单元包括：接收输入信号的电流取样装置，与电流取样装置连接的程控放大器，与程控放大器连接的调制器，与调制器连接的光纤发射装置，分别与电流取样装置、程控放大器、调制器连接并分别将取样电阻切换至电流取样装置、量程切换至程控放大器、载波信号传递至调制器的单片机，与单片机连接的光纤接发射装置。
其中所述高压电流取样隔离单元与介损测量单元间设有将反接线被试侧信号经调制、光纤隔离后输入到介损测量单元中的光纤接收信号解调电路。
其中所述高压电流取样隔离单元采用可充电锂电池供电。
为达到上述目的，本发明采用的另一技术方案是：一种高压介质损耗测试方法，它包括：可同时具备正接线功能的正接线测试方法及反接线功能的反接线测试方法；
所述正接线测试方法包括以下步骤：由显示控制单元输入指令，显示控制单元与正弦波输出变频电源连接，正弦波输出变频电源按照指令输出特定频率的电压信号，电压经升压装置升压后，将高压施加到非接地被测试设备与高压标准电容器的高压端，非接地被测试设备与高压标准电容器低压侧电流信号分别连接到介损测量单元的标准信号输入和被试信号输入端，介损测量单元分别将标准侧及被试侧信号进行放大、滤波、同步采样、计算处理后由显示控制单元显示测量结果；
所述反接线测试方法包括以下步骤：由显示控制单元输入指令，显示控制单元与正弦波输出变频电源连接，正弦波输出变频电源按照指令输出特定频率的电压信号，电压经升压装置升压后，将高压施加到标准电容的高压端另一路经过高压电流取样隔离单元后加到接地被试品的高压端，高压标准电容低压侧电流信号输入到介损测量单元的标准信号通道，高压电流取样单元将检测到的流过接地被试品的电流信号，经过高频调制、光纤隔离传送到介损测量单元反接信号输入端口，由介损测量单元进行解调后得到高压侧的电流信号，与标准侧的电流信号进行同步采样、计算处理后由显示控制单元显示测量结果。
其中所述高压电流取样隔离单元包括：接收输入信号的电流取样装置，与电流取样装置连接的程控放大器，与程控放大器连接的调制器，与调制器连接的光纤发射装置，分别与电流取样装置、程控放大器、调制器连接并分别将取样电阻切换至电流取样装置、量程切换至程控放大器、载波信号传递至调制器的单片机，与单片机连接的光纤接发射装置。
其中所述高压电流取样隔离单元与介损测量单元间设有将反接线被试侧信号经调制、光纤隔离后输入到介损测量单元中的光纤接收信号解调电路。
由于采用上述结构及方法，本发明之高压介质损耗测试装置具有以下有益效果：
1.高电压下(10KV以上)能同时具备正/反接线功能
本发明之高压介质损耗测试装置由于设有高压电流取样隔离单元，实现了将高压端试品电流信号进行取样、调制及隔离传送到低压侧的功能，使得本发明之高压介质损耗测试装置能同时具备正/反接线测试介质损耗的功能。
2.采用串联谐振方式升压，实现变频抗干扰的目的
本发明之高压介质损耗测试装置由采用正弦波输出变频电源电源，输出电压连续可调，电源输出频率可在工频范围(40～70Hz)内连续可调，便于采用串联谐振方式升压，也可实现变频抗干扰的目的。
【附图说明】
图1是本发明高压介质损耗测试装置的测试系统示意图；
图2是本发明高压介质损耗测试装置的标准侧电流取样电路原理图；
图3是本发明高压介质损耗测试装置的标准侧信号放大电路原理图；
图4是本发明高压介质损耗测试装置的反接线被试侧信号解调电路原理图；
图5是本发明高压介质损耗测试装置的反接线被试侧信号低通放大电路原理图；
图6是本发明高压介质损耗测试装置的介损测量单元的电路原理图；
图7是本发明高压介质损耗测试装置的高压电流取样隔离单元电路原理框图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明高压介质损耗测试装置及测试方法作进一步的说明，图中相同的结构或功能用相同的数字标出。应该指出的是，附图的目的只是便于对本发明具体实施例的说明，不是一种多余的叙述。
请参照图1所示，本发明高压介质损耗测试装置包括高压介质损耗测试装置，它包括：一能输出0-300V，40-70Hz的正弦波输出变频电源；一用以升压且与正弦波输出变频电源连接的升压装置；分别与升压装置连接且相互并联的高压标准电容器、非接地测试设备及高压电流取样隔离单元，同时与所述高压标准电容器、非接地被测试设备及高压电流取样隔离单元连接并对被试侧信号进行放大、滤波、同步采样、计算处理的介损测量单元，与高压电流取样隔离单元连接的接地被测试设备；一分别与介损测量单元及正弦波输出变频电源连接以控制用户操作指令并显示测量结果的的显示控制单元。
其中所述正弦波输出变频电源用于产生测试需要的试验电源。电源输出电压连续可调，电源输出频率可在工频范围(40～70Hz)内连续可调，便于采用串联谐振方式升压，也可实现变频抗干扰的目的。该部分电路通过串行接口接收来自显示控制单元的指令，实现调压调频的功能。用于变频电源输出的是正弦波电源，所以可以直接采用试验变压器升压，亦可外配励磁变和电抗器进行谐振升压，根据试验容量的要求灵活选择。通常小容量试品可以采用试验变压器方式升压，大容量试品可采用串联谐振方式升压，有利于提高电源效率。
高压标准电容器采用SF6气体绝缘，介损非常小，电容量十分稳定，可根据系统最高试验电压要求选用不同额定电压的高压标准电容器，电容量可选择50pF或100pF。
介损测量单元完成对标准侧电流信号、正接线被试侧信号、反接线被试侧信号进行放大、滤波、同步采样、计算等处理，得到被试品的电容量及介损值。
所述高压标准电容器与介损测量单元间设有标准侧电流取样(如图2所示)及放大电路(如图3所示)，所述非接地被测试设备与介损测量单元间设有正接线被试侧取样及放大电路，正接线被试侧取样及放大电路与标准侧电流取样及大电路相同。
图2中，标准侧(Cn)电流采样部分电路图中R260、R261、R262为电流取样电路，根据电流大小，通过继电器RL204和RL205来切换不同的取样电阻。TVS201、L201、D209～D212、C258、C259为抗冲击保护电路。U229为双运放，完成信号阻抗变换和预放。
图3中，信号输入图3所示程控放大器放大后送到AD转换器(微处理器内带AD转换器)。
所述高压电流取样隔离单元与介损测量单元间设有将反接线被试侧信号经调制、光纤隔离后输入到介损测量单元中的光纤接收信号解调电路(如图4所示)。反接线被试侧(Cx2)信号经过调制、光纤隔离后的信号输入到测量单元，图4中运放U231A对来自光纤接收端的信号进行整形，再由U232进行稳幅整形，由U231B缓冲输出。接图5的低通放大电路，滤除高频调制信号，还原出高压侧的电流信号。
如图7所示，所述高压电流取样隔离单元包括：接收输入信号的电流取样装置，与电流取样装置连接的程控放大器，与程控放大器连接的调制器，与调制器连接的光纤发射装置，分别与电流取样装置、控放大器、调制器连接并分别将取样电阻切换至电流取样装置、量程切换至程控放大器、载波信号传递至调制器的单片机，与单片机连接的光纤接发射装置。
高压侧电流信号首先由电流取样电路进行预放大，由单片机根据信号大小切换取样电阻的大小，取样电路原理与图2相同。然后由程控放大器进一步放大，电路原理与图3相同，经过放大后的信号再与单片机产生的载波信号进行调制，调制后的方波脉冲经光纤发射头传送至低压测量单元。实现了将高压端试品电流信号进行取样、调制及隔离传送到低压侧的功能。由于该部分电路处于高压端，所以采用了可充电锂电池供电，解决了高低压之间的电气隔离。
如图6所示，Un、Ux1、Ux2分别为标准侧，正接线被试侧和反接线被试侧经过取样放大后的信号，分别由U216、U217、U218运算放大器完成电平移位，U213、U214、U215为三路信号的采样保持器，采用的是LF198集成采样保持器，三路采样信号由同一个信号控制，这样保证了三路信号的同步采样。这里微处理采用了C8051F120，它内带了8路12位AD转换器，8K的RAM，时钟可达100MHz，适合在这里做高速数据处理。首先微处理器对三路信号进行同步高速采样，然后对每路数据进行快速傅立叶(FFT)运算，得到信号频率下的幅值及相位关系，通过幅值比可以计算出被试品的电容量，相位差的正切值即为介损值。所有运算由微处理器完成，测量结果准确可靠。最后通过串行接口将测量结果传送到显示控制单元输出。
本发明高压介质损耗测试方法采用上述高压介质损耗测试装置，它包括：可同时具备正接线功能的正接线测试方法及反接线功能的反接线测试方法。
所述正接线测试方法包括以下步骤：由显示控制单元输入指令，显示控制单元与正弦波输出变频电源连接，正弦波输出变频电源按照指令输出特定频率的电压信号，电压经升压装置升压后，将高压施加到非接地被测试设备与高压标准电容器的高压端，非接地被测试设备与高压标准电容器低压侧电流信号分别连接到介损测量单元的标准信号输入和被试信号输入端，介损测量单元分别将标准侧及被试侧信号进行放大、滤波、同步采样、计算处理后由显示控制单元显示测量结果。
所述反接线测试方法包括以下步骤：由显示控制单元输入指令，显示控制单元与正弦波输出变频电源连接，正弦波输出变频电源按照指令输出特定电压频率的电流，电流经升压装置升压后，将高压施加到标准电容的高压端另一路经过高压电流取样隔离单元后加到接地被试品的高压端，高压标准电容低压侧电流信号输入到介损测量单元的标准信号通道，高压电流取样单元将检测到的流过接地被试品的电流信号，经过高频调制、光纤隔离传送到介损测量单元反接信号输入端口，由介损测量单元进行解调后得到高压侧的电流信号，与标准侧的电流信号进行同步采样、计算处理后由显示控制单元显示测量结果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方法范围情况下，利用上述揭示的方法内容对本发明技术方法做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求书保护的范围。
Claims (10)
1.一种高压介质损耗测试装置，其特征在于，它包括:
一能输出0-300V，40-70Hz的正弦波输出变频电源；
一用以升压且与正弦波输出变频电源连接的升压装置；
分别与升压装置连接且相互并联的高压标准电容器、非接地被测试设备及高压电流取样隔离单元，同时与所述高压标准电容器、非接地被测试设备及高压电流取样隔离单元连接并对被试侧信号进行放大、滤波、同步采样、计算处理的介损测量单元，与高压电流取样隔离单元连接的接地被测试设备；
一分别与介损测量单元及正弦波输出变频电源连接以控制用户操作指令并显示测量结果的显示控制单元；
正接线测试方法包括以下步骤:由显示控制单元输入指令，显示控制单元与正弦波输出变频电源连接，正弦波输出变频电源按照指令输出特定频率的电压信号，电压信号经升压装置升压后，将高压施加到非接地被测试设备与高压标准电容器的高压端，非接地被测试设备与高压标准电容器低压侧电流信号分别连接到介损测量单元的标准信号输入和被试信号输入端，介损测量单元分别将标准侧及被试侧信号进行放大、滤波、同步采样、计算处理后由显示控制单元显示测量结果；
反接线测试方法包括以下步骤:由显示控制单元输入指令，显示控制单元与正弦波输出变频电源连接，正弦波输出变频电源按照指令输出特定频率的电压信号，电压信号经升压装置升压后，将高压施加到高压标准电容器的高压端，另一路经过高压电流取样隔离单元后加到接地被试设备的高压端，高压标准电容器低压侧电流信号输入到介损测量单元的标准信号通道，高压电流取样单元将检测到的流过接地被试设备的电流信号，经过高频调制、光纤隔离传送到介损测量单元反接信号输入端口，由介损测量单元进行解调后得到高压侧的电流信号，与标准侧的电流信号进行同步采样、计算处理后由显示控制单元显示测量结果。
2.如权利要求1所述的高压介质损耗测试装置，其特征在于:所述升压装置采用试验变压器或串联谐振方式升压。
3.如权利要求1所述的高压介质损耗测试装置，其特征在于:所述高压标准电容器用SF6气体绝缘，电容量为50pF或100pF。
4.如权利要求1所述的高压介质损耗测试装置，其特征在于:所述高压标准电容器与介损测量单元间设有标准侧电流取样及放大电路，所述非接地被测试设备与介损测量单元间设有正接线被试侧取样及放大电路，正接线被试侧取样及放大电路与标准侧电流取样及放大电路相同。
5.如权利要求1所述的高压介质损耗测试装置，其特征在于:所述高压电流取样隔离单元包括:接收输入信号的电流取样装置，与电流取样装置连接的程控放大器，与程控放大器连接的调制器，与调制器连接的光纤发射装置，分别与电流取样装置、程控放大器、调制器连接并分别将取样电阻切换至电流取样装置、量程切换至程控放大器、载波信号传递至调制器的单片机，与单片机连接的光纤接发射装置。
6.如权利要求5所述的高压介质损耗测试装置，其特征在于:所述高压电流取样隔离单元与介损测量单元间设有将反接线被试侧信号经调制、光纤隔离后输入到介损测量单元中的光纤接收信号解调电路。
7.如权利要求5所述的高压介质损耗测试装置，其特征在于:所述高压电流取样隔离单元采用可充电锂电池供电。
8.一种高压介质损耗测试方法，其特征在于，它包括：同时具备正接线功能的正接线测试方法及反接线功能的反接线测试方法；
所述正接线测试方法包括以下步骤:由显示控制单元输入指令，显示控制单元与正弦波输出变频电源连接，正弦波输出变频电源按照指令输出特定频率的第一电压信号，第一电压信号经升压装置升压后，将高压施加到非接地被测试设备与高压标准电容器的高压端，非接地被测试设备与高压标准电容器低压侧电流信号分别连接到介损测量单元的标准信号输入和被试信号输入端，介损测量单元分别将标准侧及被试侧信号进行放大、滤波、同步采样、计算处理后由显示控制单元显示测量结果；
所述反接线测试方法包括以下步骤:由显示控制单元输入指令，显示控制单元与正弦波输出变频电源连接，正弦波输出变频电源按照指令输出特定频率的第二电压信号，第二电压信号经升压装置升压后，将高压施加到高压标准电容器的高压端另一路经过高压电流取样隔离单元后加到接地被试品的高压端，高压标准电容器低压侧电流信号输入到介损测量单元的标准信号通道，高压电流取样单元将检测到的流过接地被试品的电流信号，经过高频调制、光纤隔离传送到介损测量单元反接信号输入端口，由介损测量单元进行解调后得到高压侧的电流信号，与标准侧的电流信号进行同步采样、计算处理后由显示控制单元显示测量结果。
9.如权利要求8所述的高压介质损耗测试方法，其特征在于：所述高压电流取样隔离单元包括：接收输入信号的电流取样装置，与电流取样装置连接的程控放大器，与程控放大器连接的调制器，与调制器连接的光纤发射装置，分别与电流取样装置、控放大器、调制器连接并分别将取样电阻切换至电流取样装置、量程切换至程控放大器、载波信号传递至调制器的单片机，与单片机连接的光纤接发射装置。
10.如权利要求9所述的高压介质损耗测试方法，其特征在于:所述高压电流取样隔离单元与介损测量单元间设有将反接线被试侧信号经调制、光纤隔离后输入到介损测量单元中的光纤接收信号解调电路。
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