CN102998548A - 电压互感器励磁特性快捷测试方法及测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电压互感器励磁特性快捷测试方法及测试装置，本方法利用嵌入式程序，由CPU输出的D/A控制信号来控制功率电源的输出电压，使其由0V升压，并根据电气设备试验规程的要求，针对被试品不同的被测线圈，以1V的步进电压分别对0.2Un、0.5Un、0.8Un、1.0Un、1.2Un、1.5Un、1.9Um等7个电压值测量点进行不同组合的测量，自动将结果显示并存储在相应设备上；新型快捷测试装置，由漏电保护器、功率电源、D/A控制输出电路、A/D测量电路、供电电源、E2存储器、U盘存储器、主芯片电路、显示器、控制面板等组合构成，装置结构紧凑，测试精度高，操作便捷，解决了目前人工测试存在的诸多问题。

Description

电压互感器励磁特性快捷测试方法及测试装置

技术领域

本发明涉及电力系统高压试验技术领域，尤其涉及一种电压互感器励磁特性快捷测试方法及测试装置。

背景技术

电力系统中的各种高压电气设备，根据电气设备试验规程的要求，均应在投运前和运行间后，进行交接试验或者定期的例行试验，电压互感器的励磁特性测试就属于交接试验项目当中的一项。根据规定要求，电压互感器励磁特性曲线测量点分别为额定电压的20%，50%，80%，100%和120%；对于中性点直接接地的电压互感器，电压等级35kV及以下的电压互感器最高测量点为190%；电压等级110kV及以上的电压互感器最高测量点为150%。目前，通用的测试方法为人工操作测试，在测试现场接线，由人工操作、读取数据、绘制图表，由于不同试验人员操作调压器动作不一致，还受制于调压器的灵敏度，不可避免的存在操作误差、视觉误差，测量结果精度不高；这种方法占用多名试验人员，测试时间长，且对试验人员的技术熟练程度要求也较高。

本发明的快捷测试方法及测试装置，集测试规定的要求，利用嵌入式程序，由主芯片电路输出D/A信号，作用于功率电源，控制其输出电压并进行自动调压，实现试验过程中的无级调压，并自动记录试验结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电压互感器励磁特性快捷测试方法及测试装置，实现电压互感器励磁特性测试过程的自动化。

本发明方法通过以下步骤来实现：第一步，在测试装置上设2个波段开关，根据不同的测量要求及测量目的，选择波段开关1与波段开关2的位置，波段开关1设有两个选项，分别为“二次”与“开口三角”；波段开关2设有三个选项，分别为“1.0Un”（Un为设备额定电压）、“1.5Un”和“1.9Um”（Um为设备最高运行电压）；

第二步，在内存中设定7个电压值测量点，分别为：0.2Un、0.5Un、0.8Un、1.0Un、1.2Un、1.5Un、1.9Um，设定测量子程序，并对波段开关1的位置进行判断，当该开关选择在“二次”位置上时，Un为57.735V，当该开关1选择在“开口三角”的位置上时，Un为33.333V；

第三步，测量子程序再对波段开关2的位置进行判断，当该开关选择在“1.0Un”上时，测量子程序分别对0.2Un、0.5Un、0.8Un、1.0Un这四个点进行测量并记录结果；当该开关选择在“1.5Un”时，则测量子程序分别对0.2Un、0.5Un、0.8Un、1.0Un、1.2Un、1.5Un这六个点进行测量并记录结果；当该开关选择在“1.9Um”时，则测量子程序测量所有测量点并记录结果至E2存储器中；

第四步，进行测量时，输出电压由0V开始升压，步进电压为1V，输出电压、电流值通过A/D测量电路4反馈到主芯片内，主芯片进行计算，将结果显示在液晶屏上，当输出电压达到设置的最高电压时，将各测试点记录为历史数据，降压到0V，停止测量。

本发明方法还设计有通过按键选择了“历史记录”后，调用历史记录子程序，显示历史记录列表，通过上、下键可以上翻、下翻历史记录列表，通过开始键进入单条历史记录，可以查看参数设置、试验结果、试验时间以及励磁曲线图。

依据本发明方法研制的电压互感器励磁特性快捷测试装置， 由漏电保护器、功率电源、D/A控制输出电路、 A/D测量电路、供电电源、E2存储器、U盘接口、主芯片电路、显示器、控制面板组合构成，它们之间的电气连接关系为：漏电保护器的两路输出分别接至供电电源和功率电源的输入，功率电源的另一路输入来自D/A输出电路，功率电源的输出接A/D测量电路，A/D测量电路有两路输出，一路接被测电压互感器二次线圈，另一路接主芯片电路，主芯片电路的另2路输入来自供电电源和控制面板；主芯片电路共有4路输出，分别对应D/A输出电路、E2存储器、U盘接口、显示器；

主芯片电路通用输入输出I/O口PB14、PB15、PD9、PD10、PD11分别与控制面板中波段开关一的二次、开口选择输入脚以及波段开关二1.0Un、1.5Un、1.9Um选择输入脚进行连接；

主芯片电路通过集成模拟量输入引脚PB0、PB1与A/D测量电路的电压输入脚U、电流输入脚I连接，设置PB0、PB1为模拟量输入第一通道和第二通道，实现对试验电压、电流的12位A/D采样。

 所述装置的A/D测量电路由电流互感器、电压互感器和2个整流滤波运算放大器构成，功率电源的一路输出接电压互感器的一次线圈，一次线圈另一端接至被测装置，功率电源的另一路输出接电流互感器的一次线圈，一次线圈另一端接被测装置，电压互感器、电流互感器的输出分别接2个整流滤波运算放大器的输入端，其输出接至主芯片电路。

在所述装置的控制面板上，安装有方便索取测量信息的U盘/ 打印机输出口，选择操作用的2个波段开关，4 个功能操作键，显示器，电源接口，空气开关和输出接口。

由于本电压互感器励磁特性快捷测试方法及测试装置是结合电气设备试验规程而设计，测试方法及测试装置使用便捷，实用性强，能满足试验现场的实际需要。

附图说明

图1为电压互感器励磁特性快捷测试装置总方框图；

在图中，1—漏电保护器、2—功率电源、3—D/A控制输出电路、4—A/D测量电路、5—供电电源、6—E2存储器、7—U盘存储器接口电路、8—主芯片电路、9—显示器、10—控制面板；

图2为主芯片接线图；

图3为A/D测量电路图；

在图中，11—电流互感器、12—电压互感器、13、14—整流滤波运算放大器；

图4为功率电源接线图；

图5为控制面板示意图；

在图中，15—显示器、16—电源接口、17—空气开关、18—输出接口；

图6为主程序流程图；

图7为测量子程序流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明方法及装置作进一步详细说明：

本方法主要分四步：第一步，在测试装置上设2个波段开关，见图5，根据不同的测量要求及测量目的，选择波段开关1与波段开关2的位置，波段开关1设有两个选项，分别为“二次”与“开口三角”；波段开关2设有三个选项，分别为“1.0Un”（Un为设备额定电压）、“1.5Un”以及“1.9Um”（Um为设备最高运行电压），上述电压值是根据电气设备有关规程选定的。

第二步，根据试验规程要求选电压测量点，在装置的内存中设定7个电压值测量点，分别为：0.2Un、0.5Un、0.8Un、1.0Un、1.2Un、1.5Un、1.9Um，设定测量子程序，见图7，并对波段开关1的位置进行判断，当该开关选择在“二次”位置上时，Un为57.735V，当该开关1选择在“开口三角”的位置上时，Un为33.333V。

第三步，设计测量子程序，见图7，并嵌入设备中，根据设计程序，测量子程序再对波段开关2的位置进行判断，当该开关选择在“1.0Un”上时，测量子程序分别对0.2Un、0.5Un、0.8Un、1.0Un这四个点进行测量并记录结果；当该开关选择在“1.5Un”时，则测量子程序分别对0.2Un、0.5Un、0.8Un、1.0Un、1.2Un、1.5Un这六个点进行测量并记录结果；当该开关选择在“1.9Um”时，则测量子程序测量所有测量点并记录结果至E2存储器中。

第四步，根据程序设定进行测量时，输出电压由0V开始升压，步进电压为1V，输出电压、电流值通过A/D测量电路4反馈到主芯片内，主芯片进行计算，将结果显示在液晶屏上，当输出电压达到设置的最高电压时，将各测试点记录为历史数据，降压到0V，完成全部测量过程停止测量。

本发明的快捷测试方法，为了满足测量结果档案的记录、数据的显示要求，设计了数据、曲线等不同记录方式，当用户通过按键选择了“历史记录”后，可通过调用历史记录子程序，显示历史记录列表，通过上、下键可以上翻、下翻历史记录列表，通过开始键进入单条历史记录，可以查看参数设置、试验结果、试验时间以及励磁曲线图。

结合本发明方法设计的电压互感器励磁特性快捷测试装置，其结构由图1可知，装置由漏电保护器1、功率电源2、D/A控制输出电路3、A/D测量电路4、供电电源5、E2存储器6、U盘存储器接口电路7、主芯片电路8、显示器9、控制面板10和承装元器件的箱体组合构成。电气、电子元件之间的电气连接关系为：漏电保护器1的两路输出分别接至供电电源5和功率电源2的输入，功率电源2的另一路输入来自D/A输出电路3，功率电源2的输出接A/D测量电路4，A/D测量电路4有两路输出，一路接被测电压互感器二次线圈，另一路接主芯片电路8，主芯片电路8的另2路输入来自供电电源5和控制面板10；主芯片电路8共有4路输出，分别对应D/A输出电路3、E2存储器6、U盘接口7、显示器9。

由图2可见，测试装置使用主芯片ARM（采用STM32F107VCT6型）内核集成SPI1口的PD2、PD1、PD3、PD0引脚分别与E2存储器的CS、SI、SO、SCK引脚硬件连接。设置SPI1口为全双工主工作模式，实现速率为1M/S的数据传输。利用E2存储器的32k字节空间存储AD校准系数和100条历史记录。

主芯片与U盘存储器接口电路的连接为：主芯片ARM内核集成SPI2口的PA2、PC4、PA7、PA6引脚分别与U盘控制芯片CH376芯片的CS、SI、SO、SCK引脚硬件连接。设置SPI2口为全双工主工作模式，实现速率为1M/S的数据传输。利用CH376内置的读写文件程函数库，实现100条历史记录的U盘上传功能。

主芯片与D/A输出电路的连接为：主芯片ARM内核集成SPI3口的PD12、PD13、PD14、PD15引脚分别与D/A芯片MAX531的CS、SI、SO、SCK脚硬件连接。设置SPI3口为全双工主工作模式，实现速率为100K/S的数据传输。利用MAX531高达12位分辨率的D/A输出功能，生成0～5V直流电压，完成对功率模块的D/A输入控制。实现功率模块输出电压上升与下降的功能。

主芯片与显示器的连接为：主芯片ARM内部集成USART1口的PE10、PE11引脚分别与液晶模块的LCD-DIN、LCD-DOUT脚硬件连接,PE15配置成开路输入方式与液晶模块LCD-BUSY脚硬件连接。设置USART1口为115200波特率、8数据位、1位停止位、无校验位的半双工状态。实现试验结果数据表和波形图的实时刷新显示。

主芯片与控制面板的连接为：主芯片ARM的通用输入输出I/O口PB14、PB15、PD9、PD10、PD11分别与控制面板中波段开关一的二次、开口选择输入脚以及波段开关二1.0Un、1.5Un、1.9Um选择输入脚进行硬件连接。设置连接的5个I/O口为上拉输入模式，程序通过读取I/O输入寄存器，来确定波段开关状态，用于设置被试品类型及试验最高电压。

主芯片与A/D测量电路的连接为：主芯片ARM内部集成模拟量输入引脚PB0、PB1与A/D测量电路的电压输入脚U、电流输入脚I硬件连接。设置PB0、PB1为模拟量输入第一通道和第二通道，并开启连续转换。实现对试验电压、电流的12位A/D采样。

由图 3可见，A/D测量电路4由电流互感器11（采用TA5211）、电压互感器12（采用TV3154）和2个整流滤波运算放大器13、14（采用LM324）构成，功率电源2的一路输出接电压互感器12的一次线圈，线圈另一端接至被测装置，功率电源2的另一路输出接电流互感器11的一次线圈，其线圈另一端接被测装置，电压互感器12，电流互感器11的输出接整流滤波运算放大器13和14的输入端，其输出接至主芯片电路8。

由图 4可见，功率电源的输入来自漏电保护器1，两路输出电压1、2至A/D测量电路4，控制信号输入来自D/A输出电路3，功率电源模块采用HAT2000-220H150-NFCI。

由图 5可见，在装置的控制面板10上，还安装有方便索取测量信息的U盘/打印机输出口，选择操作用的两个波段开关，4 个功能操作键（确定、打印、暂停、退出键），显示器15、电源接口16、空气开关17、输出接口18。

以下结合图6 主程序流程图和图7 测量子程序流程图，对本方法与装置的软件进行简要说明：开机后，CPU自动运行初始化程序，检查仪器是否可以正常工作，初始化主要针对CPU的外围器件，包括：将外部E2存储器的数据放入CPU的RAM区，断开两个输出继电器， 将D/A控制电压置零，液晶屏初始化，并进入主菜单。

进入主菜单界面后，开始主程序，主程序的使命为实时运行按键扫描程序，在扫描的同时，提供给用户两个功能选项，分别为测量功能与查询功能，每个功能选项分别对应着一个子程序，当主程序扫描到用户选择了某一功能后，即开始调用其相应的子程序。

按键扫描子程序等待用户进行按键选择，根据用户不同选项进行赋值，并将该值返回给主程序；如果扫描到用户选择“开始测量”，则被赋值1，如果扫描到用户选择“历史记录”，则被赋值2，如果用户无任何操作，则被赋值为0。

当主程序收到由按键扫描子程序返回值1时，则开始调用测量子程序，见图7，进入测量子程序后，如本发明方法所述，首先判断仪器控制面板上波段开关1与波段开关2的位置，波段开关1有两个选项，分别为“二次”与“开口三角”；波段开关2有三个选项，分别为“1.0Un”、“1.5Un”以及“1.9Um”，测量子程序根据两个波段开关的位置组合来进行最高电压设定。

测量子程序对波段开关1的位置进行判断，由CPU自动设置Un的数值，测量子程序再对波段开关2的位置进行判断，当该开关选择在“1.0Un、1.5Un和1.9Um”某一值上时，则测量子程序分别对不同的设定点进行测量。

 D/A控制电压输出：测量开始后，CPU通过SPI接口控制D/A 芯片MAX531，给电源模块的D/A控制电压升压，程序每200mS给MAX531输出电压寄存器增加80bit数值，D/A控制电压每秒升高0.015V，达到控制装置输出电压每秒升高1V的目的。

    CPU采集当前测量值：开始升压后，开启A/D的DMA循环采集模式，首先，CPU对片内A/D采样第1、2通道初始化，设置A/D采样频率为12MHz，主控制芯片每秒在DMA数组里得到250次A/D采样结果，将250次采样结果进行滤波取平均后，再乘以对应的校准系数，即得到实际测值。

测量程序判断：仪器内部的电流互感器与电压互感器自动测量目前的电压值与电流值，通过整流滤波电路进入CPU内A/D通道，供CPU采集当前电压与电流值。

历史记录子程序：当主程序扫描到用户选择了“历史记录”，则被赋值2，开始调用历史记录子程序，装置每完成一次测量，程序自动调用一次测试结果存储子程序，形成一条历史记录。

本装置全部器件和控制面板安装在一便携式手提箱内，装置所选用的电子、电器等元件，都选用国际标准中通用的电工、电子元器件，每个元件的具体接线按元件要求执行，在此不做详细的说明。

Claims (6)

1.一种电压互感器励磁特性快捷测试方法及测试装置，其特征在于，所述方法包括以下步骤：第一步，在测试装置上设2个波段开关，根据不同的测量要求及测量目的，选择波段开关1与波段开关2的位置，波段开关1设有两个选项，分别为“二次”与“开口三角”；波段开关2设有三个选项，分别为1.0Un、1.5Un、1.9Um；

第二步，在内存中设定7个电压值测量点，分别为：0.2Un、0.5Un、0.8Un、1.0Un、1.2Un、1.5Un、1.9Um，设定测量子程序，并对波段开关1的位置进行判断，当该开关选择在“二次”位置上时，Un为57.735V，当该开关1选择在“开口三角”的位置上时，Un为33.333V；

第三步，测量子程序再对波段开关2的位置进行判断，当该开关选择在“1.0Un”上时，测量子程序分别对0.2Un、0.5Un、0.8Un、1.0Un这四个点进行测量并记录结果；当该开关选择在“1.5Un”时，则测量子程序分别对0.2Un、0.5Un、0.8Un、1.0Un、1.2Un、1.5Un这六个点进行测量并记录结果；当该开关选择在“1.9Um”时，则测量子程序测量所有测量点并记录结果至E2存储器中；

第四步，进行测量时，输出电压由0V开始升压，步进电压为1V，输出电压、电流值通过A/D测量电路（4）反馈到主芯片内，主芯片进行计算，将结果显示在液晶屏上，当输出电压达到设置的最高电压时，将各测试点记录为历史数据，降压到0V，停止测量。

2.根据权利要求1所述的电压互感器励磁特性快捷测试方法，其特征在于：所述快捷测试方法，当用户通过按键选择了“历史记录”后，可通过调用历史记录子程序，显示历史记录列表，通过上、下键可以上翻、下翻历史记录列表，通过开始键进入单条历史记录，可以查看参数设置、试验结果、试验时间以及励磁曲线图。

3.根据权利要求1所述的电压互感器励磁特性快捷测试装置，其特征在于：所述装置由漏电保护器（1）、功率电源（2）、D/A控制输出电路（3）、 A/D测量电路（4）、供电电源（5）、E2存储器（6）、U盘接口（7）、主芯片电路（8）、显示器（9）、控制面板（10）组合构成，它们之间的电气连接关系为：漏电保护器（1）的两路输出分别接至供电电源（5）和功率电源（2）的输入，功率电源（2）的另一路输入来自D/A输出电路（3），功率电源（2）的输出接A/D测量电路（4），A/D测量电路（4）有两路输出，一路接被测电压互感器二次线圈，另一路接主芯片电路（8），主芯片电路（8）的另2路输入来自供电电源（5）和控制面板（10）；主芯片电路（8）共有4路输出，分别对应D/A输出电路（3）、E2存储器（6）、U盘接口（7）、显示器（9）；      

主芯片电路（8）通用输入输出I/O口PB14、PB15、PD9、PD10、PD11分别与控制面板中波段开关一的二次、开口选择输入脚以及波段开关二1.0Un、1.5Un、1.9Um选择输入脚进行连接；

主芯片电路（8）通过集成模拟量输入引脚PB0、PB1与A/D测量电路的电压输入脚U、电流输入脚I连接，设置PB0、PB1为模拟量输入第一通道和第二通道，实现对试验电压、电流的12位A/D采样。       

4.根据权利要求3所述的电压互感器励磁特性快捷测试装置，其特征在于：A/D测量电路（4）由电流互感器（11）、电压互感器（12）和2个整流滤波运算放大器（13）、（14）构成，功率电源（2）的一路输出接电压互感器（12）的一次线圈，一次线圈另一端接至被测装置，功率电源（2）的另一路输出接电流互感器（11）的一次线圈，一次线圈另一端接被测装置，电压互感器（12），电流互感器（11）的输出接整流滤波运算放大器（13）和（14）的输入端，其输出接至主芯片电路（8）。

5.根据权利要求3所述的电压互感器励磁特性快捷测试装置，其特征在于：主芯片电路（8）的电气连接关系还包括：E2存储器（6）的CS、SI、 SO、SCK引脚与主芯片电路（8）的内核集成SPI1口PD2、PD1、PD3、 PD0端子相接,U盘接口（7）的CS、SI、SO、SCK引脚与主芯片电路（8）的内核集成SPI2口PA2、PC4、PA7、PA6引脚相接；D/A输出电路（3）的CS、SI、SO、SCK引脚，对应接主芯片电路（8）SPI3口的PD12、 PD13、PD14、PD15引脚。

6.根据权利要求3所述的电压互感器励磁特性快捷测试装置，其特征在于：在所述装置的控制面板（10）上，安装有方便索取测量信息的U盘/ 打印机输出口，选择操作用的2个波段开关，4 个功能操作键，显示器（15），电源接口（16），空气开关（17）和输出接口（18）。

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