CN103389424B - 非线性电阻片的加速老化试验装置及其老化特性测试方法 - Google Patents

Abstract

非线性电阻片的加速老化试验装置及其老化特性测试方法，包括稳压电源、高压试验电源、波形切换机构、温度试验箱、控制单元、测量单元和计算机数据分析管理单元。通过高压试验电源和波形切换机构的配合设置，实现了直流和交流高压电源的供给、选择和切换，填补了空白，适应范围广；利用测量单元进行数据的采集并输出到计算机数据分析处理单元完成对数据的储存统计和图形绘制，并能对其的实现显示、查询和输出，功能完备，统计全面；利用控制单元和计算机数据分析处理单元的协同控制，实现高压电源之间的自动转换，操作简单，安全高效。本发明还提供在利用上述试验装置，对相关参数进行分析处理，并能得到老化曲线及数据参数的老化特性测试方法。

Description

非线性电阻片的加速老化试验装置及其老化特性测试方法

技术领域

本发明涉及到电力系统或电子通信领域过电压保护器的老化试验及测试，具体为一种非线性电阻片的加速老化试验装置及其老化特性测试方法。

背景技术

随着输配电向超特高压方向的发展，同时电子信息向着高集成度和高数字化方向的发展，雷电过电压和操作过电压造成的危害日益加剧，因而过电压保护引起了越来越多的关注和重视。非线性电阻片因其优良的非线性特性和浪涌吸收能力而广泛应用在电力系统、电子与通信领域的过电压保护当中，尤其以氧化锌非线性电阻片为代表。

加速老化试验是检测非线性电阻片的使用寿命以及进行动作负载试验常用的试验方法，试验温度115℃、试验时间1000hr，施加电压根据非线性电阻片的直流参考电压进行选取。老化试验不仅是研究部门对非线性电阻片老化性能进行研究的一个重要方法，而且也是制造部门控制质量的必要手段之一。

目前，国内外的非线性电阻片的加速老化试验主要针对交流老化试验，且IEC及国标对此都作了相应的规定，但随着特高压直流输配电的发展，非线性电阻片的直流老化特性并不明确，相应的IEC和国标都未作出明确的规定。但是原有的试验装置和方法都不能用于对直流老化特性的试验和研究，同时也不能实现完备的数据对比和同一装置不同类型电压下的试验及对比。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种能够输出直流和交流高压电源，并能够实现自动切换，数据采集分析计算的，非线性电阻片的加速老化试验装置。

为了达到上述目的，本发明的非线性电阻片的加速老化试验装置，包括稳压电源、高压试验电源、波形切换机构、温度试验箱、控制单元、测量单元和计算机数据分析管理单元；

所述稳压电源的输出端与高压试验电源的输入端相连；

所述高压试验电源的输出端与波形切换机构的输入端对应相连；高压试验电源包括调压器、变压器和整流器；调压器设置在变压器的输入端，整流器设置在变压器的输出端；

所述波形切换机构的输出端经过控制单元的控制能够输出交流或直流高压电源；高压电源施加在非线性电阻片上；

所述的非线性电阻片放置在温度试验箱中，其两端的电压和通过的电流经测量单元传输至计算机数据分析管理单元进行数据的分析与处理；

所述的计算机数据分析管理单元的输出端经过控制单元分别对高压试验电源和波形切换机构实现电压调节和切换控制。

优选的，所述的波形切换机构的输出端设置有通过波形切换机构实现通断的滤波电路，滤波电路上设置有用于在试验结束时泄放其两端电压的安全接地机构。

优选的，所述的整流器包括全波整流电路和半波整流电路，对应波形切换机构输出的直流高压电源包括半波、全波及全波滤波三种类型。

优选的，所述的波形切换机构设置有OA、OB、OC三个输出端，对应高压试验电源的输出端设置有IA、IB、IC、ID四个输入端；非线性电阻片两端分别连接在输出端OA和OB上，滤波电路两端分别连接在输出端OB和OC上；

当选择交流进行老化试验时，输入端IA与输出端OA连通，输入端IC与输出端OB连通；

当选择半波进行老化试验时，输入端IB与输出端OA连通，输入端IC与输出端OB连通；

当选择全波进行老化试验时，输入端IB与输出端OA连通，输入端ID与输出端OB连通；

当选择全波滤波进行老化试验时，输入端IB与输出端OA连通，输入端ID与输出端OB连通，且输出端OC与输出端OA连通。

优选的，所述的波形切换机构包括多组高压开关，高压开关的动作由计算机数据分析管理单元与控制单元联合实现。

优选的，所述的非线性电阻片的数量与高压电源的路数相同，高压电源的路数为3-9路或更多路。

优选的，所述的控制单元包括工业控制计算机、数字I/O电路板和继电器板，工业控制计算机的输出端通过数字I/O电路板与继电器板的输入端相连。

优选的，所述的测量单元包括用于测量非线性电阻片两端电压的电压信号提取传感器，用于测量非线性电阻片通过电流的电流信号提取传感器，以及由计算机数据分析处理单元控制的数据采集卡；测量得到的两端电压和通过电流输出到数据采集卡的输入端，数据采集卡输出的数字信号由计算机数据分析管理单元进行数据的分析与处理。

优选的，所述的计算机数据分析管理单元包括用于对测量单元输出数据进行分析与处理的数据分析处理软件，用于控制试验进行和发出控制指令的控制软件，以及用于运行数据处理软件和控制软件的计算机。

本发明还提供一种在利用上述试验装置，对非线性电阻片老化特性的相关参数进行分析处理，并能得到老化曲线及数据参数的老化特性测试方法。其包括以下步骤，

a.试验准备；将要进行试验的非线性电阻片放置在密闭的温度试验箱中，设置温度试验箱的温度，使其正常工作并开始加热；

b.试验装置初始化；当温度试验箱的温度达到设定温度并保温一段时间后，运行计算机数据分析处理单元，选择老化试验的波形和时间，设置测量单元的刻度因素和采样间隔，调节调压器使电压升高到所需要的试验电压；

c.启动老化试验进程；开始试验计时和采样间隔计时；

d.进行老化试验；当采样间隔满足后，计算机数据分析处理单元发出控制信号并通过控制单元和测量单元对各路试品的两端电压和通过电流进行巡回采样；计算机数据分析处理单元根据采集到的数据进行分析和处理，得出非线性电阻片的参数，绘制截止目前试验时间内的老化曲线，并存储老化试验数据和试验波形；

e.完成一次老化特性测试；完成上述操作后，检查试验时间是否达到规定时间，当没有达到时，则返回采样间隔计时，重复步骤d；当达到时，实现对数据的输出和查询，一次老化特性测试结束。

优选的，步骤d中所述的非线性电阻片的参数包括施加的电压、通过的全电流、阻性电流、容性电流、功率损耗及静态电容。

优选的，步骤d中所述的老化试验数据包括试品编号、试验电压、全电流、阻性电阻、容性电流、功率损耗和试验时间。

本发明所述的老化试验装置，在满足交流试验要求的同时，通过高压试验电源和波形切换机构的配合设置，实现了直流和交流高压电源的供给、选择和切换，分别将其加载到非线性电阻片的两端，填补了空白，而且适应范围广；利用测量单元进行数据的采集并输出到计算机数据分析处理单元完成对数据的储存统计和图形绘制，并能对其的实现显示、查询和输出，功能完备，统计全面；利用控制单元和计算机数据分析处理单元的协同控制，使得波形切换机构对不同类型高压电源之间的转换能够自动实现，实现了自动程序控制及数据管理于一体，操作简单，安全高效。

进一步的还能够实现交流、半波、全波和直流的高压电源输出，为非线性电阻片的加载提供了多种选择，提高了实验装置的可操作性。

本发明所述的老化特性测试方法，基于上述的老化试验装置，通过对试验参数的设定，以及试验过程的精确控制和多种数据统计收集，对试验数据进行分析和计算，最后得出准确的试验波形和特性测试结果，结果准确，步骤简单，可重复性高，且分析全面，易于对比。

附图说明

图1为本发明所述试验装置的结构框图。

图2为本发明所述试验装置的电路原理框图。

图3为本发明所述试验装置中不同波形的高压电源之间自动转换的原理框图。

图4为本发明所述测试方法的具体流程框图。

图中：1为稳压电源，2为高压试验电源，3为波形切换机构，4为温度试箱，5为控制单元，6为测量单元，7为计算机数据分析处理单元。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的结构工作原理和测试方法作进一步详细说明。

参见图1和图2，本发明非线性电阻片的加速老化试验装置，包括稳压电源1、高压试验电源2、波形切换机构3、温度试验箱4、控制单元5、测量单元6和计算机数据分析管理单元7；高压试验电源2包括调压器、变压器和整流器，调压器设置在变压器的输入端，整流器设置在变压器的输出端；其中稳压电源1的输出端与高压试验电源2的输入端相连；高压试验电源2的输出端与波形切换机构3的输入端对应相连；波形切换机构3的输出端经过控制单元5的控制能够输出交流或直流高压电源；高压电源施加在非线性电阻片上；非线性电阻片放置在温度试验箱4中，其两端的电压和通过的电流经测量单元6传输至计算机数据分析管理单元7进行数据的分析与处理；计算机数据分析管理单元7的输出端经过控制单元5对波形切换机构3实现切换控制。

参见图2，优选的波形切换机构3的输出端设置有通过波形切换机构3实现通断的滤波电路，滤波电路上设置有用于在试验结束时泄放其两端电压的安全接地机构，优选的整流器包括全波整流电路和半波整流电路，在本实施例中具体的采用现有技术中的桥式整流器来实现低全波整流和半波整流的输出，同时对应波形切换机构3输出的直流高压电源包括半波、全波及直流三种类型，加上之前的交流，共能够输出四种类型的高压电源。

进一步优选的，如图3所示，波形切换机构3设置有OA、OB、OC三个输出端，对应高压试验电源2的输出端设置有IA、IB、IC、ID四个输入端；非线性电阻片两端分别连接在输出端OA和OB上，滤波电路两端分别连接在输出端OB和OC上；在计算机数据分析管理单元7中进行试验参数设置时，能够进行交流、半波、全波、直流四种波形的选择。具体进行实现切换时，当选择交流进行老化试验时，输入端IA与输出端OA连通，输入端IC与输出端OB连通；当选择半波进行老化试验时，输入端IB与输出端OA连通，输入端IC与输出端OB连通；当选择全波进行老化试验时，输入端IB与输出端OA连通，输入端ID与输出端OB连通；当选择全波滤波进行老化试验时，输入端IB与输出端OA连通，输入端ID与输出端OB连通，且输出端OC与输出端OA连通。

其中，波形切换机构3包括多组高压开关，高压开关的动作由计算机数据分析管理单元7与控制单元5联合实现，从而达到自动切换。结合以上的连接关系，具体进行控制时，当选择交流老化试验时，控制单元5发出控制高压开关使高压试验电源2的输出端IA（或波形切换机构的IA）与波形切换机构的OA电气连接在一起，高压试验电源2的输出端IC（或波形切换机构的IC）与波形切换机构的OB电气连接在一起；当选择半波老化试验时，控制单元5发出控制高压开关使高压试验电源2的输出端IB（或波形切换机构的IB）与波形切换机构的OA电气连接在一起，高压试验电源2的输出端IC（或波形切换机构的IC）与波形切换机构的OB电气连接在一起；当选择全波老化试验时，控制单元5发出控制高压开关使高压试验电源2的输出端IB（或波形切换机构的IB）与波形切换机构的OA电气连接在一起，高压试验电源2的输出端ID（或波形切换机构的ID）与波形切换机构的OB电气连接在一起；当选择直流老化试验时，控制单元5发出控制高压开关使高压试验电源2的输出端IB（或波形切换机构的IB）与波形切换机构的OA电气连接在一起，高压试验电源2的输出端ID（或波形切换机构的ID）与波形切换机构的OB电气连接在一起，且波形切换机构3的OC与OA相连接。

其中，非线性电阻片的数量与高压电源的路数相同，高压电源的路数为3-9路或更多路。控制单元5包括工业控制计算机、数字I/O电路板和继电器板，工业控制计算机的输出端通过数字I/O电路板与继电器板的输入端相连。测量单元6包括用于测量非线性电阻片两端电压的电压信号提取传感器，用于测量非线性电阻片通过电流的电流信号提取传感器，以及由计算机数据分析处理单元7控制的数据采集卡；测量得到的两端电压和通过电流输出到数据采集卡的输入端，数据采集卡输出的数字信号由计算机数据分析管理单元7进行数据的分析与处理。

计算机数据分析管理单元7包括用于对测量单元6输出数据进行分析与处理的数据分析处理软件，用于控制试验进行和发出控制指令的控制软件，以及用于运行数据处理软件和控制软件的计算机。其能够对老化试验的电压和电流进行分析，计算通过非线性电阻片的全电流、阻性电流及其谐波分量、阻性电流及其谐波分量、功率损耗以及等效电容，并绘制老化过程的功率-时间曲线。同时还能够完成试验数据和波形的在线显示、存储、查询和试验报表输出等功能。

参见图4，本发明非线性电阻片的老化特性测试方法，基于以上所述的试验装置，包括以下步骤，

a.试验准备；将要进行试验的非线性电阻片放置在密闭的温度试验箱4中，设置温度试验箱4的温度，使其正常工作并开始加热；

b.试验装置初始化；当温度试验箱4的温度达到设定温度并保温一段时间后，运行计算机数据分析处理单元7，选择老化试验的波形和时间，设置测量单元6的刻度因素和采样间隔，调节调压器使电压升高到所需要的试验电压；

c.启动老化试验进程；开始试验计时和采样间隔计时；

d.进行老化试验；当采样间隔满足后，计算机数据分析处理单元7发出控制信号并通过控制单元5和测量单元6对各路试品的两端电压和通过电流进行巡回采样；计算机数据分析处理单元7根据采集到的数据进行分析和处理，得出非线性电阻片的参数，绘制截止目前试验时间内的老化曲线，并存储老化试验数据和试验波形；

e.完成一次老化特性测试；完成上述操作后，检查试验时间是否达到规定时间，当没有达到时，则返回采样间隔计时，重复步骤d；当达到时，实现对数据的输出和查询，一次老化特性测试结束。

具体的通过试验测试的工作流程为：

1）在温度试验箱4中放置好非线性电阻片试验试品，并关好温度试验箱4的门。设置温度试验箱4的温度，并使温度试验箱4处于工作状态并开始加热。

2）当温度试验箱4的温度达到设定温度并保温一段时间后，打开计算机并运行老化试验所需程序并选择试验波形类型。

3）设置电压信号提取传感器、电流信号提取传感器的刻度因数以及老化试验的时间和采样间隔。

4）接通高压试验电源2的高压通按钮，调节调压器使电压升高至所需要的试验电压。

5）启动老化试验进程，并开始试验计时和采样间隔计时。

6）当采样间隔满足时，计算机发出控制信号并通过控制单元5和测量单元6对各路试品的试验电压和通过的电流进行巡回采样。

7）计算机数据处理单元7根据采集得到的试品试验电压和通过的电流，通过数据分析处理软件计算非线性电阻片试品所施加的电压、通过的全电流、阻性电流、容性电流、功率损耗及试品的静态电容等参数。

8）绘制截止目前试验时间内的老化曲线，并存储老化试验数据和试验波形，试验数据包括试品编号、试验电压、全电流、阻性电阻、容性电流、功率损耗和试验时间等参数；试验波形主要指试品老化试验的历史波形。

9）试验时间是否达到规定的时间，如果没有达到，则返回采样间隔计时，重复上面过程6）至8）；如果试验时间达到，则可以查询试验数据、输出试验报表等等

10）一次老化测试试验结束，试验过程中用阻性电流或功耗等参数随时间变化的曲线来反映非线性电阻的老化特性。

Claims (8)

1.非线性电阻片的加速老化试验装置，其特征在于，包括稳压电源(1)、高压试验电源(2)、波形切换机构(3)、温度试验箱(4)、控制单元(5)、测量单元(6)和计算机数据分析管理单元(7)；

所述稳压电源(1)的输出端与高压试验电源(2)的输入端相连；

所述高压试验电源(2)的输出端与波形切换机构(3)的输入端对应相连；高压试验电源(2)包括调压器、变压器、整流器和滤波电路；调压器设置在变压器的输入端，整流器设置在变压器的输出端；

所述波形切换机构(3)的输出端经过控制单元(5)的控制能够输出交流或直流高压电源；高压电源施加在非线性电阻片上；

所述的非线性电阻片放置在温度试验箱(4)中，其两端的电压和通过的电流经测量单元(6)传输至计算机数据分析管理单元(7)进行数据的分析与处理；

所述的计算机数据分析管理单元(7)的输出端经过控制单元(5)对波形切换机构(3)实现切换控制；

所述的波形切换机构(3)的输出端设置有通过波形切换机构(3)实现通断的滤波电路，滤波电路上设置有用于在试验结束时泄放其两端电压的安全接地机构；

所述的整流器包括全波整流电路和半波整流电路，对应波形切换机构(3)输出的直流高压电源包括半波、全波及直流三种类型。

2.如权利要求1所述的非线性电阻片的加速老化试验装置，其特征在于，所述的波形切换机构(3)设置有OA、OB、OC三个输出端，对应高压试验电源(2)的输出端设置有IA、IB、IC、ID四个输入端；非线性电阻片两端分别连接在输出端OA和OB上，滤波电路两端分别连接在输出端OB和OC上；

当选择交流进行老化试验时，输入端IA与输出端OA连通，输入端IC与输出端OB连通；

当选择半波进行老化试验时，输入端IB与输出端OA连通，输入端IC与输出端OB连通；

当选择全波进行老化试验时，输入端IB与输出端OA连通，输入端ID与输出端OB连通；

当选择全波滤波进行老化试验时，输入端IB与输出端OA连通，输入端ID与输出端OB连通，且输出端OC与输出端OA连通。

3.如权利要求1或2所述的非线性电阻片的加速老化试验装置，其特征在于，所述的波形切换机构(3)包括多组高压开关，高压开关的动作由计算机数据分析管理单元(7)与控制单元(5)联合实现。

4.如权利要求1或2所述的非线性电阻片的加速老化试验装置，其特征在于，所述的非线性电阻片的数量与高压电源的路数相同，高压电源的路数为3-9路。

5.如权利要求1或2所述的非线性电阻片的加速老化试验装置，其特征在于，所述的控制单元(5)包括工业控制计算机、数字I/O电路板和继电器板，工业控制计算机的输出端通过数字I/O电路板与继电器板的输入端相连。

6.如权利要求1或2所述的非线性电阻片的加速老化试验装置，其特征在于，所述的测量单元(6)包括用于测量非线性电阻片两端电压的电压信号提取传感器，用于测量非线性电阻片通过电流的电流信号提取传感器，以及由计算机数据分析处理单元(7)控制的数据采集卡；测量得到的两端电压和通过电流输出到数据采集卡的输入端，数据采集卡输出的数字信号由计算机数据分析管理单元(7)进行数据的分析与处理。

7.如权利要求1或2所述的非线性电阻片的加速老化试验装置，其特征在于，所述的计算机数据分析管理单元(7)包括用于对测量单元(6)输出数据进行分析与处理的数据分析处理软件，用于控制试验进行和发出控制指令的控制软件，以及用于运行数据处理软件和控制软件的计算机。

8.一种采用权利要求1或2所述试验装置的非线性电阻片的老化特性测试方法，其特征在于，包括以下步骤，

a.试验准备；将要进行试验的非线性电阻片放置在密闭的温度试验箱(4)中，设置温度试验箱(4)的温度，使其正常工作并开始加热；

b.试验装置初始化；当温度试验箱(4)的温度达到设定温度并保温一段时间后，运行计算机数据分析处理单元(7)，选择老化试验的波形和时间，设置测量单元(6)的刻度因素和采样间隔，调节调压器使电压升高到所需要的试验电压；

c.启动老化试验进程；开始试验计时和采样间隔计时；

d.进行老化试验；当采样间隔满足后，计算机数据分析处理单元(7)发出控制信号并通过控制单元(5)和测量单元(6)对各路试品的两端电压和通过电流进行巡回采样；计算机数据分析处理单元(7)根据采集到的数据进行分析和处理，得出非线性电阻片的参数，绘制截止目前试验时间内的老化曲线，并存储老化试验数据和试验波形；

所述的非线性电阻片的参数包括施加的电压、通过的全电流、阻性电流、容性电流、功率损耗及静态电容；

所述的老化试验数据包括试品编号、试验电压、全电流、阻性电阻、容性电流、功率损耗和试验时间

e.完成一次老化特性测试；检查试验时间是否达到规定时间，当没有达到时，则返回采样间隔计时，重复步骤d；当达到时，实现对数据的输出和查询，一次老化特性测试结束。