一种电流互感器极性测试仪
技术领域
本发明涉及电力设备的技术领域,更具体地说,涉及一种电流互感器极性测试仪。
背景技术
电流互感器是电力系统的重要组成部分,它广泛应用在继电保护、电能计量、远方测控、系统故障滤波等方面。在电力系统基建或技改工程施工中,对电流互感器交接及大修前后进行极性测试是十分必要的,因为电流互感器的一、二次侧都有两个及以上的引出端子,任何一侧的引出端子用错,都会使二次侧的相位变化180度,既影响继电保护装置正确动作,又影响电力系统的运行监控和事故处理,严重时还会危及设备及人身安全。因此,正确判断电流互感器的极性正确与否是一项十分重要的工作。
变压器套管电流互感器也是一种电流互感器,其安装在变压器的套管中给变压器的二次设备提供二次电流。目前,测量变压器套管电流互感器极性的常用方法有:
(1)干电池点极性法:在变压器套管一次侧施加直流脉冲电压,观察二次侧电流表的偏转,从而判断变压器套管电流互感器的极性。但是该方法在测量过程中,变压器一次侧阻抗较大,干电池点极性法由于电池容量小,电流表指针的偏转不明显,难于对极性结果进行判断。
(2)380V短路试验法:将变压器低压侧三相短路,引380V交流电压加在高压侧三相上,用电流钳表测量二次电流的大小及方向,从而判断变压器套管电流互感器的极性。但是,该380V短路试验法所需的试验仪器较多,接线复杂,存在一定的安全风险,同时受试验电压的限制,二次侧测量到的电流很小,难以对极性的正确性作出判断。
因此,为了解决上述变压器套管电流互感器安装后极性测试困难的问题,现需提供一种极性测试准确度高、测试效率高、便于携带和使用方便快捷的电流互感器极性的测试仪,以提高变压器运行的可靠性,保障电力系统的安全稳定运行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足,提供一种极性测试准确度高、测试效率高、便于携带和使用方便快捷的电流互感器极性测试仪;该测试仪能同时对至少一组以上的变压器套管电流互感器的极性进行测试,与传统的测试仪相比,极大缩短了极性测试的时间,从而提高工作测试效率,有利于其普及和推广。
为了达到上述目的,本发明通过下述技术方案予以实现:一种电流互感器极性测试仪,其特征在于:包括
用于提供电源的电源电路;
至少一组与电流互感器一次线圈电连接的一次回路;
至少一组与电流互感器二次线圈电连接的二次回路;
以及用于采集和处理信息并显示测试结果的CPU电路;
所述电源电路分别与每组一次回路、每组二次回路和CPU电路电连接;所述每组二次回路分别与CPU电路信号连接;所述一次回路和二次回路的数量相同。
在上述方案中,该测试仪在每组一次回路通入高压直流脉冲电流,将对应每组二次回路感应出的电流经过波形变换后的信号传送至CPU电路,CPU电路根据采集到的信号进行处理,并显示相应的极性测试结果,从而解决传统极性测试方法中容量不足、偏转不明显、接线复杂、效率低等问题,进而提高该测试仪的准确度和测试效率。本发明的一次回路和二次回路的数量相同,在测试仪工作中,每个电流互感器对应一组与其一次线圈电连接的一次回路和一组与其二次线圈电连接的二次回路。测试仪通过上述连接可以实现同时对至少一组以上的变压器套管电流互感器的极性进行测试,形成多通道极性测试仪,极大缩短了极性测试的时间,从而提高工作测试效率。
更具体地说,所述电源电路包括电源、电源开关S0、DC/DC隔离模块和电源模块U5;电源开关S0用于电源的闭合和开断;电源直接与每组一次回路电连接,电源同时通过DC/DC隔离模块分别与每组二次回路电连接,电源同时通过DC/DC隔离模块和电源模块U5与CPU电路电连接。
所述每组一次回路并联;每组所述一次回路由电容、继电器和二极管一通过外围电路连接组成;所述电容通过电阻二与继电器电连接,所述电容与电阻二之间通过串联电阻一与电源电连接;所述继电器与电流互感器一次线圈的接线端电连接,二极管一与电流互感器一次线圈的接线端反向并联。
本发明在一次回路中采用电容则可利用电容的放电原理作为测试仪输出直流的电源,解决干电池容量不足的问题。采用电容的好处之一是可以减小电源的放电电流;好处之二是可以缩短一次电流持续的时间,减小电源的放电量,同时继电器返回时电容电荷量早已放完,减小了继电器返回时触动的断开电流。电阻二为限流电阻,可防止电容放电电流过大。在电流互感器一次线圈的接线端并入反向的二极管一,可防止断开回路时瞬间产生过电压的危害。
所述每组二次回路并联;每组所述二次回路由二极管二、二极管三、电流表、信号放大电路和波形变换电路连接组成;所述二极管二和二极管三分别正向和反向与电流互感器二次线圈的接线端并联;所述电流表输入端与电流互感器二次线圈的接线端电连接,输出端与信号放大电路、波形变换电路依次信号连接;所述电流表与电阻三和电阻四并联,以实现电流表量程的选择。
本发明的电流表为指针式电流表,为了防止电流过大损坏电流表,其设置有保护器。电流表通过开关S切换形成三量程电流表:当S至中间位置时,电阻三和电阻四均断开,电流表量程为50μA;当S与上端接通时,电阻三与电流表并联,电流表量程为100μA;当S与下端接通时,电阻四与电流表并联,电流表量程为500μA,以适应不同变比的电流互感器极性的测试。如果二次回路输入过大,分别与电流互感器二次线圈的接线端并联的二极管二和二极管三导通,则二次侧输入最高电压限制在0.7V以内,用于保护电流表不被烧毁。
所述电源同时通过DC/DC隔离模块分别与每组二次回路电连接是指,电源通过DC/DC隔离模块分别与每组二次回路中的信号放大电路和波形变换电路电连接;所述每组二次回路中的波形变换电路包括减极性波形变换电路和加极性波形变换电路。电流表两端的电压信号经信号放大电路放大后,送至波形变换电路,波形变换电路有二个,一个用于变换正信号(减极性)、一个用于变换负信号(加极性),变换后变成脉冲数字信号送至CPU电路。
所述CPU电路包括CPU、至少一组发光二极管、至少一个试验按钮和驱动电路;所述每组发光二极管包括减极性发光二极管和加极性发光二极管,并与CPU的输出端电连接;每个所述试验按钮作为测试开始信号连接在CPU的输入端;所述CPU的输入端分别与每组二次回路的波形变换电路信号连接;所述驱动电路的输入端与CPU电连接,其输出端与每组一次回路的继电器连接,用于控制继电器的开闭;所述每组发光二极管、每个试验按钮与对应的每组一次回路、每组二次回路相配套。
在二次回路中感应的电流经波形变换后送至CPU。当与测试仪接线的电流互感器的极性为减极性时,减极性波形变换电路输出信号值至CPU,CPU输出信号驱动减极性发光二极管亮,并保持;当与测试仪接线的电流互感器的极性为加极性时,加极性波形变换电路输出信号值至CPU,CPU输出信号驱动加极性发光二极管亮,并保持。其中,保持电流等于或小于10微安。
所述CPU电路还包括用于恢复测试起始状态的复位按钮,所述复位按钮与CPU输入端电连接。在测试仪使用过程中,按复位按钮则可对电流互感器的极性进行重新测试。
本发明测试仪还包括用于监测电源电量情况的电压监测电路;所述电压监测电路输入端与电源两端连接以测量电源电压,其输出端通过光耦与CPU信号连接。当电源电压高于10.8V时,电压监测电路输出高电平,信号经光耦后传送至CPU,此时电源指示灯亮;当电源电压低于10.8V时,电压监测电路输出低电平,信号经光耦后传送至CPU,此时电源指示灯闪烁,表示电源需要充电。
该测试仪还包括用于供电源充电的便携式通用充电器;所述电源为12V可充电的锂离子电池。本发明的测试仪采用充电的锂离子电池使得该测试仪可以在无需外接电源的情况下工作,与充电器配套使用,提高其便携性、便利性和通用性。
还包括箱体和操作面板;所述电源电路、一次回路、二次回路和CPU电路均设置在箱体内,并通过操作面板盖合形成密封箱体。箱体选用铝合金材质制成,可适合在温度为-5~45℃、相对湿度<80%的环境中使用。
本发明电流互感器极性测试仪的测试原理是这样的:测试仪配置至少一通道的输入输出回路,每路输入通道配置独立的电流表及减极性发光二极管和加极性发光二极管。12V可充电的锂离子电池作为电容的充电电源,利用电容的放电原理作为极性测试仪的输出直流电源。
电源开关S0闭合,电源给每组一次回路中的电容充电。当试验按钮按下时,继电器动作(持续1s后返回),每组一次回路接通,电容对电流互感器一次线圈进行放电。此时,在电流互感器一次线圈中产生了瞬间脉冲电流。
与电流互感器二次线圈接线端电连接的二次回路感应出此电流,每组二次回路中的电流表对输入电流作出相应反应(指针左偏或右偏);同时,电流表两端的电压信号通过信号放大电路放大后传送至波形变换电路,变换后的脉冲数字信号传送至CPU并显示极性测试结果。本发明根据电流互感器的特性不一样,二次感应电流的变化,电流表可通过档位选择量程,从而加大指针的摆动幅度。如果与测试仪接线的电流互感器的极性为减极性时,每组二次回路中的电流由S1端流向S2端,电流表的指针右偏;此时,减极性波形变换电路输出信号值至CPU,CPU输出信号驱动减极性发光二极管亮,并保持。如果与测试仪接线的电流互感器的极性为加极性时,每组二次回路中的电流由S2端流向S1端,电流表的指针左偏;此时,加极性波形变换电路输出信号值至CPU,CPU输出信号驱动加极性发光二极管亮,并保持。本发明的测试仪通过电流表和发光二极管两种显示极性测试结果的方式,可以更加直观的判断电流互感器极性的正确性。
当继电器断开时,电流互感器线圈对地放电的回路接通,此时电流互感器一次线圈中残留的电荷消除。当按下复位按钮,可恢复测试仪的测试起始状态。
与现有技术相比,本发明具有如下优点与有益效果:
1、本发明电流互感器极性测试仪解决了传统极性测试方法中容量不足、偏转不明显、接线复杂、效率低等问题,从而提高该测试结果的准确度和测试的效率,可适用于变套管电流互器和普通电流互感器的极性测试。
2、本发明的一次回路和二次回路的数量相同,每个电流互感器对应一组与其一次线圈电连接的一次回路和一组与其二次线圈电连接的二次回路。测试仪通过上述连接可以实现同时快速、准确对至少一组以上的变压器套管电流互感器的极性进行测试,形成多通道极性测试仪,极大缩短了极性测试的时间,从而提高工作测试效率。
3、本发明解决干电池容量不足的问题,并智能化地对测试结果加以保持;该测试仪轻便、接线简单,解决了380V短路试验法接线复杂、测试结果不明显等问题。
4、本发明测试仪采用充电锂电池供电,使得该测试仪可以在无需外接电源的情况下工作,与充电器配套使用,提高其便携性、便利性和通用性。
附图说明
图1是本发明电流互感器极性测试仪的电路图;
图2是本发明电流互感器极性测试仪操作面板的结构示意图;
其中,1为一次输出端子、2为电流表量程切换开关、3为电流表头、4为极性指示灯、5为二次输入端子、6为试验按钮、7为接地端子、8为复位按钮、9为充电插座、10为电源指示灯、11为电源开关。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例
本实施例以电流互感器极性测试仪为四通道电流互感器极性测试仪为例对下面进行说明。
本发明电流互感器极性测试仪的电路图如图1所示,包括用于提供电源的电源电路;四组与电流互感器一次线圈电连接的一次回路;四组与电流互感器二次线圈电连接的二次回路;以及用于采集和处理信息、并显示测试结果的CPU电路;其中,电源电路分别与每组一次回路、每组二次回路和CPU电路电连接;每组二次回路分别与CPU电路信号连接。
电源电路包括12V可充电的锂离子电池作为电源、电源开关S0、DC/DC隔离模块和电源模块U5。电源开关S0用于电源的闭合和开断。电源直接与每组一次回路电连接;电源同时通过DC/DC隔离模块输出的±12V电源分别与每组二次回路电连接;电源同时通过DC/DC隔离模块输出的+12V电源通过电源模块U5与CPU电路电连接,用于给CPU供电;输出的+12V电源还给每组一次回路中的继电器供电。
每组一次回路并联,并均由电容、继电器和二极管一通过外围电路连接组成;四组一次回路电路构成均相同,以第一组为例说明如下:第一组一次回路由容量为电容1C1、继电器K1和二极管一1D1通过外围电路连接组成。电容1C1通过电阻二1R2与继电器K1电连接,电容1C1与电阻二1R2之间通过串联电阻一1R1与电源电连接;继电器K1与电流互感器CT1一次线圈的接线端1P1、1P2电连接,二极管一1D1与电流互感器CT1一次线圈的接线端1P1、1P2反向并联,以防止断开回路时瞬间产生过电压的危害。
在第一组一次回路中,电源经电阻一1R1给电容1C1充电,其中,电阻一1R1规格为“5W、51Ω”,电容1C1的容量为10000μF,充电时间常数为0.51s,所以需约3s左右时间电容可基本充电完成,最大充电电流I1=12V/51Ω=0.24A。在一次回路中采用电容1C1的好处之一是可以减小电源的放电电流。当按下试验按钮,继电器K1动作(持续1s后返回),一次回路接通,电容1C1对电流互感器CT1一次线圈进行放电,而电阻二1R2规格为“10W、2Ω”,所以CT1一次侧最大瞬间电流为I2=12V/2Ω=6A,由于输出导线有电阻,在加上CT1一次回路的电阻,则CT1一次侧最大瞬间电流小于6A。采用电容1C1的好处之二是可以缩短一次电流持续的时间,减小电源的放电量,同时继电器K1返回时电容1C1电荷量早已放完,减小了继电器K1返回时的触动的断开电流(继电器返回时的最大电流I3=12V/(51+2)Ω=0.23A)。
每组二次回路并联,并均由二极管二、二极管三、电流表、信号放大电路和波形变换电路连接组成。四组二次回路电路构成均相同,以第一组为例说明如下:第一组二次回路由二极管二1D2、二极管三1D3、电流表、信号放大电路和波形变换电路连接组成。二极管二1D2和二极管三1D3分别正向和反向与电流互感器CT1二次线圈的接线端1S1、1S2并联,则二次侧输入最高电压限制在0.7V以内,用于保护电流表不被烧毁。电流表输入端与电流互感器CT1二次线圈的接线端1S1、1S2电连接,其输出端与信号放大电路、波形变换电路依次信号连接。电流表与电阻三1R3和电阻四1R4并联,以实现电流表量程的选择。
当电容1C1经电流互感器CT1一次线圈放电瞬间,一次线圈中产生了瞬间脉冲电流,该电流会在电流互感器CT1二次线圈中感应出。如果与测试仪接线的电流互感器CT1的极性为减极性时,二次电流由1S1流向1S2,电流表右偏,表示为减极性;反之电流表左偏,表示为加极性。电流表可通过开关S1切换形成三量程电流表:当S1至中间位置时,电阻三1R3和电阻四1R4均断开,电流表量程为50μA;当S1与上端接通时,电阻三1R3与电流表并联,电流表量程为100μA;当S1与下端接通时,电阻四1R4与电流表并联,电流表量程为500μA,以适应不同变比的电流互感器CT1极性的测试。电源通过DC/DC隔离模块分别与信号放大电路和波形变换电路电连接。电流表两端的电压信号经信号放大电路放大后,送至波形变换电路,波形变换电路有二个,一个用于变换正信号的减极性波形变换电路,另一个用于变换负信号的加极性波形变换电路,将变换后变成脉冲数字信号送至CPU电路。
CPU电路包括CPU、四组发光二极管、四个试验按钮SB1-SB4和驱动电路,每组发光二极管、每个试验按钮与对应的每组一次回路、每组二次回路相配套。其中,每组发光二极管包括减极性发光二极管和加极性发光二极管,并与CPU的输出端电连接;每个试验按钮作为测试开始信号连接在CPU的输入端;CPU的输入端分别与每组二次回路的波形变换电路信号连接。而驱动电路的输入端与CPU电连接,其输出端与每组一次回路的继电器连接,用于控制继电器的开闭。本发明测试仪中,每组发光二极管、每个试验按钮均与对应的每组一次回路、每组二次回路相配套。CPU电路还包括用于恢复测试起始状态的复位按钮SB5,复位按钮SB5与CPU输入端电连接。
本发明测试仪还包括用于监测电源电量情况的电压监测电路;电压监测电路输入端与电源两端连接以测量电源电压,其输出端通过光耦与CPU信号连接。当电源电压高于10.8V时,电压监测电路输出高电平,信号经光耦后传送至CPU,此时电源指示灯亮;当电源电压低于10.8V时,电压监测电路输出低电平,信号经光耦后传送至CPU,此时电源指示灯闪烁,表示电源需要充电。
该测试仪还包括用于供电源充电的便携式通用充电器。本发明采用充电的锂离子电池使得该测试仪可以在无需外接电源的情况下工作,与充电器配套使用,提高其便携性、便利性和通用性。该测试仪还包括箱体和操作面板,测试仪的操作面板如图2所示。其中,电源电路、一次回路、二次回路和CPU电路均设置在箱体内,并通过操作面板盖合形成密封箱体。箱体选用铝合金材质制成,可适合在温度为-5~45℃、相对湿度<80%的环境中使用。
本发明电流互感器极性测试仪的测试原理是这样的:测试仪配置四通道的输入输出回路,每路输入通道配置独立的电流表及减极性发光二极管和加极性发光二极管。12V可充电的锂离子电池作为电容的充电电源,利用电容的放电原理作为极性测试仪的输出直流电源。
电源开关S0闭合,电源给每组一次回路中的电容1C1-4C1充电。当试验按钮SB1-SB4按下时,继电器K1-K4动作(持续1s后返回),每组一次回路接通,电容1C1-4C1对电流互感器CT1-CT4一次线圈进行放电。此时,在电流互感器CT1-CT4一次线圈中产生了瞬间脉冲电流。
与电流互感器CT1-CT4二次线圈接线端电连接的二次回路感应出此电流,每组二次回路中的电流表对输入电流作出相应反应(指针左偏或右偏);同时,电流表两端的电压信号通过信号放大电路放大后传送至波形变换电路,变换后的脉冲数字信号传送至CPU并显示极性测试结果。本发明根据电流互感器的特性不一样,二次感应电流的变化,电流表可通过档位选择量程,从而加大指针的摆动幅度。如果与测试仪接线的电流互感器的极性为减极性时,每组二次回路中的电流由S1端流向S2端,电流表的指针右偏;此时,减极性波形变换电路输出信号值至CPU,CPU输出信号驱动减极性发光二极管亮,并保持。如果与测试仪接线的电流互感器的极性为加极性时,每组二次回路中的电流由S2端流向S1端,电流表的指针左偏;此时,加极性波形变换电路输出信号值至CPU,CPU输出信号驱动加极性发光二极管亮,并保持。本发明的测试仪通过电流表和发光二极管两种显示极性测试结果的方式,可以更加直观的判断电流互感器极性的正确性。
当继电器K1-K4断开时,电流互感器CT1-CT4线圈对地放电的回路接通,此时电流互感器CT1-CT4一次线圈中残留的电荷消除。当按下复位按钮SB5,可恢复测试仪的测试起始状态。
本发明的测试仪轻便、携带方便,操作简易快捷,可同时快速准确对一组、或者同时对两组、三组或四组的变压器套管电流互感器的极性进行测试,该测试仪操作面板的结构示意图如图2所示,其操作使用方法是这样的:
(1)将待测电流互感器的一次线圈接线端P1、P2接入测试仪操作面板上对应的一次输出端子1,待测电流互感器的二次线圈接线端S1、S2接入测试仪面板上对应的二次输入端子5。
(2)按下电源开关11和试验按钮6开始对待测电流互感器进行极性测试。
(3)通过观察电流表头3内指针的偏转方向或极性指示灯4的显示则可直接得到极性测试的结果。如果电流表头3内的指针右偏或减极性指示灯亮并保持,则被测电流互感器的极性P1和S1为减极性;如果电流表头3内的指针左偏或加极性指示灯亮并保持,则被测电流互感器的极性P1和S1为加极性。
本发明的一次输出端子1和二次输入端子5的数量相同,在测试过程中,每个待测的电流互感器对应一个与其一次线圈电连接的一次输出端子1和一个与其二次线圈电连接的二次输入端子5。本发明测试仪通过上述连接可以快速、准确对一组,或者同时对两组、三组或四组的变压器套管电流互感器的极性进行测试,形成四通道极性测试仪。
在极性测试过程中,电流表可通过电流表量程切换开关2进行切换形成50μA、100μA或500μA三量程的电流表,以适应不同变比的电流互感器极性的测试。测试仪设置有接线端子7,实现可靠接地。在下一次对电流互感器极性测试前,可按复位按钮8对测试仪进行复位,每次测试间隔的时间应大于3秒。本发明的测试仪的电源采用12V可充电的锂离子电池,当电源指示灯10亮则表示电源充足、电源电压正常,当电源指示灯10闪烁则表示电源需要充电,操作人员可将便携式通用充电器的输出端插入测试仪的充电插座9对电源进行充电。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。