CN103454609B - 一种容性设备在线监测装置调试平台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种容性设备在线监测装置调试平台，与待调试设备连接，所述的调试平台包括单片机控制模块、阻容电路、工频电源、数据采集模块、上位机数据处理模块和显示器，所述的单片机控制模块分别连接阻容电路、工频电源和显示器，所述的数据采集模块分别连接阻容电路和上位机数据处理模块，所述的上位机数据处理模块与显示器连接，所述的工频电源分别连接阻容电路和待调试设备。与现有技术相比，本发明具有精度较高、针对性强等优点。

Description

一种容性设备在线监测装置调试平台
技术领域
本发明涉及一种在线监测装置的准确度校验装置，尤其是涉及一种容性设备在线监测装置调试平台。
背景技术
根据国家电网公司企业标准Q／GDW540.3-2010《变电设备在线监测装置检验规范第3部分：电容型设备及金属氧化物避雷器绝缘在线监测装置》的规定，除在线监测装置通用的检测项目与检测方法之外，容性设备在线监测装置在正式投入使用前需要进行专用检测项目的检验。
当前变电站进行容性设备在线监测装置验收时，通常的做法是在容性设备末屏接地线上串接电阻，改变电阻的大小，观察在线监测系统能否准确反映串接后泄漏电流及tanδ的变化。但这种方法效率低，还具有一定的危险性。选取在线监测特征量搭建标准源，模拟容性设备的泄漏电流、介质损耗因数等被监测量，并给出标准监测值进行对比和误差分析，能够实现对在线监测设备进行“离线”的准确度测试，既方便调节各种模拟特征量输出，又能保证测试人员的人身安全，还减少了设备损坏的风险。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种精度较高、针对性强的容性设备在线监测装置调试平台。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种容性设备在线监测装置调试平台，与待调试设备连接，所述的调试平台包括单片机控制模块、阻容电路、工频电源、数据采集模块、上位机数据处理模块和显示器，所述的单片机控制模块分别连接阻容电路、工频电源和显示器，所述的数据采集模块分别连接阻容电路和上位机数据处理模块，所述的上位机数据处理模块与显示器连接，所述的工频电源分别连接阻容电路和待调试设备；
单片机控制模块控制工频电源的输出频率的变化，工频电源分别对阻容电路和待调试设备供电，待调试设备显示工频电源的电压、电流基波幅值和相位信息；同时单片机控制模块控制控制阻容电路的挡位切换，数据采集模块分别同步采集阻容电路输出的电压和电流信号，传输给上位机数据处理模块，上位机数据处理模块通过FFT算法对接收到的电压、电流信号进行处理，获得泄漏电流、阻性电流和介质损耗因数的标准值，显示在显示器中，并将该标准值与待调试设备显示的信息进行对比，根据对比结果判定待调试设备的准确度。
所述的阻容电路包括多个带挡位继电器的阻容子电路，所述的多个阻容子电路并联，所述的挡位继电器均与单片机控制模块连接，单片机控制模块通过控制挡位继电器的开或关控制阻容电路的介质损耗因数。
所述的阻容子电路由至少一个电阻、至少一个电容元件和一个挡位继电器组合而成。
所述的阻容电路的介质损耗因数的变化范围为0.1％～30％。
所述的数据采集模块包括电流互感器、电阻分压器、放大电路、数据采集卡和A／D转换电路，所述的数据采集卡分别连接放大电路、电阻分压器和A／D转换电路，所述的放大电路与电流互感器连接，所述的电流互感器、电阻分压器均与阻容电路连接，所述的A／D转换电路与上位机数据处理模块连接。
所述的数据采集卡为双通道采集卡。
所述的工频电源的基波频率为fsource时，数据采集卡的采样频率为fsource的整数倍。
所述的工频电源的基波频率变化范围为49.8～50.2Hz。
所述的工频电源上叠加有幅度可控的3次、5次和／或7次谐波。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明采用一套高精度的采集设备进行数据的采集及分析处理，平台内的数据采集设备准确度高，且因工频电源可控使得后续计算和特定频率分量提取过程更有针对性，故而精度较高。
2、本发明设计了人机友好的界面，更好地管理调试平台的调试过程，使调试更加人性化、透明化，进行调试工作的人员可在界面进行参数设定、数据读取以及调取报告等操作。
3、本发明调试平台适用广泛，除用于入网检测试验以外，还可以用于容性设备在线监测装置的型式试验与出厂试验。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明阻容电路的结构示意图；
图3为本发明放大电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种容性设备在线监测装置调试平台，其主要功能在于模拟输出容性设备在线监测装置的待监测量，并模拟电网频率波动、谐波干扰等影响，由平台内置的采集装置给出标准值，用于和待调试在线监测装置给出的值进行比较和误差计算。该调试平台包括单片机控制模块1、阻容电路2、工频电源3、数据采集模块4、上位机数据处理模块5和显示器6，所述的单片机控制模块1分别连接阻容电路2、工频电源3和显示器6，所述的数据采集模块4分别连接阻容电路2和上位机数据处理模块5，所述的上位机数据处理模块5与显示器6连接，所述的工频电源3分别连接阻容电路2和待调试设备7。单片机控制模块1控制工频电源3的输出频率的变化，工频电源3分别对阻容电路2和待调试设备7供电，待调试设备7显示工频电源的电压、电流基波幅值和相位信息；同时单片机控制模块1控制控制阻容电路2的挡位切换，数据采集模块4分别同步采集阻容电路2输出的电压和电流信号，传输给上位机数据处理模块5，上位机数据处理模块5通过FFT算法对接收到的电压、电流信号进行处理，获得泄漏电流、阻性电流和介质损耗因数的标准值，显示在显示器6中，并将该标准值与待调试设备7显示的信息进行对比，根据对比结果判定待调试设备7的准确度。
高精度的工频电源3是组成平台的关键。平台内该电源能够保证稳定的电压输出，调节分辨率为0.1Hz的输出频率，并可以通过程序控制多路输出叠加，调节不同的谐波含量，以模拟实际电网中的谐波干扰，考核在线监测设备在电网频率波动及存在谐波的恶劣条件下，对于基波幅值和相位的提取能力。所述的工频电源的基波频率变化范围为49.8～50.2Hz。工频电源的电压和电流信号，频率可以在49.5Hz～50.5Hz之间变动，变化间隔为0.1Hz，并叠加可调节含量的3、5、7次谐波。
如图2所示，所述的阻容电路2包括多个带挡位继电器的阻容子电路，所述的多个阻容子电路并联，所述的挡位继电器均与单片机控制模块连接，单片机控制模块通过控制挡位继电器的开或关控制阻容电路的介质损耗因数。所述的阻容子电路由至少一个电阻、至少一个电容元件和一个挡位继电器组合而成。将大小不同的电阻和电容依照次序排列，使其能够在电源电压的作用下，产生覆盖标准规定的变化范围的电流值，同时送入平台内的数据采集电流互感器以及外接待调试设备的电流输入端子，以进行比较。不同的电阻电容值组合，用于模拟容性设备介质损耗因数tanδ值的变化。电压和电流二者相位差可在一定范围内调节，对应模拟容性设备不同的介质损耗角，所模拟的tanδ值变化范围为0.1％～30％。
阻容电路2采用电阻和电容元件依多种方式排布而成，调节档位能够覆盖标准规定的泄漏电流和介损变化范围。在测量范围内选取包括最低检测限值、最高检测限值以及其他4个测量点在内的共6个测量点。电路设计采用6个档位，实现对于要求的测量点的覆盖。采用上位机通过串口向单片机发送指令，控制档位的自动切换，一个档位测量完毕后，自动切换另一档位，由上位机软件记录每一档位所对应的介质损耗、泄漏电流等参数，并计算其与标准测量值的误差。每一档位模拟容性设备不同的介质损耗因数。其变化范围根据标准设定为0.1％～30％，实现完全覆盖。各档位上装有单片机控制的继电器，用以控制回路的通断。阻容电路2的电流端口能够输出模拟容性泄漏电流范围100μA～100mA，电压端口能够输出0～150V可调电压。
由于所采用的电容、电阻元件对地电容、引线电容的存在，以及因电路长时间工作造成的参数变化，根据搭建的电路进行理论计算得出的值，可能与实际电路测得的结果存在偏差。为此，不采用精密电阻和电容值标注档位，而是用一套高精度的采集设备进行数据的采集及分析处理，相当于嵌入了一套标准的在线监测设备。平台内的数据采集设备准确度高，且因电源可控使得后续计算和特定频率分量提取过程更有针对性，故而精度较高。将平台得出的数据结果作为标准量，对待调试设备进行误差分析。
所述的数据采集模块4包括电流互感器、电阻分压器、放大电路、数据采集卡和A/D转换电路，所述的数据采集卡分别连接放大电路、电阻分压器和A／D转换电路，所述的放大电路与电流互感器连接，所述的电流互感器、电阻分压器均与阻容电路连接，所述的A／D转换电路与上位机数据处理模块连接。所述的数据采集卡为双通道采集卡。
在标准电压、电流取样单元中，电压取样应用无感电阻制成电阻分压器，分压比保证在电压变化范围内不至于使得超过数据采集卡所能采集到的电压峰值，出现波形削顶现象。
电流取样采用单匝零磁通穿芯小电流互感器，其二次侧信号送入如图3所示的放大电路。该电路采用OPA602高速精密运算放大器，将CT二次侧电流经10kΩ取样电阻后的电压信号放大40倍，送入采集卡。
A／D转换电路利用NI9215高速数据采集卡完成对电压和电流信号的A／D转换过程。为保证相位差测量的准确性，将电压和电流在双通道进行同步采集，所得数据送入上位机数据处理模块。
软件平台能够与高精度工频电源进行通信，控制其输出频率变化及叠加谐波，同时读取采集卡中的电压和电流采样数据，并针对特定频率的基波，利用FFT算法进行基波幅值和相位的检出。
在A／D转换采样时，FFT算法的分辨率能达到变频电源频率的最小分辨值。模拟电源频率间隔0.1Hz变化，则FFT算法的分辨率应达到0.1Hz。
在程序调整电源输入基波频率fsource变化时，同步控制FFT提取的基波频率值ffund，使两者保持同步变化。并且，将采样频率fs实时动态调整为fsource的整数倍，保证整周期采样，避免栅栏效应，保证了测量的准确度。以此作为标准值，验证待调试的在线监测设备在频率波动的恶劣条件下能否准确检出电压和电流的基波幅值与相位信息。由于平台内置的采集与计算单元明确了电源基波的频率，在检出时更有针对性，因而能够保证检波的准确性，以此作为标准值来计算误差是准确可靠的。
检出电压、电流两通道的相位和后，两者相减即为相位差，模拟电路的介质损耗因数为：
平台预设调试流程，依照时间顺序，在某一档位上，自动变换频率进行不同谐波含量时的准确度测量。
所得结果作为标准值与待调试在线监测设备所得的数据进行对比，进行相对误差计算、精度等级评定等，形成调试报告中的准确度测试部分。
为更好地管理调试平台的调试过程，使调试更加人性化、透明化，设计了人机友好的软件界面。进行调试工作的人员可在界面进行参数设定、数据读取以及调取报告等操作。该调试平台除用于入网检测试验以外，还可以用于容性设备在线监测装置的型式试验与出厂试验。

Claims (9)

1.一种容性设备在线监测装置调试平台，与待调试设备连接，其特征在于，所述的调试平台包括单片机控制模块、阻容电路、工频电源、数据采集模块、上位机数据处理模块和显示器，所述的单片机控制模块分别连接阻容电路、工频电源和显示器，所述的数据采集模块分别连接阻容电路和上位机数据处理模块，所述的上位机数据处理模块与显示器连接，所述的工频电源分别连接阻容电路和待调试设备；
单片机控制模块控制工频电源的输出频率的变化，工频电源分别对阻容电路和待调试设备供电，待调试设备显示工频电源的电压、电流基波幅值和相位信息；同时单片机控制模块控制阻容电路的挡位切换，数据采集模块分别同步采集阻容电路输出的电压和电流信号，传输给上位机数据处理模块，上位机数据处理模块通过FFT算法对接收到的电压、电流信号进行处理，获得泄漏电流、阻性电流和介质损耗因数的标准值，显示在显示器中，并将该标准值与待调试设备显示的信息进行对比，根据对比结果判定待调试设备的准确度。
2.根据权利要求1所述的一种容性设备在线监测装置调试平台，其特征在于，所述的阻容电路包括多个带挡位继电器的阻容子电路，所述的多个阻容子电路并联，所述的挡位继电器均与单片机控制模块连接，单片机控制模块通过控制挡位继电器的开或关控制阻容电路的介质损耗因数。
3.根据权利要求2所述的一种容性设备在线监测装置调试平台，其特征在于，所述的阻容子电路由至少一个电阻、至少一个电容元件和一个挡位继电器组合而成。
4.根据权利要求2所述的一种容性设备在线监测装置调试平台，其特征在于，所述的阻容电路的介质损耗因数的变化范围为0.1％～30％。
5.根据权利要求1所述的一种容性设备在线监测装置调试平台，其特征在于，所述的数据采集模块包括电流互感器、电阻分压器、放大电路、数据采集卡和A/D转换电路，所述的数据采集卡分别连接放大电路、电阻分压器和A/D转换电路，所述的放大电路与电流互感器连接，所述的电流互感器、电阻分压器均与阻容电路连接，所述的A/D转换电路与上位机数据处理模块连接。
6.根据权利要求5所述的一种容性设备在线监测装置调试平台，其特征在于，所述的数据采集卡为双通道采集卡。
7.根据权利要求1所述的一种容性设备在线监测装置调试平台，其特征在于，所述的工频电源的基波频率为fsource时，数据采集卡的采样频率为fsource的整数倍。
8.根据权利要求1所述的一种容性设备在线监测装置调试平台，其特征在于，所述的工频电源的基波频率变化范围为49.8～50.2Hz。
9.根据权利要求1所述的一种容性设备在线监测装置调试平台，其特征在于，所述的工频电源上叠加有幅度可控的3次、5次和/或7次谐波。
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