CN103760401A

CN103760401A - 一种氧化锌避雷器泄漏电流测试系统及测试方法

Info

Publication number: CN103760401A
Application number: CN201410022330.0A
Authority: CN
Inventors: 张静刚; 姚科奇; 杨波; 曾光; 杨勇; 周红艳
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2014-01-17
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2014-04-30

Abstract

本发明公开了一种氧化锌避雷器泄漏电流测试系统，包括分为探头模块和上位机模块，探头模块包括多路探头单元，每路探头单元包括反并联稳压管，反并联稳压管并联有电阻，反并联稳压管依次与有效值变换电路、采样放大电路、压频变换模块和电光变换电路连接，电光变换电路输出端与光纤通道输入端对应连接；所述的上位机模块包括光电变换电路，光电变换电路输入端与光纤通道输出端对应连接，光电变换电路依次与多路数据选择器、频率采集电路、单片机连接，单片机与显示连接。本发明公开了一种氧化锌避雷器泄漏电流测试方法。本发明的装置及方法，能够有效的原位检测氧化锌避雷器的质量状况。

Description

一种氧化锌避雷器泄漏电流测试系统及测试方法

技术领域

本发明属于高压设备测试技术领域，涉及一种氧化锌避雷器泄漏电流测试系统，本发明还涉及一种氧化锌避雷器泄漏电流测试方法。

背景技术

目前避雷器是电力系统中的重要设备之一。氧化锌避雷器（MOA,MetalOxide Arresters）是一种新型避雷器，一般都为不含间隙式，避雷器全由氧化锌阀片串联而成，在电力系统中使用越来越广泛，因此，对MOA的安全使用也越来越重视。

氧化锌避雷器在实际使用中存在三大主要问题：第一是存在泄漏电流现象，避雷器的核心元件是氧化锌阀片，由于氧化锌避雷器泄露电流的阻性分量是引起避雷器阀片劣化的最主要因素，因此要定期检测氧化锌避雷器阀片的泄漏电流，以便及时判断阀片的劣化情况，尽早发现，及时处理。第二是测试避雷器电路系统的抗干扰能力差，其中部分避雷器测试系统采用无线传输测量会出现很大的磁干扰问题，导致测量结果不准确。第三是功耗过大，避雷器测试系统是需要自身供电的，因交流高压（110kV～750kV）的影响，与终端连接进行检测比较困难，功耗过大会导致避雷器测量设备运行时间短暂，使用不便。

目前，在氧化锌避雷器质量检测中，经常采用测量避雷器在高压情况下的泄漏电流峰值来计算其电位分布，对避雷器质量进行分析以确定产品的合格性，但是常规测试方法还是存在检测设备安装比较麻烦，操作不便，干扰过大，检测结果不准确的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种氧化锌避雷器泄漏电流测试系统，克服了现有技术中存在检测设备安装比较麻烦，操作不便，干扰过大，检测结果不准确的问题。

本发明的另一目的是提供一种氧化锌避雷器泄漏电流测试方法。

本发明所采用的技术方案是，一种氧化锌避雷器泄漏电流测试系统，包括分为探头模块和上位机模块，

所述的探头模块包括多路探头单元，每路探头单元包括反并联稳压管，反并联稳压管并联有电阻，反并联稳压管依次与有效值变换电路、采样放大电路、压频变换模块和电光变换电路连接，电光变换电路输出端与光纤通道输入端对应连接；

所述的上位机模块包括光电变换电路，光电变换电路输入端与光纤通道输出端对应连接，光电变换电路依次与多路数据选择器、频率采集电路、单片机连接，单片机与显示连接。

本发明所采用的另一技术方案是，一种氧化锌避雷器泄漏电流测试方法，基于上述的氧化锌避雷器泄漏电流测试系统，将各个探头单元依次串联在相邻的氧化锌避雷器阀片之间，将检测电压直接加在所连接区段氧化锌避雷器阀片的最两端，各个探头单元通过光纤通道与上位机模块进行通信，就能测量到各个氧化锌避雷器阀片的泄漏电流，通过检测泄漏电流峰值来计算各路电位分布，从而判定各路信号对应的氧化锌避雷器阀片质量状况。

本发明的有益效果是，专门用于检测无间隙氧化锌避雷器阀片间接触不良的内部缺陷，测量氧化锌避雷器的泄漏电流，能够对氧化锌避雷器的泄漏电流进行精确测量；并且采用光纤通信隔离干扰，使用光电变换使测试系统与主电路之间电气隔离，采用锁相环技术降低功耗，使避雷器测试系统满足了微功耗的要求，从而使氧化锌避雷器测试系统长时间、可靠、稳定的运作。

附图说明

图1是本发明测试系统的主体结构示意图；

图2是本发明测试系统测试时的安装结构示意图；

图3是本发明测试系统探头模块的电源变换电路示意图；

图4是本发明测试系统探头模块的有效值变换电路示意图；

图5是本发明测试系统探头模块的采样放大电路示意图；

图6是本发明测试系统探头模块的压频变换模块示意图；

图7是本发明测试系统中探头模块锁相环电压-频率-脉冲电路的脉冲波形图；

图8是本发明测试系统的上位机模块原理示意图。

图中，1.有效值变换电路，2.采样放大电路，3.压频变换模块，4.电光变换电路连接，5.光纤通道，6.光电变换电路，7.多路数据选择器，8.频率采集电路，9.单片机，10.显示。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明的氧化锌避雷器泄漏电流测试系统，用于采集信号、进行光电信号变换及传输、光电信号还原以及相应的信息分析处理及显示。考虑到实际应用情况，比如测试场合处于高压实验室中或野外，为了便于携带及拆装，将硬件部分分为探头模块（电位采集端）和上位机模块，

光纤通道之前的部分称为探头模块，探头模块包括多路探头单元；每路探头单元包括反并联稳压管Iin，反并联稳压管Iin并联有电阻R，反并联稳压管Iin依次与有效值变换电路1、采样放大电路2、压频变换模块3和电光变换电路4连接，电光变换电路4输出端与光纤通道5输入端对应连接；所有探头模块通过电源变换电路与电源连接，实现供电；

光纤通道之后的部分称为上位机模块，上位机模块包括光电变换电路6，光电变换电路6输入端与光纤通道5输出端对应连接，光电变换电路6依次与多路数据选择器7、频率采集电路8、单片机9连接，单片机9与显示10（显示输出设备）连接。

本发明实施例中的光纤通道5采用40路光纤通道，上位机模块一次可检测40个氧化锌避雷器阀片的状况。

如图2所示，本发明测试系统实施方法是：将各个探头单元依次串联在相邻的氧化锌避雷器阀片之间，将检测电压直接加在所连接区段氧化锌避雷器阀片的最两端，各个探头单元（电位采集端）通过光纤通道与上位机模块进行通信，就能测量到各个氧化锌避雷器阀片的泄漏电流，通过检测泄漏电流峰值来计算各路电位分布，从而判定各路信号对应的氧化锌避雷器阀片质量状况，以便及时改进氧化锌避雷器的制造工艺和材料，为更高级别耐压的氧化锌阀片制造提供技术数据。

图3是本发明测试系统探头模块的电源变换电路示意图，结构是包括电源转换芯片一（选用NCP1402），电源转换芯片一的LX端口通过电感L1与电源连接，电源转换芯片一的LX端口通过二极管D1后输出5V电压，电源转换芯片一的CE端口和OUT端口与二极管D1的输出端连接后，一起通过电容C4接GND；5V电压与电源转换芯片二（选用TC1219）的VIN端口和SHN端口同时连接，电源转换芯片二的C+端口和C-端口之间连接有电容C3，电源转换芯片二的OUT端口输出-5V电压，同时电源转换芯片二的OUT端口通过电容C5接GND。

电源采用锂电池单独供电，容量为150mAh/3.6V，探头模块一次充电可连续工作90小时，达到低功耗的要求。通过电源变换电路将电压转化为测试系统各个模块所需电压，电源变换电路经过NCP1402和TC1219两个电源转换芯片完成，NCP1402将电池电压3.6V转换为5V电压，但测试系统还需-5V电压，故需使用TC1219得到-5V电压。

图4是本发明测试系统探头模块的有效值变换电路1示意图，结构是包括AD737芯片，AD737芯片的VIN端口与反并联稳压管输出端连接，AD737芯片的-VS端口与-5V电压连接，同时AD737芯片的-VS端口与AD737芯片的CAV端口之间连接有电容C6，AD737芯片的CC端口与AD737芯片的COM端口之间连接有电容C1，AD737芯片的COM端口接GND，AD737芯片的COM端口与AD737芯片的OUT端口之间连接有电容C2，AD737芯片的+VS端口输出+5V电压。

输入电流信号通过反并联稳压管和电阻R6将电流信号转化为电压信号，送电压信号进AD737的VIN端口（输入端），经过芯片内部运算单元处理得到输入电压信号的真有效值。

图5是本发明测试系统探头模块的采样放大电路2示意图，结构是包括一个运算放大器，运算放大器的8脚与+5V电压连接，运算放大器的4脚与-5V电压连接，运算放大器的2脚与电阻R3连接，同时运算放大器的2脚通过WR1与1脚连接，运算放大器的3脚通过电阻R4与GND连接。

从AD737的OUT输出端得到的有效值通过电阻R3、运算放大器和WR1将信号放大，电阻R4构成运算放大器的保护接地。

图6是本发明测试系统探头模块的压频变换模块3示意图，包括MC14046芯片，MC14046芯片内部包括压控振荡器、自偏置电路和相位比较器，MC14046芯片的几个主要对外端口分别是，1脚是相位比较器的输出端与电光变换电路连接；3脚是相位比较器的比较信号输入端，14脚是自偏置电路的信号输入端，4脚是压控振荡器的信号输出端，并且3脚、14脚和4脚短接；5脚是禁止端(高电平时禁止，低电平时允许压控振荡器工作)，8脚是电源负极，11脚是外接振荡电容，11脚串联电阻R1后与5脚及8脚共同连接-5V电压；6脚与7脚之间连接有外接振荡电容C7；9脚是压控振荡器控制端，用于输入Vsig信号；16脚外接有+5V电源，并且16脚与电光变换电路连接。

压频变换模块采用MC14046实现电压-频率之间的变换，该部分的功能就是将信号进行电压-频率变换，同时采用了锁相环技术将电信号变换为具有一定频率的脉冲信号以便输送至电光变换电路，驱动发光二极管将电信号变换成光信号，然后通过光纤与上位机模块通讯达到测试效果。采用光纤连接不仅能够满足系统要求，而且解决了高低压之间的隔离问题。该压频变换模块应用于光纤高压电流传感器的探头中，输入到探头模块的信号经过有效值变换电路和放大电路得到信号Ｖ_sig，将其接入第9脚VCO_in，压控振荡器将输入模拟信号电压调制为方波信号，由第4脚VCO_out输出；第4脚输出通过第3、14脚接入相位比较器，第3脚和第14脚输入信号是同一信号，没有相位差，但在第14脚与相位比较器之间设置有一自偏置电路，该自偏置电路为一线性放大器，能够在放大器的线性区域调整小电压信号，自偏置电路输入和输出之间肯定有微小的时间延迟，因此信号经过自偏置电路的调整造成延时形成了与第3脚同一输入信号的微小相位差，结果相位比较器通过第1脚输出一个倒置极窄脉冲。相位比较器的作用就是将方波转换为窄脉冲以满足微功耗电路设计的要求。

图7是本发明测试系统中探头模块通过锁相环技术进行电压-频率-脉冲处理后的脉冲波形。从图7中可以观察到第3和14脚同一输入经过自偏置电路有了一定的延时，出现了微小的相位差，通过相位比较器输出了极窄脉冲。由计算可得，极窄脉冲驱动发光二极管所耗功率仅为方波驱动所耗功率的3‰，实验测得锁相环电压-频率-脉冲电路功耗小于0.3mW，在保全传递信息的同时最大限度的降低了压频变换模块的功耗，从而使系统功耗降低。

图8是本发明测试系统的上位机模块原理示意图。上位机模块包括40个光纤接收器、多个74LS151多路数据选择器、89C51单片机和显示设备连接而成。上位机模块的单片机采用C语言编程，单片机选用89C51，单片机中预存有主程序，主程序包括计算频率子程序、查表子程序和显示子程序，从而得到相应的电压、频率变换关系，电压值和频率之间是成线性正比关系的，查表后经过计算得到对应电压。上位机模块工作时，流过避雷器阀片的电流信号转变为光脉冲信号，处于高电位的光脉冲信号经光纤传递到光纤接收电路，光纤接收电路将微弱的光脉冲信号送入多路数据选择器，经放大、整形、计数、编码后送入单片机进行数字处理后显示出来。由于实际信号不可能是一个完美的线性曲线，必然带有一定的非线性特征。为了解决非线性问题，采取了分段线性化的措施，通过多组数据之间的对比关系确定基本数据范围，不再一味追求数据暂时的精确，而是观察数据符合不符合区间范围，来达到测量精度的要求。

本发明的氧化锌避雷器泄漏电流测试系统，通过测量泄漏电流的光电传输及频率测量，采用脉冲频率调制的原理对信号进行调制，由于信号是用光纤传送的光脉冲信号，因而不受电磁干扰和环境干扰的影响，并且低压侧接收到的信号实际上不受因环境变化和光纤不规则引起的高压侧发光二极管发光强度变化的影响，将此电压信号变换成频率调制光脉冲信号，再将该光脉冲信号通过光纤传到低电位端，在低电位端，经上位机变换把光信号解调为电信号并进行处理后，还原成所测量的电流信号。

Claims

1.一种氧化锌避雷器泄漏电流测试系统，其特点在于：包括分为探头模块和上位机模块，

所述的探头模块包括四十路探头单元，每路探头单元包括反并联稳压管，反并联稳压管并联有电阻（R），反并联稳压管依次与有效值变换电路（1）、采样放大电路（2）、压频变换模块（3）和电光变换电路（4）连接，电光变换电路（4）输出端与光纤通道（5）输入端对应连接；

所述的上位机模块包括光电变换电路（6），光电变换电路（6）输入端与光纤通道（5）输出端对应连接，光电变换电路（6）依次与多路数据选择器（7）、频率采集电路（8）、单片机（9）连接，单片机（9）与显示（10）连接。

2.根据权利要求1所述的氧化锌避雷器泄漏电流测试系统，其特点在于：所述的探头模块通过电源变换电路与电源连接，

电源变换电路结构是，包括电源转换芯片一，电源转换芯片一的LX端口通过电感（L1）与电源连接，电源转换芯片一的LX端口通过二极管（D1）后输出5V电压，电源转换芯片一的CE端口和OUT端口与二极管（D1）的输出端连接后，一起通过电容（C4）接GND；5V电压与电源转换芯片二的VIN端口和SHN端口同时连接，电源转换芯片二的C+端口和C-端口之间连接有电容（C3），电源转换芯片二的OUT端口输出-5V电压，同时电源转换芯片二的OUT端口通过电容（C5）接GND。

3.根据权利要求1所述的氧化锌避雷器泄漏电流测试系统，其特点在于：所述的有效值变换电路（1）结构是，

包括AD737芯片，AD737芯片的VIN端口与反并联稳压管输出端连接，AD737芯片的-VS端口与-5V电压连接，同时AD737芯片的-VS端口与AD737芯片的CAV端口之间连接有电容（C6），AD737芯片的CC端口与AD737芯片的COM端口之间连接有电容（C1），AD737芯片的COM端口接GND，AD737芯片的COM端口与AD737芯片的OUT端口之间连接有电容（C2），AD737芯片的+VS端口输出+5V电压。

4.根据权利要求1所述的氧化锌避雷器泄漏电流测试系统，其特点在于：所述的采样放大电路（2）结构是，

包括一个运算放大器，运算放大器的8脚与+5V电压连接，运算放大器的4脚与-5V电压连接，运算放大器的2脚与电阻（R3）连接，同时运算放大器的2脚通过WR1与1脚连接，运算放大器的3脚通过电阻（R4）与GND连接。

5.根据权利要求1所述的氧化锌避雷器泄漏电流测试系统，其特点在于：所述的压频变换模块（3）结构是，

包括MC14046芯片，MC14046芯片内部包括压控振荡器、自偏置电路和相位比较器，MC14046芯片的1脚是相位比较器的输出端与电光变换电路连接；3脚是相位比较器的比较信号输入端，14脚是自偏置电路的信号输入端，4脚是压控振荡器的信号输出端，并且3脚、14脚和4脚短接；5脚是禁止端，8脚是电源负极，11脚是外接振荡电容，11脚串联电阻（R1）后与5脚及8脚共同连接-5V电压；6脚与7脚之间连接有外接振荡电容（C7）；9脚是压控振荡器控制端，用于输入Vsig信号；16脚外接有+5V电源，并且16脚与电光变换电路连接。

6.一种氧化锌避雷器泄漏电流测试方法，利用权利要求1所述的氧化锌避雷器泄漏电流测试系统，其特点在于：

将各个探头单元依次串联在相邻的氧化锌避雷器阀片之间，将检测电压直接加在所连接区段氧化锌避雷器阀片的最两端，各个探头单元通过光纤通道与上位机模块进行通信，就能测量到各个氧化锌避雷器阀片的泄漏电流，通过检测泄漏电流峰值来计算各路电位分布，从而判定各路信号对应的氧化锌避雷器阀片质量状况。