CN103941216B - 电压互感器现场自动检查仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电压互感器现场自动检查仪，包括壳体（1）和系统控制电路，其特征在于：所述的壳体（1）上有显示屏（2）、操作控制按钮（3）、A测量输入端口、B测量输入端口和接地端口（COM）；所述的系统控制电路安装在壳体（1）内，包括电压测量电路、电压显示电路、电流测量电路，系统计算控制电路、误差显示电路、补偿负载电路、补偿负载显示电路、切换矩阵和测量参数存储器。本发明在不停电，不影响计量或控制器正常工作的情况下校验电压互感器的电压以及二次导纳等参数，并由微机运算，测定并显示被检电压互感器的误差，自动化程度高，精度好。
Description
技术领域
本发明属于电压互感器现场检定装置，更具体地说，涉及一种电压互感器现场自动检查仪；属于自动化、电气控制测量技术领域。
背景技术
现场周期校验是保证计量装置稳定可靠运行的重要技术手段，但目前的现场校验的主要对象是电能表及二次回路，对互感器的现场检查基本没有涉及，规程也只规定：对于运行中的高压互感器，每10年现场检定一次。这其中的主要原因是使用传统的方法检定互感器时，均需一次设备停电，在没有明显外观损坏或电量异常的情况下，用户不愿为误差的检定中断供电；而且，互感器的现场检定需要的设备多，安全措施及工作流程复杂，对于管理的上千套高压客户要求像电能表一样进行停电周期校验也不现实。但是，计量装置是由互感器、电能表、二次回路共同组成的一个整体，任一部分出现问题都不能准确计量，正因为互感器没有像电能表那样有一个动态、稳定的现场检测方法，我们无法得知互感器在这10年中的误差变化趋势，更不能及时准确地发现其内部一些因长时间积累而渐进式发展成的隐性故障，如长期谐波或谐振过电压使TV误差特性恶化、各类损耗的热作用破坏TV铁芯的导磁率、安装中线圈发生轻微损伤长期运行发展成层间或匝间短路等。即使10年后进行现场检定，所起的作用也十分有限，合格的依然合格，不合格的也因不能准确判定故障发生时间和发展趋势而无法对损失电量进行有效地追补。
传统的互感器校验仪都是测差式的。在检定电压互感器时，被检电压互感器二次接有负荷(由电压负荷箱提供)，与同电压比的标准电压互感器进行比较，由高压电源给二者提供一次电压，而二者的二次差压输入校验仪，由校验仪测出被检电压互感器相对于标准电压互感器的误差。这种检定方法，需要高压电源设备、同电压比的高压标准电压互感器和电压负荷箱。当一次电压大于10kV甚至110kV或220kV时，这些设备就显得很笨重，不仅搬动不便，而且测试时稍有不慎就容易发生事故，对电压互感器的现场测试尤为困难。上世纪80年代，提出了“利用低压电压互感器测定高压电压互感器误差的方法”，《电测与仪表》1985年第一期赵修民撰写“利用低压电压互感器测定高压电压互感器误差的方法”，即不需要高压标准电压互感器，先在低压下测定高压电压互感器的误差，再在低压和高压下测导纳，通过计算得到高压互感器在高压下的误差。该方法被简称为“低检高”法，并得到实际的应用，被检高压互感器的准确级可达0.01级。但这种方法依然需要一次设备停电。
2014年01月29日，本申请人在中国发明专利申请公开号CN103543432A中，公开了一种互感器现场检查仪，包括电压测量电路、误差计算显示控制电路、电压显示电路、继电器以及误差显示电路；所述的电压显示电路与电压测量电路的输出端连接；该技术方案虽然可以反映电压互感器的运行质量；而且无需一次停电。但测出压互感器实际运行状态下的二次电压值，需要投入和退出现场的电压负荷箱，需要人工介入步骤多，由于电压负荷箱是通过滑动滑片来改变串接入电路的电阻丝长度，从而改变负载阻值。电压负荷箱因为有动触头部分，存在机械摩擦和接触电阻，这就导致电压负荷箱阻值变化是不连续的，并且不能应用于频繁改变电阻和需要精确知道接入电阻阻值的场合；同样还影响系统的计量和控制器的控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种电压互感器现场自动检查仪，在不停电，不影响计量或控制器正常工作的情况下校验电压互感器的电压以及二次导纳等参数，并由微机运算，测定并显示被检电压互感器的误差，自动化程度高，精度好。
由于误差是反映电压互感器运行的主要技术指标，要判断电压互感器是否运行正常，能够停电测试误差当然最好，但也可以在不知道具体误差数据的情况下，通过一个测试值来定性地判断是否处于正常的运行状态：这个测试值在某一定值下是为正常状态；在某两个值之间为注意状态，需要增加测试的次数；大于某个值则为隐患状态，需停电进行现场测试及更换。
从负载—误差曲线图分析，电压互感器的负载（导纳）与误差之间基本成正比的关系，负载越大，误差越大。所以室内检定时，需要分别检定其在二次满载（额定负载）和轻载（1/4额定负载）时的误差，一台合格的电压互感器在这两个负载点下误差均合格是最基本要求。那么，即使按照最极端的情况考虑，电压互感器在两个负载点之间的误差变化也就是两倍的准确度等级，而且平时的检定结果表明这两个负载点下的误差值的变化也一般就在电压互感器的准确度等级之间波动。所以，在影响电压互感器误差的各项原因中，二次负载是最直接，也是最大的因素，这就是电压互感器负载特性。
正因为电压互感器在不同负载点下误差的波动值有一个限制，这是合格电压互感器的一个固有属性。那么，反过来说，如果这种属性被破坏，运行中电压互感器负载特性变差，在不同负载点误差的波动值过大，超过允许值很多，也就说明电压互感器的负载特性已经被破坏，内部可能出现故障，必须停电检查；再进一步分析，电压互感器误差包括幅值误差和相位误差两部分，投运前须经过室内首检合格，运行中如果出现故障，绝不存在相位误差合格而幅值误差不合格的情况，所以，只测量电压互感器在满载和轻载时的电压大小（幅值），再计算出电压互感器在不同负载点下的电压值的变化程度，仍然可以在不知道电压互感器具体误差值的情况下判定其负载特性，进而判断出电压互感器内部是否出现故障。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种电压互感器现场自动检查仪，包括壳体和系统控制电路，所述的壳体上有显示屏、操作控制按钮、A测量输入端口、B测量输入端口和接地端口；所述的系统控制电路安装在壳体内，包括电压测量电路、电压显示电路、电流测量电路，系统计算控制电路、误差显示电路、补偿负载电路、补偿负载显示电路、切换矩阵和测量参数存储器；其中：A测量输入端口和B测量输入端口在壳体内用短接导线相连，短接导线穿电流互感器，电流互感器测量连接电流测量电路；所述电压测量电路的输入端并联补偿负载电路；所述的电压显示电路和误差显示电路输出端通过一切换矩阵连接壳体上的显示屏，切换矩阵的控制端接系统计算控制电路；所述的电压测量电路、电流测量电路以及切换矩阵与系统计算控制电路之间均有通信信号线相联；补偿负载电路的脉宽控制单元（PWM）接系统计算控制电路；在系统计算控制电路上还接有测量参数存储器。
所述补偿负载电路包括可调电阻（Rx）、大功率N沟道场效应管（Q1）、大功率P沟道场效应管（Q2），光电隔离单元和脉宽控制单元（PWM）；所述，大功率N沟道场效应管（Q1）和大功率P沟道场效应管（Q2）互补连接且和可调电阻（Rx）相互并联，其中：大功率N沟道场效应管（Q1）在其源级上还反向串联一个二极管（D1），大功率P沟道场效应管（Q2）在其源级上还正向串联一个二极管（D2）；上述大功率N沟道场效应管（Q1）和大功率P沟道场效应管（Q2）均连接有散热元件；所述可调电阻（Rx）为陶瓷电阻；所述脉宽控制单元（PWM）通过光电隔离单元分别连接两场效应管的栅极；所述脉宽控制单元（PWM）还通过切换矩阵连接壳体上的显示屏。
本发明的工作原理为：待测电压互感器运行中实际所带的二次负载仅为电能表及采集终端，一般为6VA左右，而待测电压互感器的二次额定负载一般为20VA及以上，要使待测电压互感器二次达到额定负载是需要增加的，不需要拆除回路以减小负载，这就为补偿负载的自动调整提供了可能；由于实际运行状态下的待测电压互感器的二次负载均不可能是满载的；而反映电压互感器二次端是否满载，就是看二次端的工作电流是否达到额定值；因此，只要测出电压互感器实际运行状态下的二次电压值；接着，连续自动投入需增加的二次负载，使电压互感器二次逐步达到满载；测试各次负载下电压互感器的二次电压值；计算出每次电压变化的百分数，并存储；自动退出增加的二次负载，恢复正常运行方式。从负载—误差曲线图分析，正常的电压互感器的负载（导纳）与误差之间基本成正比的关系，负载越大，误差越大。正因为电压互感器在不同负载点下误差的波动值有一个限制，这是合格电压互感器的一个固有属性。那么，反过来说，如果这种属性被破坏，运行中电压互感器负载特性变差，在不同负载点误差的波动值过大，超过允许值很多，也就说明电压互感器的负载特性已经被破坏，内部可能出现故障，必须停电检查；再进一步分析，电压互感器误差包括幅值误差和相位误差两部分，投运前须经过室内首检合格，运行中如果出现故障，绝不存在相位误差合格而幅值误差不合格的情况，所以，只测量电压互感器在不同负载时的电压大小（幅值），再计算出电压互感器在各个负载点下的电压值的变化程度，仍然可以在不知道电压互感器具体误差值的情况下判定其负载特性，进而判断出电压互感器内部是否出现故障。
本发明的电压互感器现场检查仪能够在不影响控制器工作的状态下，实时、准确、方便的检测互感器是否正常，而不必让用户停止供电，再通过繁琐的拆卸框架断路器本体、及其控制器的方法检查互感器通断，来实现对互感器工作的检测，确保互感器长期工作的可靠性。与现有技术相比，本发明的优点是采用在低电压下用测差法测量电压互感器的不同负载误差，再利用电压互感器的误差计算公式，计算出电压互感器在各不同负载下的误差，从而可避免高压测试电源、高压标准互感器及电压负载箱。为此本装置设置了供测互感器二次绕组的补偿负载；设置了显示测量切换矩阵及测量参数存储器，完成测量过程的自动化。整个装置装在一个机壳内，成便携式仪器，尤适合于现场使用。
本发明的有益效果是：
(1)电压互感器现场检查仪是一种利用测电压互感器互感器二次绕组误差的新原理电压互感器检定装置，通过检定装置测定被检现场电压互感器在低压下的误差及相应的导纳等参数，经微机运算，可直接显示被检现场电压互感器在额定负荷和额定负荷以下额定电压的比值差。
（2）本发明是并接于回路中的，使用本发明只需将需用实验夹子夹住二次端即可，带电临时拆除及恢复试验端子不改变电压互感器运行中实际所带的二次负载，这即增加了操作的安全性及方便性，也为平稳、连续的测试提供了可能。
(3)电压互感器现场检查仪，内附电流互感器和可控补偿负载，可自动检测检互感器相同的电压比，不需要高压电源和高压标准互感器，就可准确地测定后者的低压下的空载误差及相应的导纳等参数。其中的可控补偿负载省去了现有技术电压负荷箱的机械触头，消除因为长期摩擦导致接触电阻的变化。另外，设计可调电阻（Rx）在大功率N沟道场效应管（Q1）和大功率P沟道场效应管（Q2）互补并联；不但可以改善场效应管的温度特性。而且可以针对所有类型电压负荷的电阻进行精确可调，完全克服了当前限定现有技术电压负荷箱电阻类型的情况。提高了接入电路电阻的精确可控性。可以在负荷0.00—100.0%之内获得精确到万分之一的精度。
(4)为了测量互感器带不同负载前后的电压变化率，这就需要测量多次电压，其中一次为满载后的电压值，因此本发明巧妙地从待测电压互感器中获取工频时控信号来控制系统计算控制电路对不同负载回路的切换。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的工作原理图。
图2是本发明的现场测试接线图。
附图标记说明：1壳体；2显示屏；3操作控制按钮；4短接导线；5电流互感器；COM接地端口；PWM脉宽控制单元；Rx可调电阻；Q1大功率N沟道场效应管；Q2大功率P沟道场效应管；D1二极管；D2二极管。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的一种电压互感器现场自动检查仪，包括壳体（1）和系统控制电路，其特征在于：所述的壳体（1）上有显示屏（2）、操作控制按钮（3）、A测量输入端口、B测量输入端口和接地端口（COM）；所述的系统控制电路安装在壳体（1）内，包括电压测量电路、电压显示电路、电流测量电路，系统计算控制电路、误差显示电路、补偿负载电路、补偿负载显示电路、切换矩阵和测量参数存储器；其中：A测量输入端口和B测量输入端口在壳体（1）内用短接导线（4）相连，短接导线（4）穿电流互感器（5），电流互感器（5）测量连接电流测量电路；所述电压测量电路的输入端并联补偿负载电路；所述的电压显示电路和误差显示电路输出端通过一切换矩阵连接壳体（1）上的显示屏（2），切换矩阵的控制端接系统计算控制电路；所述的电压测量电路、电流测量电路以及切换矩阵与系统计算控制电路之间均有通信信号线相联；补偿负载电路的脉宽控制单元（PWM）接系统计算控制电路；在系统计算控制电路上还接有测量参数存储器；所述补偿负载电路包括可调电阻（Rx）、大功率N沟道场效应管（Q1）、大功率P沟道场效应管（Q2），光电隔离单元和脉宽控制单元（PWM）；所述，大功率N沟道场效应管（Q1）和大功率P沟道场效应管（Q2）互补连接且和可调电阻（Rx）相互并联，其中：大功率N沟道场效应管（Q1）在其源级上还反向串联一个二极管（D1），大功率P沟道场效应管（Q2）在其源级上还正向串联一个二极管（D2）；上述大功率N沟道场效应管（Q1）和大功率P沟道场效应管（Q2）均连接有散热元件；所述可调电阻（Rx）为陶瓷电阻；所述脉宽控制单元（PWM）通过光电隔离单元分别连接两场效应管的栅极；所述脉宽控制单元（PWM）还通过切换矩阵连接壳体（1）上的显示屏（2）。
使用本发明，将A测量输入端口、B测量输入端口和接地端口分别接入（用实验夹子夹）待测电压互感器的二次X端、负载接线端和待测电压互感器的二次x端；带电松开二次X端和负载接线端的连接线；开启本发明电源，按下测试键，电流互感器（5）测量待测电压互感器的输出电流，系统计算控制电路对输出电流进行判断，假若感测的输出电流小于待测电压互感器的额定电流，即轻载，系统计算控制电路通过电通信信号线，立即将此状态下电压测量电路所获取的第一组测量值进行比较计算存储。假若感测的输出电流大于待测电压互感器的额定电流，即重载，将此状态下电压测量电路所获取的测量值溢出不存储；系统计算控制电路立即通过电通信信号线向补偿负载电路的脉宽控制单元（PWM）发出控制信号，脉宽控制单元（PWM）通过光电隔离单元控制两场效应管的栅极；两场效应管按脉宽导通，相当于补偿负载电路减小负载，直到感测的输出电流小于待测电压互感器的额定电流，恢复系统计算控制电路对待测电压互感器的电压测试。假若感测的输出电流等于待测电压互感器的额定电流，即满载，将此状态下电压测量电路所获取的测量值进行比较计算存储。此后，系统计算控制电路从待测电压互感器中获取工频时控信号进行计时，经0.02秒后，系统计算控制电路向补偿负载电路的脉宽控制单元（PWM）发出控制信号，补偿负载电路又随机加大或减少负载，再经0.02秒后,系统计算控制电路对待测电压互感器的输出电流进行再次判断，假若感测的输出电流小于待测电压互感器的额定电流，即轻载，系统计算控制电路通过电通信信号线，立即将此状态下电压测量电路所获取的第二组测量值进行比较计算存储。假若感测的输出电流大于待测电压互感器的额定电流，即重载，将此状态下电压测量电路所获取的测量值溢出不存储；系统计算控制电路又立即通过电通信信号线向补偿负载电路的脉宽控制单元（PWM）发出控制信号，补偿负载电路减小负载；直到取得轻载的第2组测量值；假若感测的输出电流又等于待测电压互感器的额定电流，即满载，将此状态下电压测量电路所获取的测量值替换第一组测量值进行比较计算存储。再经0.02秒后,系统计算控制电路对待测电压互感器的输出电流进行再次判断，又取得第3组测量值。如此反复,当测量参数存储器存储有3组以上的测量值后（即至少两次轻载和一次满载的测量值），系统计算控制电路停止测量。上述测量过程所产生电压值、补偿负载值和每次计算电压值的变化，由系统计算控制电路控制切换矩阵分别在显示屏（2）显示。
Claims (2)
1.一种电压互感器现场自动检查仪，包括壳体（1）和系统控制电路，其特征在于：所述的壳体（1）上有显示屏（2）、操作控制按钮（3）、A测量输入端口、B测量输入端口和接地端口（COM）；所述的系统控制电路安装在壳体（1）内，包括电压测量电路、电压显示电路、电流测量电路，系统计算控制电路、误差显示电路、补偿负载电路、补偿负载显示电路、切换矩阵和测量参数存储器；其中：A测量输入端口和B测量输入端口在壳体（1）内用短接导线（4）相连，短接导线（4）穿过电流互感器（5），电流互感器（5）连接电流测量电路；所述电压测量电路的输入端并联补偿负载电路；所述的电压显示电路和误差显示电路输出端通过一切换矩阵连接壳体（1）上的显示屏（2），切换矩阵的控制端接系统计算控制电路；所述的电压测量电路、电流测量电路以及切换矩阵与系统计算控制电路之间均有通信信号线相联；补偿负载电路的脉宽控制单元（PWM）接系统计算控制电路；在系统计算控制电路上还接有测量参数存储器；所述补偿负载电路包括可调电阻（Rx）、大功率N沟道场效应管（Q1）、大功率P沟道场效应管（Q2）、光电隔离单元和脉宽控制单元（PWM）；所述大功率N沟道场效应管（Q1）和大功率P沟道场效应管（Q2）互补连接且和可调电阻（Rx）相互并联，其中：大功率N沟道场效应管（Q1）在其源极上还反向串联一个D1二极管，大功率P沟道场效应管（Q2）在其源极上还正向串联一个D2二极管；上述大功率N沟道场效应管（Q1）和大功率P沟道场效应管（Q2）均连接有散热元件；所述可调电阻（Rx）为陶瓷电阻；所述脉宽控制单元（PWM）通过光电隔离单元分别连接两场效应管的栅极；所述脉宽控制单元（PWM）还通过补偿负载显示电路和切换矩阵连接壳体（1）上的显示屏（2）。
2.根据权利要求1所述的一种电压互感器现场自动检查仪，其特征在于：将所述的A测量输入端口、B测量输入端口和接地端口分别接入待测电压互感器的二次X端、负载接线端和待测电压互感器的二次x端；带电松开二次X端和负载接线端的连接线。
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