CN103969499B - 一种三相电容分压测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相电容分压测量装置及测量方法，该装置与变压设备的高压侧连接，包括第一分压臂、第二分压臂，测量主机，其中测量主机包括：第一电阻、第二电阻、档位切换放大装置、滤波装置、控制单元，控制单元还包括一个模数转换器；显示装置，包括一显示器，以及一键盘。本发明的有益效果在于专门为采用无中性点输出配电变压器感应耐压试验设计，采用标准电容器，输入阻抗高，电容量稳定；本装置可以同时测量三相电压及频率，采用微机控制，并可联机使用，实现自动控制；使用简便，性能稳定，重复性好。

Description

一种三相电容分压测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种测量装置，特别涉及一种三相电容分压测量装置及测量方法。

背景技术

随着电力工业的飞速发展，电气设备的绝缘强度、系统过电压的限制水平对系统安全经济运行的影响日益突出。三相配电变压器是电力系统中的关键设备，对三相配电变压器进行倍频感应耐压试验可以帮助相关工作人员及时地发现设备绝缘问题以免造成严重的后果。

在对三相配电变压器进行倍频感应耐压试验时，通常情况下只是根据变压器变压比，通过变频电源施加于低压侧的电压大小去计算高压侧电压的理论值，但实际的试验电压会因为分布参数及容升效应等的影响与理论值存在偏差，为了准确检测量检验高压电，可以在三相变压器的高压侧用分压器来实时监测。但目前的高压分压器都是单相工作的，特别是在测量无中性点输出的变压器时，无法采用传统的三台单相分压器同时监测三相电压。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于测量无中性点输出配电变压器的三相电容分压测量装置及测量方法，通过采用测量主机控制分压电容，克服了传统技术中的不足，从而实现本发明的目的。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种三相电容分压测量装置，用于测量无中性点输出配电变压器设备，变压器设备的高压侧依次设有A、B、C三个末端；该装置包括：

串接有第一分压器的第一分压臂以及串接有第二分压器的第二分压臂，第一、第二分压器用于将信号分压，其中：

第一分压臂的输入端与变压器设备的A端串接，输出端与一测量主机的第一输入端连接；

第二分压臂的输入端与变压器设备的C端串接，输入端与测量主机的第二输入端连接；

变压器设备的B端接地；

测量主机包括：

串接在第一输入端的第一电阻，以及串接在第二输入端的第二电阻，第一、第二电阻用于对经过第一、第二分压器的信号进行电压取样；

档位切换放大装置，该装置通过接收指令以切换测量档位，该档位切换放大装置还包括一放大电路，用于对档位切换放大装置所输出的信号进行放大；

滤波装置，用于对经过放大后信号进行滤波；

控制单元，其分别对两路信号进行采集，根据采集到的信号对档位切换放大装置发出指令使其切换测量档位；该控制单元还包括一个模数转换器，用于对滤波后的信号进行模数转换以生成测量数据；

显示装置，其输入端与控制单元连接，该显示装置包括一显示器以及一键盘，显示器用于显示测量数据；控制单元对键盘定时扫描以读取键盘的操作。

在本发明的一个优选实施例中，分压器为采用同轴结构的标准电容分压器，其内部充有SF6气体，上端设置有用以观察的压力表以及气阀。

在本发明的一个优选实施例中，档位切换放大装置具体设有四种测量档位，该测量装置包括两路电压档位切换电路，分别对来自分压器的两路信号进行处理；电压档位切换电路包括一个OPA2277集成块与一个CD4053集成块，其中OPA2277集成块用于放大电压信号，CD4053集成块用于接收指令并切换测量档位。

在本发明的一个优选实施例中，滤波装置具体为一个二阶低通滤波器。

在本发明的一个优选实施例中，控制单元具体为一个型号为C8051F060的MCU。

在本发明的一个优选实施例中，MCU包括一电平移位电路，用于在进行信号的模数转换之前对信号进行电平移位处理。

一种三相电容分压测量方法，包括以下步骤：

1)在配电变压器设备的低压侧输入一定电压，并在高压侧得到相应的感应电压；

2)将变压器的B端接地，A、C端分别与第一、第二分压臂连接，得到两路信号；

3)将两路信号分别连入第一、第二分压器进行分压，并将分压后的两路信号分别与第一、第二电阻串接进行取样；

4)控制单元对取样后的两路信号进行判断并向档位切换放大装置发出指令使其选择相应的测量档位；

5)档位切换放大装置将信号放大；

6)滤波装置将放大后的信号进行滤波；

7)控制单元对滤波后的信号进行电平移位，并进行模数转换生成测量数据；

8)显示装置将测量数据通过显示器显示给用户，控制单元对进行键盘定时扫描以读取键盘的操作。

本发明的有益效果在于：

专门为采用无中性点输出配电变压器感应耐压试验设计，采用标准电容器，输入阻抗高，电容量稳定；本装置可以同时测量三相电压及频率，采用微机控制，并可联机使用，实现自动控制；使用简便，性能稳定，重复性好。

附图说明

图1为本发明在具体实施时的系统原理图。

图2为本发明所述的分压器在具体实施时所采用的电容分压器的结构示意图。

图3为本发明所述的分压器在具体实施时所采用的电容分压器的原理图。

图4为本发明所述的档位切换放大装置在具体实施时的电路图。

图5为本发明所述的滤波装置在具体实施时所采用的二阶低通滤波器的电路图。

图6为本发明所述的控制单元在具体实施时所采用的MCU主控部分的电路图。

图7为本发明所述的电平移位电路在具体实施时的电路图。

图8为本发明所述的键盘在具体实施时的电路图。

图9为本发明所述的显示器在具体实施时的电路图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，配电变压器设备50的连接方式为无中性点输出的三角形连接，配电变压器设备50上端的高压侧依次设有A、B、C三个末端，第一分压臂100的输入端与A端连接，第二分压臂200的输入端与B端连接，其中第一分压臂100上设置有第一分压器110，第二分压臂200上设置有第二分压器210，第一、第二分压臂100、200的输出端分别与测量主机60相连接；其中第一分压器110的输出端与第一电阻120串接，第二分压器210的输出端与第二电阻220串接，第一、第二电阻120、220则分别与档位切换放大装置300的输入端串接；滤波器400的输入端与档位切换放大装置300的输出端连接，其输出端与控制单元500的输入端连接；显示装置600的输入端与控制单元500的输出端串接，其中显示装置600还包括键盘610和液晶显示器620。

第一分压器110以及第二分压器210均为由两个分压电容并联形成的标准电容分压器，该标准电容分压器为同轴结构，如图2和图3所示，盖14和底座15分别用螺栓和环紧固在绝缘套筒16的上下两端，标准电容分压器内安装有同轴高度并经过抛光的圆柱形高低压电极12并充有SF6气体；在标准电容分压器上端安装有压力表及气阀，供观察分压器内部的压力以及冲放气使用。

两路信号经过第一、第二分压器100、210分压后，分别由第一、第二电阻120、220进行电压取样，再输入档位切换放大装置300。

如图4所示，档位切换放大装置300包括两路电压档位切换电路310、320，分别流经第一、第二电阻120、220的信号分别流入该两路电路；两路电压档位切换电路310、320中分别包括CD4053集成块311、321以及OPA2277集成块312、322，其中：

CD4053集成块311、321用于测量档位的选择，这种集成块包括三组单刀双掷开关，设置有四种档位供选择，具体选择哪一个档位由控制单元500控制该集成块的输入码来决定；

OPA2277集成块312、322用于放大信号，该集成块内包括两个运放电路，在CD4053集成块311、321确定档位后，在信号输出档位切换放大装置300前对信号进行放大。

如图5所示，滤波器400为一个二阶低通滤波器，从档位切换放大装置300输出的两路放大后的信号分别从滤波器400的两个输入端410、420流入并进行滤波处理；滤波器400中的电阻、电容参数可事先进行调整，从而对信号进行滤波处理，避免信号进入控制单元500时产生混叠效应。

如图6所示，控制单元500为一型号为C801F060的系统型MCU，其具有以下特点：

(1)内核采用流水线结构,速度可达25MIPS(25MHz晶振),比普通的51单片机快10倍；其指令与标准系列51单片机兼容，因而掌握开发过程非常容易；该芯片的JTAG调试方式支持在系统、全速、非插入调试和编程，且不占用片内资源；

(2)片上集成有64kB Flash、4352B内部RAM(256+4kB，可外扩至64kB)、59个I/O口、2通道16位1MSPS的可编程增益ADC、8通道10位200kSPS可编程增益ADC、2路12位DAC、3路模拟比较器、内部电压基准以及片内电源监视、降压检测和看门狗等功能。由于C8051F060的高集成度，无需外扩ROM、RAM、AD、DA、watchdog、可编程I/O口和EEPROM(用片内Flash实现)。

经过滤波后的信号通过端口510、520进入MCU并被MCU采集，MCU中设有一个模数转换电路，用于将经滤波后的模拟信号转化为数字信号；由于该模数转换器是单极性输入的，在信号进入模数转换电路之前，需要将信号做电平移位处理。

信号将先通过一电平移位电路，如图7所示，模拟信号从端口530、540进入，其中端550的电压Ur为基准电压，端530、540的电压Ui为双极性输入电压，端531、541的电压Uo为经过移位的输出电压。当电阻达到平衡时，Uo＝Ui-Ur，Ur输入一个直流参考电压，作为直流偏移电压，使得输出电压Uo满足模数转换电路的输入电压范围要求。

信号经过电平移位电路处理后，进入模数转换电路生成测量数据，并通过MCU输入到显示装置600.

如图8和图9所示，显示装置600设置有键盘610以及液晶显示器620，显示装置600将所有按键操作输入到MCU总线，其采用定时扫描方式读取键盘610的操作。

MCU将显示的内容通过总线的方式传送给液晶显示器620。

实际操作时，在配电变压器设备的低压侧输入一定电压后在高压侧得到相应的感应电压，将变压器的B端接地，A、C端分别与第一、第二分压臂100、200连接，便得到两路电压信号，将两路信号分压后，测量主机60对信号进行取样并选择相应的测量档位，通过将信号放大、滤波、电平移位和模数转换后生成测量数据，显示在液晶显示器620上，用户可通过液晶显示器620直观的得到测量配电变压器设备50的电压测量数据，并通过键盘610进行测量操作。

本装置采用的标准电容分压器优化了内部结构，整体重量小且外壳承压能力以及屏蔽性能好，抗干扰能力强；由于该分压器内部为充气式结构，受环境影响较小，且后期维护方便，通用性强；

再者，本装置采用的档位切换放大装置300设有四种档位可供选择，满足了电信号的放大需要。

再者，显示装置600的液晶显示器620拥有良好的人机交互界面，客户只要按屏幕提示信息操作即可。

本装置可同时测量三相电压及频率，并可联机使用，实现自动控制，使用简便，性能稳定，重复性好。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种三相电容分压测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在配电变压器设备的低压侧输入一定电压，并在高压侧得到相应的感应电压；

2)将变压器的B端接地，A、C端分别与第一、第二分压臂连接，得到两路信号；

3)将两路信号分别连入第一、第二分压器进行分压，并将分压后的两路信号分别与第一、第二电阻串接进行取样；

4)控制单元对取样后的两路信号进行判断并向档位切换放大装置发出指令使其选择相应的测量档位；

5)档位切换放大装置将信号放大；

6)滤波装置将放大后的信号进行滤波；

7)控制单元对滤波后的信号进行电平移位，并进行模数转换生成测量数据；

8)显示装置将测量数据通过显示器显示给用户，控制单元对进行键盘定时扫描以读取键盘的操作。