CN104330692B - 一种主变套管电流互感器极性的测试装置 - Google Patents

Abstract

一种主变套管电流互感器极性的测试装置，包括一次发射装置和二次接收装置；其中,一次发射装置由电源模块、单片机模块、升压模块以及发射模块依序连接组成；其中电源模块还与升压模块连接，单片机还与发射模块连接，发射模块连接套管电流互感器一次绕组接线端。本发明测试仪能够对一般电流互感器极性做出准确测试，还可适用于主变、电抗器等大阻抗套管电流互感器极性测试，并以指示灯信号和脉冲声音信号直观地提示测试人员本次测试结果，解决了现有主变套管、电抗器等大阻抗套管电流互感器无法进行极性测试的问题。

Description

一种主变套管电流互感器极性的测试装置

技术领域

本发明涉及指示电流互感器极性的测试仪结构，用于主变套管、电抗器等大阻抗套管电流互感器的极性指示。

背景技术

变压器套管电流互感器的极性正确与否直接关系到计量回路、测量回路、保护回路的正确性，在二次接线中有着重要作用。在施工现场，由于设备的限制，二次接线人员很难通过传统的点极性方法直观地判断出套管电流互感器的极性。因为变压器的一次阻抗很大，用传统的直流电池组点极性时，套管电流互感器二次串接电流表的指针偏转很小，很难直观对极性做出正确判断。并且断开直流电源时会在断开点产生过电压并拉弧，危及操作人员和设备的安全。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述缺陷而提供一种安全、可靠、准确地测试主变套管电流互感器极性的测试装置，本测试仪能够对一般电流互感器极性做出准确测试，还可适用于主变、电抗器等大阻抗套管电流互感器极性测试，并以指示灯信号和脉冲声音信号直观地提示测试人员本次测试结果，解决了现有主变套管、电抗器等大阻抗套管电流互感器无法进行极性测试的问题。

本发明的目的是通过如下技术方案来实现的。

一种主变套管电流互感器极性的测试装置，本发明特征是，包括一次发射装置和二次接收装置；其中,一次发射装置主要由电源模块、单片机(发射用)模块、升压模块以及发射模块依序连接组成；其中电源模块还与升压模块连接，单片机还与发射模块连接，发射模块连接套管电流互感器一次绕组接线端；

升压模块采用升压芯片，输出高压直流，对储能电容充电，供给充放电回路使用，其由一块升压芯片、一个二极管、两个电容，三个电阻和一个电感组成；连接方式为第一电阻与 6V电池组串联后接在升压芯片一引脚处，第二电阻和电感并联后并接在升压芯片两个引脚处，二极管一端接在升压芯片一引脚端，另一端为升压后的输出，第三电阻并联在芯片和二极管输出端，第一电容并联在6V电源和地两端，第二电容并联在升压芯片两个引脚端之后接地；

发射模块有充放电电路和防拉弧电路组成；充放电电路由双刀双掷继电器、三极管、电阻、电容、续流二极管组成；连接方式为所述双刀双掷继电器线圈和续流二极管并联，双刀双掷继电器线圈一端接三极管，另一端接地。双刀双掷继电器节点公共端和储能电容并联，常闭节点一端和升压芯片输出端相连，另一端接地。双刀双掷继电器常开节点和储能电容并联。防拉弧电路由二极管、续流二极管、正发射端子、负发射端子组成。二极管一端和双刀双掷继电器常开节点一端双刀双掷继电器常开节点另一端和负发射端子相连；

二次接收装置主要由电源模块、单片机(接收用)模块、接收模块依序连接组成；其中、单片机还分别连接蜂鸣器和LED灯显示；接收模块连接套管电流互感器二次绕组接线端；

接收模块,主要是用于接收电压套管电流互感器二次绕组侧感应到的脉冲电流信号，其由六只二极管，两个三极管，四个电阻组成；连接方式为在正极性回路内，第一电阻位于第一三极管基极端，第二电阻位于第一三极管集电极端，5V电源与第一电阻串联后接到第一三极管的集电极端。第一三极管的集电极端为单片机的一个数据采集端。第二二极管和第三二极管串联后与第一二极管并联，之后并联在第一电阻和第一三极管的发射极两端。在负极性回路内，第三电阻位于第二三极管基极端，第四电阻位于第二三极管集电极端，5V电源与第四电阻串联后接到第二二极管的集电极端。第二而极端的集电极为单片机的一个数据采集端。第五二极管和第六二极管串联后与第四二极管并联，之后并联在在第三电阻和第二三极管发射极两端。

二次接收装置能检测互感器二次绕组感应的微弱信号，以供单片机判断；其工作原理为当二次感应电流方向为正时，电流分别流经第一、第二、第三二极管,利用二极管导通稳压原理，在第一三极管基极上产生一个0.7V左右的导通电压，第一三极管导通后，集电极端产生 5V高电压触发单片机外部中断1，反之电流方向为负即可触发单片机外部中断2，由此判断极性方向。假设当电容正电荷放电，电流方向为正，利用单片机外部中断2即可判断极性为正；反之触发外部中断1为反极性。

结果显示电路通过声、光两种信号表现，其有两个发光LED灯、一个蜂鸣器、一个三极管以及三个电阻组成。单片机第38，39号引脚对应为IO口中的P0.0、P0.1口，其分别与第一LED灯、第二LED灯串联后再与第一电阻串联接5V电源。单片机第36引脚对应为IO口中的P0.3口，其与第三电阻串联后接在三极管的集电极端，蜂鸣器串联在三极管的集电极和地两端，5V电源接在三极管的发射极端。

其第一LED、第二LED分别用以控制显示正反极性，发光二极管分别串联一个限流电阻，正极性时，点亮绿色发光二极管第一LED，反极性时点亮红色发光二极管第二LED；声音信号由第36号引脚输出高低电平控制三极管的通断来控制有源蜂鸣器的发声；设计时，在程序内部采用不同的延时，控制正极性和反极性时的声音不一样，若测试为正极性，发出平缓的滴答声，若测试为反极性，发出急促的滴答声。

本发明一次侧发射装置和二次侧接收装置使用相同的控制单元，采用STC80C52单片机为处理元件，控制一次侧发射装置的充放电，以及二次装置互感器的极性判断、结果的声光信号提醒。

本发明的有益效果是：本发明测试仪能够对一般电流互感器极性做出准确测试，还可适用于主变、电抗器等大阻抗套管电流互感器极性测试，并以指示灯信号和脉冲声音信号直观地提示测试人员本次测试结果，解决了现有主变套管、电抗器等大阻抗套管电流互感器无法进行极性测试的问题。

附图说明

图1是发明发射、接收装置结构示意图；

图2是本发明升压电路示意图；

图3是本发明充放电电路和防拉弧电路示意图；

图4是本发明控制芯片电源电路示意图；

图5是本发明结果显示电路示意图；

图6是本发明信号检测电路示意图；

图7是本发明一次侧发射装置外盒结构示意图；

图8是本发明一次侧发射装置内部结构示意图；

图9是本发明二次侧发射装置外盒结构示意图；

图10是本声明二次侧发射装置内部结构示意图。

具体实施方式

见图1，一种主变套管电流互感器极性的测试装置，本发明特征是，包括一次发射装置和二次接收装置；其中,一次发射装置主要由电源模块、单片机(发射用)模块、升压模块以及发射模块依序连接组成；其中电源模块还与升压模块连接，单片机还与发射模块连接，发射模块连接套管电流互感器一次绕组接线端；

升压模块采用升压芯片，输出高压直流，对储能电容充电，供给充放电回路使用，其由一块升压芯片、一个二极管、两个电容，三个电阻和一个电感组成；连接方式为第一电阻与 6V电池组串联后接在升压芯片一引脚处，第二电阻和电感并联后并接在升压芯片两个引脚处，二极管一端接在升压芯片一引脚端，另一端为升压后的输出，第三电阻并联在芯片和二极管输出端，第一电容并联在6V电源和地两端，第二电容并联在升压芯片两个引脚端之后接地；

发射模块有充放电电路和防拉弧电路组成；充放电电路由双刀双掷继电器、三极管、电阻、电容、续流二极管组成；连接方式为所述双刀双掷继电器线圈和续流二极管并联，双刀双掷继电器线圈一端接三极管，另一端接地。双刀双掷继电器节点公共端和储能电容并联，常闭节点一端和升压芯片输出端相连，另一端接地。双刀双掷继电器常开节点和储能电容并联。防拉弧电路由二极管、续流二极管、正发射端子、负发射端子组成。二极管一端和双刀双掷继电器常开节点一端双刀双掷继电器常开节点另一端和负发射端子相连；

二次接收装置主要由电源模块、单片机(接收用)模块、接收模块依序连接组成；其中、单片机还分别连接蜂鸣器和LED灯显示；接收模块连接套管电流互感器二次绕组接线端；

接收模块,主要是用于接收电压套管电流互感器二次绕组侧感应到的脉冲电流信号，其由六只二极管，两个三极管，四个电阻组成；连接方式为在正极性回路内，第一电阻位于第一三极管基极端，第二电阻位于第一三极管集电极端，5V电源与第一电阻串联后接到第一三极管的集电极端。第一三极管的集电极端为单片机的一个数据采集端。第二二极管和第三二极管串联后与第一二极管并联，之后并联在第一电阻和第一三极管的发射极两端。在负极性回路内，第三电阻位于第二三极管基极端，第四电阻位于第二三极管集电极端，5V电源与第四电阻串联后接到第二二极管的集电极端。第二而极端的集电极为单片机的一个数据采集端。第五二极管和第六二极管串联后与第四二极管并联，之后并联在在第三电阻和第二三极管发射极两端。

二次接收装置能检测互感器二次绕组感应的微弱信号，以供单片机判断；其工作原理为当二次感应电流方向为正时，电流分别流经第一、第二、第三二极管,利用二极管导通稳压原理，在第一三极管基极上产生一个0.7V左右的导通电压，第一三极管导通后，集电极端产生 5V高电压触发单片机外部中断1，反之电流方向为负即可触发单片机外部中断2，由此判断极性方向。假设当电容正电荷放电，电流方向为正，利用单片机外部中断2即可判断极性为正；反之触发外部中断1为反极性。

结果显示电路通过声、光两种信号表现，其有两个发光LED灯、一个蜂鸣器、一个三极管以及三个电阻组成。单片机第38，39号引脚对应为IO口中的P0.0、P0.1口，其分别与第一LED灯、第二LED灯串联后再与第一电阻串联接5V电源。单片机第36引脚对应为IO口中的P0.3口，其与第三电阻串联后接在三极管的集电极端，蜂鸣器串联在三极管的集电极和地两端，5V电源接在三极管的发射极端。

其第一LED、第二LED分别用以控制显示正反极性，发光二极管分别串联一个限流电阻，正极性时，点亮绿色发光二极管第一LED，反极性时点亮红色发光二极管第二LED；声音信号由第36号引脚输出高低电平控制三极管的通断来控制有源蜂鸣器的发声；设计时，在程序内部采用不同的延时，控制正极性和反极性时的声音不一样，若测试为正极性，发出平缓的滴答声，若测试为反极性，发出急促的滴答声。

本发明一次侧发射装置和二次侧接收装置使用相同的控制单元，采用STC80C52单片机为处理元件，控制一次侧发射装置的充放电，以及二次装置互感器的极性判断、结果的声光信号提醒。

一次发射装置

升压电路采用升压芯片，升压电路由四节1.5V低电压串联成的6V电池组，电容，电阻，整流二极管以及电感组成；电路通过升压芯直接接在6V电池组上，第一电容并联在升压芯片和地之间，以减少电压波动，给芯片提供稳定的输入电压；第二电容与升压芯片串联后与电源负极相连，第二是一个定时电容，芯片内部对第二电容进行充放电，以产生振荡脉冲供给芯片工作；工作频率随着电容的容量不同而不同，在此，选择第二电容为1500pf；电感器并联在升压芯片引脚两端，一端与7号引脚相连，另一端与6号引脚相连，第7号引脚是芯片的负载峰值电压检测取样端。当第6，7脚之间电压超过300mV时，芯片将启动内部过流保护功能。本设计采用的二极管是肖特基整流二极管，其具有极短的反向恢复时间和极低的正向导通压降。由升压芯片升压后经肖特基整流二极管输出高压直流，供给充放电回路使用。传统干电池法电压过低，套管感抗过大导致二次感应过小，使得判断结果可靠性低。本发明升压电路的优点是利用高电压、大容量的电容存储电荷，替代电池，解决电池在现场无法提供相对较高电压的问题。

充放电回路由控制芯片，双刀双掷5V小型继电器，开关三极管，限流电阻，以及续流二极管，高电压、大容量储能电容组成；双刀双掷5V小型继电器有八个引脚，其中，1，8是继电器电磁线圈的两个引脚；2,3和6,7是两对常闭触点，3,4和5,6是两对常开触点，储能电容并联在3,6两端，升压电路通过继电器的第2引脚送入升压后的电压。续流二极管并联在1,8引脚两端；单片机通过编程控制输出IO口的电位高低，改变三极管的基极电位高低，来控制电容的充放电；在待检测时期，升压电路的高电压注入继电器2号引脚，通过2，3和 6,7两对常闭节点，将高压送至3,6引脚，对电容充电。由于在关闭继电器时，继电器内部的线圈会感应出很高的反向电动势，因此，在1,8引脚之间并联二极管作为继电器线圈的续流二极管，防止继电器关闭时产生过电压损坏其他元件；传统的点极性法，是直接将干电池正负极接于互感器一次回路测。这种方法，在测量普通电流互感器时，使得干电池长时间短路，缩短其使用寿命；在测量套管电流互感器时，又由于电压太低，不能在套管电流互感器二次侧感应出理想的电流。故本装置采用充放电电路，能很好的解决上述问题。充放电电路利用电容的充放电特性将电池与被测的电流互感器一次侧在测试时实现有效的隔离，避免一次的过电压侵入装置其他电路，危害人身与设备的安全。

由于变压器一次绕组具有一定的感抗，在测试过程中，断开直流电源，会在断开点产生过电压拉弧，危机测试人员和设备的安全。因此，在发射模块中，加入了防拉弧电路。防拉弧电路由续流二极管，开关二极管，发射端子OUT+,OUT-组成；开关二极管串联在继电器4号引脚和发射端子OUT+之间，续流二极管反向并联在发射端子OUT+,OUT-之间；当断开直流测试电流时，套管CT感抗大，加压后断开连接断口处会反自激放电拉弧，故电流从OUT-通过续流二极管到OUT+，再通过变压器一次绕组形成回路，避免拉弧。

二次接收装置

发射装置将检测信号加在变压器套管电流互感器一次侧时，在其二次侧会感应出电流，将二次侧接收装置接入，便可以检测互感器极性；二次接收装置分别由控制芯片电路，结果显示电路，和信号检测电路组成；其中：

控制芯片电路负责一次发射装置充放电的控制和二次接收装置结果的判断以及声光信号的显示；控制芯片电路的电源由6V电池组构成，限流电阻限制电流，以满足单片机在6V的电池组下，以约5V电压VCC稳定工作。SW-PB为测试按钮，电解电容和下拉电阻是单片机的复位电路，RST为单片机输出复位信号；VCC和GND地之间，并联了低频滤波电容和高频滤波电容；以吸收电源的低频和高频干扰，为芯片提供稳定的直流；控制芯片的主控芯片采用 STC89c52，其为8051内核单片机；其组成包括谐振电容，C3，晶振XTAL，单片机工作时，第31号引脚必须接地；控制芯片使用了第12,13号引脚的INIT0，INIT1外部中断资源，P0.0，P0.1，P0.2，P0.3输入输出资源；

结果显示电路有声光信号发出，单片机第38，39号引脚分别接LED2，LED1，以控制显示正反极性，发光二极管分别串联一个限流电阻，正极性时，点亮绿色发光二极管LED1，反极性时点亮红色发光二极管LED2；声音信号由第36号引脚输出高低电平控制开关管Q3的通断来控制有源蜂鸣器的发声；设计时，若测试为正极性，发出平缓的滴答声，若测试为反极性，发出急促的滴答声；

接收模块,主要是接收电压套管电流互感器二次绕组侧感应到的脉冲电流信号，其有六只二极管，两个三极管，四个电阻组成。在正极性回路内，第一电阻位于第一三极管基极端，第二电阻位于第一三极管集电极端，5V电源与第一电阻串联后接到第一三极管的集电极端。第一三极管的集电极端为单片机的一个数据采集端。第二二极管和第三二极管串联后与第一二极管并联，之后并联在第一电阻和第一三极管的发射极两端。在负极性回路内，第三电阻位于第二三极管基极端，第四电阻位于第二三极管集电极端，5V电源与第四电阻串联后接到第二二极管的集电极端。第二而极端的集电极为单片机的一个数据采集端。第五二极管和第六二极管串联后与第四二极管并联，之后并联在在第三电阻和第二三极管发射极两端。

二次接收装置能检测互感器二次绕组感应的微弱信号，以供单片机判断；其工作原理为当二次感应电流方向为正时，电流分别流经第一、第二、第三二极管,利用二极管导通稳压原理，在第一三极管基极上产生一个0.7V左右的导通电压，第一三极管导通后，集电极端产生5V高电压触发单片机外部中断1，反之电流方向为负即可触发单片机外部中断2，由此判断极性方向。假设当电容正电荷放电，电流方向为正，利用单片机外部中断2即可判断极性为正；反之触发外部中断1为反极性。

一次侧发射装置外盒如图7所示。

图7中1为发射口，外接一个发射端子，连接到套管变压器一次侧。2为发射指示灯，3 处安装自动复位实验扭。

一次侧发射装置内部结构如图8所示。

图8中7为发射端子，8，9所指区域安装印刷电路板，10处安装4节1.5V电池。

二次侧接收装置外盒如图9所示。

图9中4为接收口，外接一个接收端子，5为极性显示灯，6为自锁式实验按钮。

二次侧接收装置内部结构如图10所示。

图10中11为信号接收端子，12，13所指区域安装印刷电路板。14处，安装4节1.5V电池。

准备好一次侧发射装置如图7，在如图8的10号位置安装好4节1.5v电池。用端子线一端接如图8的9号位置信号发射端子，另一端接到套管电流互感器的一次侧。准备好二次侧接收装置如图9，在如图10的14号位置上安装4节1.5v电池。用端子线一端链接11号位置，另一端连接电压互感器的二次侧。分别按下图7，图9上的实验按钮3，实验按钮6，给一次侧发射装置和二次侧接收装置供电，以测试装置本身是否正常工作。从图5所示，LED1 和LED2分别接在单片机的39和38端，对应单片机IO口P0.0和P0.1。从图4所示，单片机的复位口RST接在电源开关下侧，当单片机上电时候单片机接到复位信号，内部初始化， P0.0和P0.1引脚电平翻转LED1和LED2将会闪烁一次，利用这个特性判断单片机是否正常工作。

实验时，按下图7 中的3号实验按钮，即接通图4中SW-PB自动复位按钮，此时6v电源给单片机和升压电路供电，单片机开始工作，6V电压经过升压电路(图2)，升至30V左右，

升压电路的高电压注入继电器2号引脚，通过2，3和6,7两对常闭节点，将高压送至3,6 引脚，对储能电容C6充电。约5s左右，储能电容C6充电完毕，此时，单片机将控制P0.2的JDQ电位为低电位，使得三极管Q4导通，继电器的常开节点5,6和3,4闭合，完成电容电压加在OUT+，OUT-端子上，给套管电流互感器一次侧发出测试信号。一次侧发出的信号加在套管电流互感器侧，根据电磁耦合原理将在套管电流互感器二次侧接收到相应信号，经过二次接收电路(图6)之后变成脉冲信号，此时，二次侧接收装置在等待外部中断的发生。若此时是正极性，电流经VIN+流入，经D3,D4，D2，VIN-形成回路。在Q1的基极和发射极之间产生约1v的导通压降，从而使Q1导通，触发外部中断1，给单片机一个正极性的中断信号。反之，三极管Q2导通，触发外部中断2，给单片机一个反极性的中断信号。单片机接收到信号后立即进行分析处理，若为正极性，P0.0引脚电位拉低，LED1导通发光，显示此时测试结果为正极性。若为反极性，P0.1引脚电位拉低，LED2导通发光，显示此时测试结果为反极性的地方进行测试时，发光二极管亮度不够，从而不便于观察。单片机的P0.3控制Q3的导通，若为正极性，蜂鸣器FM发出平缓的滴答声以提醒测试人员测试结果为正极性，反之，发出急促的滴答声，提醒测试人员为反极性。

测试结束后，如果测试人员按着实验按钮不放，一次侧发射装置立刻进入电容充电状态，以便进行下次一次侧的信号发射。而接收装置的极性显示灯在保持3s后熄灭，进入下次极性的检测。

Claims (1)

1.一种主变套管电流互感器极性的测试装置，包括一次发射装置和二次接收装置；其中,一次发射装置主要由第一电源模块、发射用单片机模块、升压模块以及发射模块依序连接组成；其中第一电源模块与升压模块连接、发射用单片机模块与发射模块连接、发射模块连接套管电流互感器一次绕组接线端；

升压模块采用升压芯片MC34063输出高压直流，对储能电容充电，供给充放电回路使用，其由一块升压芯片MC34063、一个二极管、两个电容、三个电阻和一个电感组成，连接方式为：电阻R7与6V电池组串联后接在升压芯片MC34063引脚7处，电阻R8和电感L1串联后接在升压芯片MC34063引脚8和引脚1处，且电阻R8和电感L1之间的接点连接到升压芯片MC34063引脚7；二极管D7正极端接在升压芯片MC34063引脚1处，负极端为升压后的输出；电阻R9并联在升压芯片MC34063引脚5处和二极管D7负极端，电容C4并联在6V电源和地两端，电容C5并联在升压芯片MC34063引脚3、4处，其中引脚4接地；

发射模块由充放电电路和防拉弧电路组成，充放电电路由双刀双掷继电器、三极管、电阻、储能电容和二极管组成，连接方式为：所述双刀双掷继电器线圈与三极管Q4串联，双刀双掷继电器线圈引脚8一端与三极管Q4集电极相连，引脚1一端接地；二极管D8并联在双刀双掷继电器线圈上，二极管D8负极端与双刀双掷继电器引脚8一端相连；双刀双掷继电器节点公共端和储能电容C6并联，常闭节点一端和升压电路输出端OUT相连，另一端接地；双刀双掷继电器常开节点和储能电容C6通过二极管D12连接到输出端OUT+和OUT-，防拉弧电路由二极管D12、续流二极管D11、正发射端子OUT+、负发射端子OUT-组成，二极管D12和续流二极管D11串联续流，二极管D11的正极端与双刀双掷继电器常开节点引脚4一端相连，负极端和正发射端子OUT+相连；二极管D12正极端与双刀双掷继电器常开节点引脚5并接至负发射端子OUT-；

二次接收装置主要由第二电源模块、接收用单片机模块、接收模块依序连接组成；其中，单片机还分别连接蜂鸣器和LED灯显示；接收模块连接套管电流互感器二次绕组接线端；

接收模块,主要是用于接收电压套管电流互感器二次绕组侧感应到的脉冲电流信号，其由六个二极管、两个三极管和四个电阻组成，连接方式为:在正极性回路内电阻R1一端接至三极管Q1基极端与三极管Q1串联，另一端与接线端VIN+相连；电阻R4一端接至三极管Q1集电极端，另一端接至5V直流电源；三极管Q1的集电极端的输出连接到单片机的数据采集端INIT1；二极管D3、二极管D4和二极管D2依次串联，二极管D3正极端与接线端子VIN+相连，二极管D2负极端与接线端子VIN-相连；二极管D4负极端与三极管Q1发射极并接接地；在负极性回路内电阻R2一端接至三极管Q2基极端与三极管Q2串联，另一端与接线端VIN-相连；电阻R5一端接至三极管Q2集电极端另一端接至5V直流电源；三极管Q2的集电极端的输出连接到单片机的数据采集端INIT0；二极管D6、二极管D5和二极管D1依次串联二极管D6正极端与接线端子VIN-相连，二极管D1负极端与接线端子VIN+相连；二极管D5负极端与三极管Q2发射极并接接地。