CN104931908A - 一种用于避雷器阻性电流校准基准波电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于避雷器阻性电流校准的基准波电路，通过设定基准波形生成电路，使得避雷器产生的泄漏电流能够生成非线性的电流；通过设定基准波形温度补偿电路，补偿由于工作温度升高，造成的非线性电流失真。本发明可以在不同的负载情况下生成预设定的非线性的阻性电流，能够准确标定峰值。同时能够不受避雷器工作地点的限制，实现全范围校准；并且数据参数可溯源，确保校准的有效可靠度；无需采用高压发生器，确保操作安全；电路组建方便、容易，适合野外现场实施校正工作。

Description

一种用于避雷器阻性电流校准基准波电路

技术领域

本发明涉及避雷器阻性电流的基准波形成技术，具体涉及一种用于避雷器阻性电流校准基准波电路。

背景技术

目前，大量的对于避雷器阻性电流进行带电检测和在线监测的仪器和传感器已经随着电力事业的发展而大量使用，然而，这些产品在准确度和测量误差上均不能完全满足实际使用的要求，况且，随着使用时间的增加，如何对这些仪器或传感器进行阻性电流测量的校准就已经提到议事日程上来。

由于众多传统的校准方法在原理上过于理想化，没有基准源作为参照，只能定性判断趋势、无法定量来进行校准。同时，这些传统方法所使用的仪器设备都必须通过高压发生器来产生相应的信号，因此设备庞大笨重，无法提高校准的安全等级和现场操作的实用性。

因此有必要通过分析比较，研究新的校准原理，对避雷器阻性电流进行带电检测和在线监测的仪器和传感器进行全新实用的校准。

传统避雷器阻性电流测量的模拟校准方法主要是使用低压信号信号发生器模拟避雷器发生泄漏电流，采用和标准仪器比较方法进行校准，低压信号发生低电压，流过电阻和电容，分别模拟避雷器全电流中的阻性电流和溶性电流，由标准仪器和别校准仪器同时测量，通过测量数据的比较来校准仪器。

这种方法解决了高压环境安全性和现场的可操作性，但在校准有效性和可靠性方面没有得到提高。主要的原因是低压信号发生器产生工频正弦波电压，模拟的电阻电容虽然能保证阻性电流和容性电流的相位关系，但是所产生的全部是线性正弦波性质的电流，与真实避雷器中产生的非线性阻性电流不一致，无法对非线性阻性电流的峰值定标，校准的真实性无法保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于避雷器阻性电流校准的基准波电路，通过为避雷器设置基准波形生成电路、基准波形温度补偿电路，能够生成非线性的阻性电流，可以准确标定峰值。同时能够不受避雷器工作地点的限制，实现全范围校准；并且数据参数可溯源，确保校准的有效可靠度；无需采用高压发生器，确保操作安全。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于避雷器阻性电流校准的基准波电路，其特点是，该基准波电路包含：

避雷器；

基准波形生成电路，所述基准波形生成电路的两输入端分别与所述避雷器的泄漏电流输出端连接；

基准波形温度补偿电路，所述基准波形温度补偿电路的输入端与所述基准波形生成电路的输出端连接。

优选地，所述基准波形生成电路包含：

第一正弦波振荡电路，所述第一正弦波振荡电路的输入端与所述避雷器的泄漏电流输出端连接；

第二正弦波振荡电路，所述第二正弦波振荡电路的输入端与所述避雷器的泄漏电流输出端连接；

阻性电流输出电路，所述阻性电流输出电路的第一输入端与所述第一正弦波振荡电路的输出端连接，该阻性电流输出电路的第二输入端与所述第二正弦波振荡电路的输出端连接，该阻性电流输出电路的输出端与所述基准波形温度补偿电路的输入端连接。

优选地，所述第一正弦波振荡电路包含：

第一运算放大器，所述第一运算放大器的负输入端接地；

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述避雷器的泄漏电流输出端连接，该第一电阻的另一端与所述第一运算放大器的正输入端连接；

第一电容，所述第一电容的一端与所述第一运算放大器的正输入端连接，该第一电容的另一端与该第一运算放大器的输出端连接。

优选地，所述第二正弦波振荡电路包含：

第二运算放大器，所述第二运算放大器的负输入端接地；

第二电阻，所述第二电阻的一端与所述避雷器的泄漏电流输出端连接，该第二电阻的另一端与所述第二运算放大器的正输入端连接；

第二电容，所述第二电容的一端与所述第二运算放大器的正输入端连接，该第二电容的另一端与该第二运算放大器的输出端连接。

优选地，所述第一电阻阻值是所述第二电阻阻值的至少三倍。

优选地，所述阻性电流输出电路包含：

第三运算放大器；

第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第一正弦波振荡电路的输出端连接，该第三电阻的另一端与所述第三运算放大器的正输入端连接；

第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第二正弦波振荡电路的输出端连接，该第四电阻的另一端与所述第三运算放大器的负输入端连接；

第五电阻，所述第五电阻的一端与所述第三运算放大器的正输入端连接，该第五电阻的另一端与该第三运算放大器的输出端连接。

优选地，所述第四电阻阻值是所述第三电阻阻值的至少四倍。

优选地，所述基准波形温度补偿电路包含：

热敏电阻，所述热敏电阻的一端与所述基准波形生成电路的输出端连接；

取样电阻，所述取样电阻的一端与所述热敏电阻另一端连接；

场效应管，所述场效应管的漏极与所述取样电阻的另一端连接，该场效应管的源极输出校准后波形；

第四运算放大器，所述第四运算放大器的两输入端与所述热敏电阻并联，该第四运算放大器的负输入端分别与所述基准波形生成电路的输出端、该热敏电阻的一端连接，该第四运算放大器的正输入端分别与该热敏电阻的另一端、取样电阻的一端连接，该第四运算放大器的输出端与所述场效应管的栅极连接。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明公开的一种用于避雷器阻性电流校准的基准波电路，通过设定基准波形生成电路，使得避雷器产生的泄漏电流能够生成非线性的电流；通过设定基准波形温度补偿电路，补偿由于工作温度升高，造成的非线性电流失真。本发明可以在不同的负载情况下生成预设定的非线性的阻性电流，能够准确标定峰值。同时能够不受避雷器工作地点的限制，实现全范围校准；并且数据参数可溯源，确保校准的有效可靠度；无需采用高压发生器，确保操作安全；电路组建方便、容易，适合野外现场实施校正工作。

附图说明

图1为本发明一种用于避雷器阻性电流校准的基准波电路的整体结构示意图。

图2为本发明一种用于避雷器阻性电流校准的基准波电路的实施例示意图之一。

图3为本发明一种用于避雷器阻性电流校准的基准波电路的实施例示意图之二。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种用于避雷器阻性电流校准的基准波电路，该基准波电路包含：避雷器、基准波形生成电路1及基准波形温度补偿电路3。

其中，基准波形生成电路1的两输入端分别与避雷器的泄漏电流输出端IN连接；基准波形温度补偿电路2的输入端与基准波形生成电路1的输出端连接。

如图1所示，基准波形生成电路1包含：第一正弦波振荡电路11、第二正弦波振荡电路12及阻性电流输出电路13。第一正弦波振荡电路11的输入端与避雷器的泄漏电流输出端IN连接；第二正弦波振荡电路12的输入端与避雷器的泄漏电流输出端IN连接；阻性电流输出电路13的第一输入端与第一正弦波振荡电路11的输出端连接，该阻性电流输出电路13的第二输入端与第二正弦波振荡电路12的输出端连接，该阻性电流输出电路13的输出端与基准波形温度补偿电路2的输入端连接。

如图1所示，第一正弦波振荡电路11包含：第一运算放大器111、第一电阻112及第一电容113。

其中，第一运算放大器111的负输入端接地；第一电阻112的一端与避雷器的泄漏电流输出端IN连接，该第一电阻112的另一端与第一运算放大器111的正输入端连接。第一电容113的一端与第一运算放大器111的正输入端连接，该第一电容113的另一端与该第一运算放大器111的输出端连接。

如图1所示，第二正弦波振荡电路12包含：第二运算放大器121、第二电阻122及第二电容123。

其中，第二运算放大器121的负输入端接地；第二电阻122的一端与避雷器的泄漏电流输出端IN连接，该第二电阻122的另一端与第二运算放大器121的正输入端连接；第二电容123的一端与第二运算放大器121的正输入端连接，该第二电容123的另一端与该第二运算放大器121的输出端连接。

本发明中，第一电阻112阻值是第二电阻122阻值的至少三倍。

如图1所示，阻性电流输出电路13包含：第三运算放大器131、第三电阻132、第四电阻133及第五电阻134。

其中，第三电阻132的一端与第一正弦波振荡电路11的输出端连接，该第三电阻132的另一端与第三运算放大器131的正输入端连接。第四电阻133的一端与第二正弦波振荡电路12的输出端连接，该第四电阻133的另一端与第三运算放大器131的负输入端连接。第五电阻134的一端与第三运算放大器131的正输入端连接，该第五电阻134的另一端与该第三运算放大器131的输出端连接。

本发明中，第四电阻133阻值是第三电阻132阻值的至少四倍。

如图1所示，基准波形温度补偿电路2包含：热敏电阻21、取样电阻22、场效应管23及第四运算放大器24。

其中，热敏电阻21的一端与基准波形生成电路1的输出端连接；取样电阻22的一端与热敏电阻21另一端连接；场效应管23的漏极与取样电阻22的另一端连接，该场效应管23的源极输出校准后波形；第四运算放大器24的两输入端与热敏电阻21并联，该第四运算放大器24的负输入端分别与基准波形生成电路1的输出端、该热敏电阻21的一端连接，该第四运算放大器24的正输入端分别与该热敏电阻21的另一端、取样电阻22的一端连接，该第四运算放大器24的输出端与场效应管23的栅极连接。

如图1-图3所示，本发明公开的一种用于避雷器阻性电流校准的基准波电路的具体工作原理如下：

在实际使用中，避雷器在线监视的是其运行状态下的泄漏电流iX。避雷器等效于一个电容和一个非线性电阻的并联，流过电容的电流称之为容性泄漏电流iC，流过非线性电阻的电流称之为阻性泄漏电流iR。图2为避雷器等效电路图、图3为避雷器的泄漏电流矢量图。

由于测量中只能得到避雷器的泄漏电流iX， 在泄漏电流iX中，占主导地位的是容性泄漏电流iC，阻性泄漏电流iR只占泄漏全电流的5～20％。容性电流iC取决于金属氧化物的介电常数，杂散电容和的内部均压电容。

将避雷器泄漏电流分为二个分量叠加合成，分别是超前电压90°的容性泄漏电流iR和阻性泄漏电流iC。如下式所示，其中为避雷器泄漏电流，为容性泄漏电流，为阻性泄漏电流。最后输出泄漏电流满足一下公式：

；

为了将阻性泄漏电流进行峰值定标，确保校准的真实性，采用基准波形生成电路1生成非线性阻性泄漏电流基准波形，实现准确定标峰值。

本实施例中，基准波形生成电路1的第一正弦波振荡电路11的第一运算放大器A1、第一电阻R1及第一电容C1组成50Hz的正弦波振荡电路。基准波形生成电路1的第二正弦波振荡电路12的第二运算放大器A2、第二电阻R2及第二电容C2组成150Hz的正弦波振荡电路，其中R1=3R2。阻性电流输出电路13由第三运算放大器A3、第三电阻R3、第四电阻R4及第五电阻R5组成，其中R4=4R3。

避雷器的泄漏电流iX经过上述基准波形生成电路1后，生成基准波形。为了避免基准波形生成电路1由于工作温度升高，对泄露电流的测量造成影响，需要采用基准波形温度补偿电路2确保经基准波形生成电路1处理后的泄漏电流iX输出后，波形保持不变。

热敏电阻R6为负温度系数的热敏电阻，当温度升高时，电阻值降低。使得基准波形生成电路1输出的电流，经由热敏电阻R6、取样电阻R7及第四运算放大器A4后输出电压降低，由于场效应管T1输出阻抗升高，能够保持输出电流不变。

本发明可以在不同的负载情况下生成预设定的非线性的阻性电流，能够准确标定峰值。同时能够不受避雷器工作地点的限制，实现全范围校准；并且数据参数可溯源，确保校准的有效可靠度；无需采用高压发生器，确保操作安全；电路组建方便、容易，适合野外现场实施校正工作。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种用于避雷器阻性电流校准的基准波电路，其特征在于，该基准波电路包含：

避雷器；

基准波形生成电路（1），所述基准波形生成电路（1）的两输入端分别与所述避雷器的泄漏电流输出端连接；

基准波形温度补偿电路（2），所述基准波形温度补偿电路（2）的输入端与所述基准波形生成电路（1）的输出端连接。

2.如权利要求1所述的用于避雷器阻性电流校准的基准波电路，其特征在于，所述基准波形生成电路（1）包含：

第一正弦波振荡电路（11），所述第一正弦波振荡电路（11）的输入端与所述避雷器的泄漏电流输出端连接；

第二正弦波振荡电路（12），所述第二正弦波振荡电路（12）的输入端与所述避雷器的泄漏电流输出端连接；

阻性电流输出电路（13），所述阻性电流输出电路（13）的第一输入端与所述第一正弦波振荡电路（11）的输出端连接，该阻性电流输出电路（13）的第二输入端与所述第二正弦波振荡电路（12）的输出端连接，该阻性电流输出电路（13）的输出端与所述基准波形温度补偿电路（2）的输入端连接。

3.如权利要求2所述的用于避雷器阻性电流校准的基准波电路，其特征在于，所述第一正弦波振荡电路（11）包含：

第一运算放大器（111），所述第一运算放大器（111）的负输入端接地；

第一电阻（112），所述第一电阻（112）的一端与所述避雷器的泄漏电流输出端连接，该第一电阻（112）的另一端与所述第一运算放大器（111）的正输入端连接；

第一电容（113），所述第一电容（113）的一端与所述第一运算放大器（111）的正输入端连接，该第一电容（113）的另一端与该第一运算放大器（111）的输出端连接。

4.如权利要求3所述的用于避雷器阻性电流校准的基准波电路，其特征在于，所述第二正弦波振荡电路（12）包含：

第二运算放大器（121），所述第二运算放大器（121）的负输入端接地；

第二电阻（122），所述第二电阻（122）的一端与所述避雷器的泄漏电流输出端连接，该第二电阻（122）的另一端与所述第二运算放大器（121）的正输入端连接；

第二电容（123），所述第二电容（123）的一端与所述第二运算放大器（121）的正输入端连接，该第二电容（123）的另一端与该第二运算放大器（121）的输出端连接。

5.如权利要求4所述的用于避雷器阻性电流校准的基准波电路，其特征在于，所述第一电阻（112）阻值是所述第二电阻（122）阻值的至少三倍。

6.如权利要求2所述的用于避雷器阻性电流校准的基准波电路，其特征在于，所述阻性电流输出电路（13）包含：

第三运算放大器（131）；

第三电阻（132），所述第三电阻（132）的一端与所述第一正弦波振荡电路（11）的输出端连接，该第三电阻（132）的另一端与所述第三运算放大器（131）的正输入端连接；

第四电阻（133），所述第四电阻（133）的一端与所述第二正弦波振荡电路（12）的输出端连接，该第四电阻（133）的另一端与所述第三运算放大器（131）的负输入端连接；

第五电阻（134），所述第五电阻（134）的一端与所述第三运算放大器（131）的正输入端连接，该第五电阻（134）的另一端与该第三运算放大器（131）的输出端连接。

7.如权利要求6所述的用于避雷器阻性电流校准的基准波电路，其特征在于，所述第四电阻（133）阻值是所述第三电阻（132）阻值的至少四倍。

8.如权利要求1所述的用于避雷器阻性电流校准的基准波电路，其特征在于，所述基准波形温度补偿电路（2）包含：

热敏电阻（21），所述热敏电阻（21）的一端与所述基准波形生成电路（1）的输出端连接；

取样电阻（22），所述取样电阻（22）的一端与所述热敏电阻（21）另一端连接；

场效应管（23），所述场效应管（23）的漏极与所述取样电阻（22）的另一端连接，该场效应管（23）的源极输出校准后波形；

第四运算放大器（24），所述第四运算放大器（24）的两输入端与所述热敏电阻（21）并联，该第四运算放大器（24）的负输入端分别与所述基准波形生成电路（1）的输出端、该热敏电阻（21）的一端连接，该第四运算放大器（24）的正输入端分别与该热敏电阻（21）的另一端、取样电阻（22）的一端连接，该第四运算放大器（24）的输出端与所述场效应管（23）的栅极连接。