CN108732493A - 一种适用于测量电弧电压的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种适用于测量电弧电压的试验装置及方法，该装置第一分压器的输入端、第二分压器的输入端和电流互感器的输入端连接电弧发生装置；第一分压器的输出端和第二分压器的输出端连接电弧电压提取电路的输入端；电流互感器的输出端、电弧电压提取电路的输出端连接信号调理电路的输入端；信号调理电路的输出端连接A/D信号转换电路的输入端；A/D信号转换电路的输出端、电源转换电路连接DSP控制芯片的输入端；DSP控制芯片的输出端通过信号发送与接收电路连接计算机的输入端。本试验装置结构简单，操作方便，可以实时测量开断电流和电弧电压波形的信号进行测试。

Description

一种适用于测量电弧电压的试验装置及方法

技术领域

本发明属于电力系统控制技术领域，具体涉及一种适用于测量电弧电压的试验装置及方法。

背景技术

高压断路器是发电厂、变电所中最重要的控制和保护设备，是作为绝缘和灭弧的装置。正常运行时，根据电力系统运行的需要，将部分或全部电气设备，以及部分或全部线路投入或退出运行，起控制作用。当电力系统某一部分发生故障时，它和保护装置、自动装置相配合，将故障部分从系统中迅速切除，减少停电范围，防止事故扩大，保护系统中各类电气设备不受损坏，保证系统无故障部分安全运行，起保护作用。高压断路器在电力系统中肩负着控制和保护双重任务，其状态的好坏直接影响着电力系统的安全运行。

电弧电压的测量是分析高压断路器开断过程，准确计算燃弧时间的有效手段。由于高压断路器电弧电压较低，成功开断电流后断口两端电压相差较大，测量困难极大。因此，针对高电压大电流实际测试现场，设计开发出一套高压断路器电弧电压测试系统，是当前高压断路器试验中急需解决的重点。实现高压断路器电弧电压波形的测量，可以为断路器产品设计人员提供大量的参考信息，这些信息可以作为改进断路器产品设计的直接依据，并且有助于了解断路器的开断性能。根据实测的燃弧时间和开断电流，可以估计断路器产品的电寿命，也可以作为建立电弧物理模型的数据来源。

随着智能电网的发展，高压断路器的诊断技术已经成为智能电网建设中一个必不可少的组成部分。目前，关于高压断路器电寿命计算的理论方法已经比较成熟，但真正实现电寿命在线监测的装置还未有过相关报道。这样就需要以离线方式来取得各种信息，经过科学综合分析与计算，掌握设备的当前状况和寿命期望，它是实现电力设备状态维修的基础和前提。

因此，有必要设计一套电弧电压测试系统，通过对电弧电压和开断电流波形的测量，从而准确地计算出燃弧时间显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种适用于测量电弧电压的试验装置及方法。

一种适用于测量电弧电压的试验装置，包括信号提取检测单元和监控单元；

所述信号提取检测单元，包括：第一分压器、第二分压器、电流互感器、电弧电压提取电路、信号调理电路、A/D信号转换电路、DSP控制芯片和电源转换电路；

所述监控单元，为信号发送与接收电路；

所述的第一分压器的输入端、第二分压器的输入端和电流互感器的输入端连接电弧发生装置；所述第一分压器的输出端和第二分压器的输出端连接电弧电压提取电路的输入端；所述电流互感器的输出端、电弧电压提取电路的输出端连接信号调理电路的输入端；所述信号调理电路的输出端连接A/D信号转换电路的输入端；所述A/D信号转换电路的输出端、电源转换电路连接DSP控制芯片的输入端；所述DSP控制芯片的输出端通过信号发送与接收电路连接计算机的输入端。

所述的电弧电压提取电路，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一二极管、第二二极管和第一运算放大器；

所述第二电阻的一端连接第一分压器的接线端口，所述第二电阻的另一端与第一二极管的正极、第二二极管的负极、第四电阻的一端连接，所述第三电阻的一端连接第二分压器的接线端口，所述第三电阻的另一端与第一二极管的负极、第二二极管的正极、第五电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端、第一电阻的一端与第一运算放大器负极连接，所述第五电阻的另一端、第六电阻的一端与第一运算放大器正极连接，所述第六电阻的另一端与地连接，所述第一电阻的另一端与第一运算放大器的输出端连接，所述第一运算放大器的输出端连接信号调理电路的输入端，所述第一运算放大器的上端与电源正极、第一电容一端、第二电容一端连接，所述第一电容的另一端、第二电容的另一端与地连接，所述第一运算放大器的下端与电源源极、第三电容一端、第四电容一端连接，所述第三电容的另一端、第四电容的另一端与地连接。

所述的信号调理电路，包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第五电容、第六电容、第七电容、第二运算放大器；

所述第五电容的一端与信号输入端连接，所述第五电容另一端与第九电阻的一端连接，所述第九电阻的另一端与第二运算放大器负极、第二运算放大器的上端、第一可变电阻的一端连接，所述第七电阻的一端与电源连接，所述第七电阻的另一端与第八电阻的一端、第二运算放大器正极连接，所述第八电阻的另一端与地连接，所述第二运算放大器的下端与电源连接，所述第二运算放大器输出端与第十电阻的另一端、第十一电阻的一端连接，所述第十一电阻的另一端与信号输出端连接，所述第六电容的一端、第七电容的一端与电源连接，所述第六电容的另一端、第七电容的另一端与地连接。

采用所述的适用于测量电弧电压的试验装置进行试验的方法，包括以下步骤：

步骤1：采用第一分压器和第二分压器对电弧发生装置中的电弧电压进行测量，采用电流互感器对电弧发生装置中断路器的开断电流进行测量；

步骤2：通过信号调理电路将采集的电弧发生装置的电弧电压和开断电流信号传输至A/D信号转换电路；通过A/D信号转换电路将电弧电压转换为数字信号，并传输至DSP控制芯片；

步骤3：初始化DSP控制芯片，对DSP控制芯片各端口进行设置，判断电弧发生装置是否产生了电弧电压，若是，则执行步骤4，否则，返回步骤2；

步骤4：DSP控制芯片控制A/D信号转换电路将电弧发生装置的开断电流信号其转换为数字信号，并发送到DSP控制芯片并存储；

步骤5：利用DSP控制芯片通过信号发送与接收电路将电弧电压与开断电流信号传送至计算机，并在计算机的液晶显示器上显示，得到实时的数据监测。

本发明的有益效果：

本发明提出一种适用于测量电弧电压的试验装置及方法，与现有的对开断电流和电弧电压分开进行测试相比，本试验装置结构简单，操作方便，并且可以实时测量开断电流和电弧电压波形的信号进行测试。首先在本试验中对电气量的信号检测较为简单，通过分压器和电流互感器对电弧电压和开断电流进行检测，然后利用信号测试装置将信号传送至DSP控制芯片中；其次是操作比较简单，只需对电气量进行检测完通过信号测试装置将信号传送至DSP中，再利用DSP的软件操作对电弧电压进行判定测量，然后将其信号传送至计算机中并在显示器中进行显示；最后是可以同步测量电弧电压与开断电流，提高精确度。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中适用于测量电弧电压的试验装置的结构框图；

图2为本发明具体实施方式中电弧电压提取电路的电路图；

图3为本发明具体实施方式中信号调理电路的电路图；

图4为本发明具体实施方式中A/D信号转换电路与DSP控制芯片的连接电路图；

图5为本发明具体实施方式中信号发送与接收电路的电路图；

图6为本发明具体实施方式中电源转换电路的电路图；

图7为本发明具体实施方式中DSP控制芯片中的数据存储器电路的电路图；

图8为本发明具体实施方式中适用于测量电弧电压的试验方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

一种适用于测量电弧电压的试验装置，如图1所示，包括信号提取检测单元和监控单元；

所述信号提取检测单元，包括：第一分压器、第二分压器、电流互感器、电弧电压提取电路、信号调理电路、A/D信号转换电路、DSP控制芯片和电源转换电路；

所述监控单元，为信号发送与接收电路；

所述的第一分压器的输入端、第二分压器的输入端和电流互感器的输入端连接电弧发生装置；所述第一分压器的输出端和第二分压器的输出端连接电弧电压提取电路的输入端；所述电流互感器的输出端、电弧电压提取电路的输出端连接信号调理电路的输入端；所述信号调理电路的输出端连接A/D信号转换电路的输入端；所述A/D信号转换电路的输出端、电源转换电路连接DSP控制芯片的输入端；所述DSP控制芯片的输出端通过信号发送与接收电路连接计算机的输入端。

所述的电弧电压提取电路，如图2所示，包括第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、第四电阻R₄、第五电阻R₅、第六电阻R₆、第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃、第四电容C₄、第一二极管D₁、第二二极管D₂、第一运算放大器A₁；

所述第二电阻R₂的一端连接第一分压器的接线端口J1，所述第二电阻R₂的另一端与第一二极管D₁的正极、第二二极管D₂的负极、第四电阻R₄的一端连接，所述第三电阻R₃的一端连接第二分压器的接线端口J2，所述第三电阻R₃的另一端与第一二极管D₁的负极、第二二极管D₂的正极、第五电阻R₅的一端连接，所述第四电阻R₄的另一端、第一电阻R₁的一端与第一运算放大器A₁负极连接，所述第五电阻R₅的另一端、第六电阻R₆的一端与第一运算放大器A₁正极连接，所述第六电阻R₆的另一端与地连接，所述第一电阻R₁的另一端与第一运算放大器A₁的输出端连接，所述第一运算放大器A₁的输出端连接信号调理电路的输入端，所述第一运算放大器A₁的上端与电源正极、第一电容C₁一端、第二电容C₂一端连接，所述第一电容C₁的另一端、第二电容C₂的另一端与地连接，所述第一运算放大器A₁的下端与电源源极、第三电容C₃一端、第四电容C₄一端连接，所述第三电容C₃的另一端、第四电容C₄的另一端与地连接。

所述的信号调理电路，如图3所示，包括第七电阻R₇、第八电阻R₈、第九电阻R₉、第十电阻R₁₀、第十一电阻R₁₁、第五电容C₅、第六电容C₆、第七电容C₇、第二运算放大器A₂；

所述第五电容C₅一端与信号输入端连接，所述第五电容C₅另一端与第九电阻R₉的一端连接，所述第九电阻R₉的另一端与第二运算放大器A₂负极、第二运算放大器A₂的上端、第一可变电阻R₁₀的一端、连连接，所述第七电阻R₇的一端与电源连接，所述第七电阻R₇的另一端与第八电阻R₈的一端、第二运算放大器A₂正极连接，所述第八电阻R₈的另一端与地连接，所述第二运算放大器A₂的下端与电源连接，所述第二运算放大器A₂输出端与第十电阻R₁₀的另一端、第十一电阻R₁₁的一端连接，所述第十一电阻R₁₁的另一端与信号输出端连接，所述第六电容C₆的一端、第七电容C₇的一端与电源连接，所述第六电容C₆的另一端、第七电容C₇的另一端与地连接。

本实施方式中，所述的A/D信号转换电路输出端与DSP控制芯片的输入接口连接，如图4所示，DSP控制芯片采用的型号为TMS320F2812，A/D信号转换电路采用AD7656，AD7656与TMS320F2812的接口电路图，AD7656的VDR、RST、CON[ABC]、RD、CS、BUSY引脚分别连接TMS320F2812的DVDD、ADC_RST、PWM1、RE、IS、INT1_BIO引脚，AD7656的D[0]～D[15]引脚连接TMS320F2812的D0～D15引脚，AD7656的DGND引脚连接TMS320F2812的V_SS引脚并接地，AD7656的WR、STDBY引脚与+3.3V电源相连接，AD7656的H/SSEL、SER、RANGE、W/B引脚相连并接地。

所述的信号发送与接收电路，如图5所示：包括第八电容C₈、第九电容C₉、第十电容C₁₀、第十一电容C₁₁、第十二电容C₁₂、通讯芯片MAX232、接线端口J3。

所述通讯芯片MAX232的第一引脚与第八电容C₈的一端连接、所述第八电容C₈的另一端与通讯芯片MAX232的第三引脚连接，所述通讯芯片MAX232的第二引脚与第九电容C₉的一端连接，所述第九电容C₉的另一端与电源连接，所述通讯芯片MAX232的第四引脚与第十电容C₁₀的一端连接、所述第十电容C₁₀的另一端与通讯芯片MAX232的第五引脚连接，所述通讯芯片MAX232的第六引脚与第十一电容C₁₁的一端连接，所述第十一电容C₁₁的另一端与地连接，所述通讯芯片MAX232的第十六引脚与电源、第十二电容C₁₂的一端连接，所述第十二电容C₁₂的另一端与地连接，所述通讯芯片MAX232的第十五引脚与地连接，所述通讯芯片MAX232的第十三引脚、十四引脚分别与接线端口的第三引脚、第二引脚连接，所述线端口的第引脚与地连接。

所述的电源转换电路，如图6所示：包括第十三电容C₁₃、第十四电容C₁₄、第十五电容C₁₅、蓄电池、芯片LM7508、开关P1、连接器BNC接头。

所述蓄电池第一引脚与开关的一端、BNC接头的一端连接，所述蓄电池第二引脚与BNC接头的另一端、第十三电容C₁₃的一端、芯片LM7508的第三引脚、第十四电容C₁₄的一端、第十五电容C₁₅的一端、地连接，所述开关的另一端与第十三电容C₁₃的另一端、12V电源、芯片LM7508的第一引脚连接，芯片LM7508的第三引脚与电源、第十四电容C₁₄的另一端、第十五电容C₁₅的另一端连接。

所述DSP控制芯片中的数据存储器电路，如图7所示：包括芯片24C04、第十二电阻R₁₂、第十三电阻R_13、第十六电容C₁₆。

所述芯片24C04的第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚与地连接，所述芯片24C04的第十六引脚与电源、第十六电容C₁₆的一端、第十二电阻R₁₂的一端、第十三电阻R₁₃的一端连接，所述第十六电容C₁₆的另一端与地连接，所述芯片24C04的第十五引脚与地连接，所述芯片24C04的第十三引脚与第十二电阻R₁₂的另一端连接，所述芯片24C04的第十四引脚与第十三电阻R₁₃的另一端连接。

采用所述的适用于测量电弧电压的试验装置进行试验的方法，如图8所示，包括以下步骤：

步骤1：采用第一分压器和第二分压器对电弧发生装置中的电弧电压进行测量，采用电流互感器对电弧发生装置中断路器的开断电流进行测量；

步骤2：通过信号调理电路将采集的电弧发生装置的电弧电压和开断电流信号传输至A/D信号转换电路；通过A/D信号转换电路将电弧电压转换为数字信号，并传输至DSP控制芯片；

步骤3：初始化DSP控制芯片，对DSP控制芯片各端口进行设置，判断电弧发生装置是否产生了电弧电压，若是，则执行步骤4，否则，返回步骤2；

步骤4：DSP控制芯片控制A/D信号转换电路将电弧发生装置的开断电流信号其转换为数字信号，并发送到DSP控制芯片并存储；

步骤5：利用DSP控制芯片通过信号发送与接收电路将电弧电压与开断电流信号传送至计算机，并在计算机的液晶显示器上显示，得到实时的数据监测。

Claims (4)

1.一种适用于测量电弧电压的试验装置，其特征在于，包括信号提取检测单元和监控单元；

所述信号提取检测单元，包括：第一分压器、第二分压器、电流互感器、电弧电压提取电路、信号调理电路、A/D信号转换电路、DSP控制芯片和电源转换电路；

所述监控单元，为信号发送与接收电路；

所述的第一分压器的输入端、第二分压器的输入端和电流互感器的输入端连接电弧发生装置；所述第一分压器的输出端和第二分压器的输出端连接电弧电压提取电路的输入端；所述电流互感器的输出端、电弧电压提取电路的输出端连接信号调理电路的输入端；所述信号调理电路的输出端连接A/D信号转换电路的输入端；所述A/D信号转换电路的输出端、电源转换电路连接DSP控制芯片的输入端；所述DSP控制芯片的输出端通过信号发送与接收电路连接计算机的输入端。

2.根据权利要求1所述的适用于测量电弧电压的试验装置，其特征在于，所述的电弧电压提取电路，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一二极管、第二二极管和第一运算放大器；

所述第二电阻的一端连接第一分压器的接线端口，所述第二电阻的另一端与第一二极管的正极、第二二极管的负极、第四电阻的一端连接，所述第三电阻的一端连接第二分压器的接线端口，所述第三电阻的另一端与第一二极管的负极、第二二极管的正极、第五电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端、第一电阻的一端与第一运算放大器负极连接，所述第五电阻的另一端、第六电阻的一端与第一运算放大器正极连接，所述第六电阻的另一端与地连接，所述第一电阻的另一端与第一运算放大器的输出端连接，所述第一运算放大器的输出端连接信号调理电路的输入端，所述第一运算放大器的上端与电源正极、第一电容一端、第二电容一端连接，所述第一电容的另一端、第二电容的另一端与地连接，所述第一运算放大器的下端与电源源极、第三电容一端、第四电容一端连接，所述第三电容的另一端、第四电容的另一端与地连接。

3.根据权利要求1所述的适用于测量电弧电压的试验装置，其特征在于，所述的信号调理电路，包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第五电容、第六电容、第七电容、第二运算放大器；

所述第五电容的一端与信号输入端连接，所述第五电容另一端与第九电阻的一端连接，所述第九电阻的另一端与第二运算放大器负极、第二运算放大器的上端、第一可变电阻的一端连接，所述第七电阻的一端与电源连接，所述第七电阻的另一端与第八电阻的一端、第二运算放大器正极连接，所述第八电阻的另一端与地连接，所述第二运算放大器的下端与电源连接，所述第二运算放大器输出端与第十电阻的另一端、第十一电阻的一端连接，所述第十一电阻的另一端与信号输出端连接，所述第六电容的一端、第七电容的一端与电源连接，所述第六电容的另一端、第七电容的另一端与地连接。

4.采用权利要求1所述的适用于测量电弧电压的试验装置进行试验的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采用第一分压器和第二分压器对电弧发生装置中的电弧电压进行测量，采用电流互感器对电弧发生装置中断路器的开断电流进行测量；

步骤2：通过信号调理电路将采集的电弧发生装置的电弧电压和开断电流信号传输至A/D信号转换电路；通过A/D信号转换电路将电弧电压转换为数字信号，并传输至DSP控制芯片；

步骤3：初始化DSP控制芯片，对DSP控制芯片各端口进行设置，判断电弧发生装置是否产生了电弧电压，若是，则执行步骤4，否则，返回步骤2；

步骤4：DSP控制芯片控制A/D信号转换电路将电弧发生装置的开断电流信号其转换为数字信号，并发送到DSP控制芯片并存储；

步骤5：利用DSP控制芯片通过信号发送与接收电路将电弧电压与开断电流信号传送至计算机，并在计算机的液晶显示器上显示，得到实时的数据监测。