CN111289932A - 一种绝缘油介电强度测试仪自动校验装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种绝缘油介电强度测试仪自动校验装置。该校验装置包括：上位机、两个分压器、下位机和图像识别模块。下位机包括：分合终端、隔离模块和采集终端。上位机控制分合终端模拟绝缘油介电强度测试仪击穿过程，分压器采集绝缘油介电强度测试仪高压回路击穿瞬间时刻高压放电值，采集终端将高压放电值转化为数字信号后传输至上位机，上位机通过对高压放电值分析获得高压放电标准值。图像识别模块识别和读取绝缘油介电强度测试仪显示的测试结果，并将测试结果发送到上位机。隔离模块对分合终端和采集终端进行电气隔离。该校验系统能够实现对绝缘油介电强度测试仪的自动校验，并且能够有效的降低电磁辐射对弱电设备的干扰。

Description

一种绝缘油介电强度测试仪自动校验装置

技术领域

本申请涉及电力安全技术领域，尤其涉及一种绝缘油介电强度测试仪自动校验装置。

背景技术

绝缘油广泛应用于变压器、互感器、油断路器、充油电缆、电力电容器和油套管等高压电气设备中。绝缘油由于受到氧气、高温度、高湿度、阳光、强电场和杂质的作用，性能会逐渐变坏，致使不能充分发挥绝缘作用。为此，必须定期对绝缘油进行有关试验，以鉴定其性能。绝缘油的质量与击穿电压有密切关系，绝缘油介电强度测试仪(以下简称绝缘油介电强度测试仪)通过检测绝缘油的击穿电压来测试绝缘油的绝缘性能，是用于检验绝缘油绝缘性能的最常用设备，因此其测试结果准确与否对电力设备的安全运行至关重要。

随着微型计算机技术的发展，仪器仪表的自动化程度、测试效率明显提高，从而使仪器的性能得到极大地改善。但由于智能仪表长期处于不间断的工作状态，其工作环境恶劣，各种干扰频生，同时也带来了单片机芯片的抗干扰问题。另外，绝缘油的耐压试验是高电压试验，每次试验时电压都会上升到绝缘油试品的击穿电压点，产生电火花击穿放电，此时的高压会产生十分强烈的电磁辐射。由于电子检测电路、微型计算机等是典型的弱电设备，加上将高压电路、过压过流保护电路等强电设备与弱电设备集中安装在有限的机箱内，因而解决电磁干扰成为关键技术。

因此，亟需一种绝缘油介电强度测试仪校验装置，用于解决绝缘油介电强度测试仪校验过程中的电磁干扰的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种绝缘油介电强度测试仪自动校验装置，解决绝缘油介电强度测试仪校验过程中的电磁干扰的技术问题。

为解决以上技术问题，提供了一种绝缘油介电强度测试仪自动校验装置，所述校验装置包括：上位机、两个分压器、下位机和图像识别模块；

所述上位机，与所述下位机通信连接，用于向所述下位机发送试验命令和控制数据；

所述分压器，与所述绝缘油介电强度测试仪和所述下位机电连接，用于采集所述绝缘油介电强度测试仪的高压放电值；

所述下位机包括：分合终端、隔离模块和采集终端；

所述分合终端，用于与被校验绝缘油介电强度测试仪形成高压输出回路和模拟绝缘油的击穿放电；

所述隔离模块，与所述分压器和所述采集终端电连接，用于将所述分压器和所述采集终端电气隔离；

所述采集终端，与所述上位机电连接，用于接收所述试验命令和所述控制数据，并根据所述试验命令和所述控制数据控制所述分合终端完成击穿放电；

所述采集终端，还用于接收所述高压放电值，并将所述高压放电值转换为数字信号，然后传输到所述上位机；

所述上位机，还用于分析所述高压放电值的过程波形和时间序列获得高压放电标准值；

所述图像识别模块，与所述上位机电连接，用于识别和读取所述绝缘油介电强度测试仪显示的测试结果，并将所述测试结果发送到所述上位机。

优选地，所述隔离模块包括：

电磁屏蔽器，用于将所述校验装置的强电部分与弱电部分进行分隔；

光电耦合器，用于将所述校验装置的高压电路与低压电路进行隔离；

过压保护电路，用于降低高频高压脉冲对所述校验装置的冲击。

优选地，所述采集终端的单片机连接看门狗芯片。

优选地，所述分压器是纯电容性分压器，电容容量为100pF。

优选地，所述分合终端内置高压开关。

优选地，所述分合终端与所述采集终端之间采用屏蔽电缆进行通信连接。

优选地，所述绝缘油介电强度测试仪的高压端采用第一绝缘杆引出，经过高压电缆和第二绝缘杆接入所述分合终端。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的一种绝缘油介电强度测试仪自动校验装置，该校验装置包括：下位机、上位机、两个分压器和图像识别模块；所述上位机，与所述下位机电连接，用于向所述下位机发送试验命令和控制数据；所述分压器，与所述绝缘油介电强度测试仪和所述下位机电连接，用于采集所述绝缘油介电强度测试仪的高压放电值；所述下位机包括：分合终端、隔离模块和采集终端；所述分合终端，用于与被校验绝缘油介电强度测试仪形成高压输出回路；所述隔离模块，与所述分压器和所述采集终端电连接，用于将所述分压器和所述采集终端电气隔离；所述采集终端，与所述上位机电连接，用于接收所述试验命令和所述控制数据，并根据所述试验命令和所述控制数据控制所述分合终端完成击穿放电；所述采集终端，还用于接收所述高压放电值，并将所述高压放电值转换为数字信号，然后传输到所述上位机；所述上位机，还用于分析所述高压放电值获得高压放电标准值；所述图像识别模块，与所述上位机电连接，用于识别和读取所述绝缘油介电强度测试仪显示的测试结果，并将所述测试结果发送到所述上位机。在绝缘油介电强度测试仪设定升压值，上位机控制下位机中的分合终端模拟绝缘油介电强度测试仪击穿过程，分压器采集绝缘油介电强度测试仪高压回路击穿瞬间时刻高压放电值，高压放电值经隔离模块传输至采集终端，采集终端将高压放电值转化为数字信号后传输至上位机，上位机通过对高压放电值分析获得高压放电标准值。另外，上位机通过图像识别模块获取绝缘油介电强度测试仪的试验结果，然后上位机将高压放电标准值与绝缘油介电强度测试仪的试验结果进行对比，从而实现对绝缘油介电强度测试仪的自动校验。校验装置在使用过程中，分合终端内的击穿放电过程会产生十分强烈的电磁辐射，采集终端和上位机都属于弱电设备，将隔离模块安装在分合终端和采集终端之间一方面在空间上实现了分合终端与采集终端保持一定的物理距离，另一方面隔离模块的电磁屏蔽作用和对电信号的隔离作用实现了对分合终端和采集终端的电气隔离，有效的降低了电磁辐射对弱电设备的电磁干扰。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种绝缘油介电强度测试仪自动校验装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种绝缘油介电强度测试仪自动校验装置的结构示意图，如图1所示，该校验装置包括绝缘油介电强度测试仪1、上位机2、分压器3、下位机4、分合终端41、隔离模块42、采集终端43、图像识别模块5。

绝缘油的质量与击穿电压有密切关系，绝缘油介电强度测试仪1是通过测试绝缘油的击穿电压来检测绝缘油。绝缘油介电强度测试仪1的工作原理为将待测绝缘油样品置于测试油杯中，通过高压电极施加工频交流电压，逐渐增大电压值，直到绝缘油被击穿或升压达到测试电压的大值，从而可以测得绝缘油的介电强度。通常情况下，绝缘油介电强度测试仪1的整个系统由单片机、电流信号采集电路、高压变压器、光电隔离电路、步进电机、操控面板、数字显示电路等组成。绝缘油介电强度测试仪1的工作过程是如下：操作人员首先通过塞尺调节油杯间隙到设定间距，将油杯装满被测绝缘油样品后置于高压电极两端，启动油耐压仪开始测试，CPU控制油耐压仪带动步进电机开始运转，步进电机可以调节调压器的中间抽头，输出电压至规程规定的电压点进行静置或搅拌，调压器从0V变化到200V时，高压升压变压器同时获得正负对称的连续可调高可达80V或100kV的交流高压。当被测油杯中的试品在升压过程发生击穿时，光电隔离电路会将高压端采集的击穿电流信号送入CPU，此时单片机发出中断指令，切断调压器的输出电压，高压变压器输出电压立即停止，步进电机控制调压器抽头反转，迅速均匀地将输出电压降为零。

绝缘油介电强度测试仪1为本发明实施例提供的校验装置的被校验对象。绝缘油介电强度测试仪1的测量准确性直接影响绝缘油品质，进而影响电力设备的安全运行，因此需要定期对绝缘油介电强度测试仪1进行校验。

上位机2，与下位机4通信连接，用于向下位机4发送试验命令和控制数据。上位机2为笔记本电脑、平板电脑、智能手机等智能设备。下位机4设置有USB接口，可以通过USB接口实现上位机2与下位机4的通信连接，进而实现上位机2与下位机4之间的通信。另外，下位机4上还设有蓝牙模块，与上位机2上的蓝牙模块可以进行配对，进而完成上位机2与下位机4之间的通信。上位机2通过应用软件向下位机4发送试验命令和控制数据，其中的控制数据包括击穿放电点的个数，以及击穿放电点的具体高压值。

分压器3，与绝缘油介电强度测试仪1和下位机4电连接，用于采集绝缘油介电强度测试仪1的高压放电值。两个分压器3的高压臂分别与绝缘油介电强度测试仪1的两个高压端电连接，分压器3的低压臂与下位机4的隔离模块42电连接。

分压器3将高电压转换成数表可以直接读数的低电压，为了监测绝缘油介电强度测试仪1的高压输出，校验装置采用两个50KV的分压器3分别测量绝缘油介电强度测试仪1的左右两臂输出，并在分压器3的低压侧对高压进行合成，从而获得绝缘油介电强度测试仪1的输出高压放电值矢量。为了保证在通过分压器3低压信号还原分压器3高压测量电压时的准确性，两个分压器3均采用纯电容式的分压器。本发明实施例的校验装置的分压器3不能采用常规的阻容式分压器替代，因为阻容式分压器3对于高压电压的频率波动很敏感，在不同的频率下其对应的分压器3变比会产生变化，更重要的是阻容式分压器其低压输出和高压输出之间存在相角差，而该相角差很难控制，因此两个分压器3相角差的不同会导致低压合成的高压矢量产生较大的误差。分压器3电容量分别为100pF，分压器3件参数的选择和控制也是非常重要的，考虑到绝缘油介电强度测试仪1的工作状况和带负载能力，用于检测绝缘油介电强度测试仪1输出电压的分压器3电容量不能选择太大，否则会造成绝缘油介电强度测试仪1输出过载而提前切断，从而无法完成全过程检测。分压器3的设计过程中，通过对元器件的选择严格控制分压器3的参数，分压器3的介损值小于0.00001和变比为1000/1，两个分压器3变比严格对称，将两个分压器3的相位差控制在5×10^-4rad以内，达到总体的误差控制在0.1％的要求。此工况下所测量分压器3低压输出分别为0-50V，在校验装置的采集终端43，直接对分压器3输出的低压电压信号做减法从而得到两个分压器3输出的电压矢量，改数值乘以分压器3的变比即为此时加在两个分压器3高压端之间的高压值，即为绝缘油介电强度测试仪1此时的实际高压输出。

为了保证足够可靠的绝缘性能，绝缘油介电强度测试仪1的高压端采用第一绝缘杆引出，或使用环氧树脂制作的绝缘罩引出高压端，然后经过高压电缆和第二绝缘杆接入分合终端41。

下位机4包括：分合终端41、隔离模块42和采集终端43。

分合终端41，用于与被校验绝缘油介电强度测试仪1形成高压输出回路和模拟绝缘油的击穿放电。分合终端41通过内置的两个高压开关，将绝缘油介电强度测试仪1输入的高压信号瞬间加载，使放置在分合终端41内的油杯间隙发生放电，以模拟绝缘油击穿放电。放置在分合终端41内的油杯间隙控制在2.5mm以内，通常情况下不注入绝缘油，直接使用空气放电模拟绝缘油击穿。但如果某些绝缘油介电强度测试仪1无法检测到空气放电过程，则可以在油杯内注入击穿电压非常低的绝缘油用于模拟击穿放电过程。

隔离模块42，与分压器3和采集终端43电连接，用于将分压器3和采集终端43电气隔离。进一步地，隔离模块42包括：电磁屏蔽器，用于将校验装置的强电部分与弱电部分进行分隔；光电耦合器，用于将校验装置的高压电路与低压电路进行隔离；过压保护电路，用于降低高频高压脉冲对校验装置的冲击。校验装置在使用过程中，分合终端41内的击穿放电过程会产生十分强烈的电磁辐射，采集终端43和上位机2都属于弱电设备，将隔离模块42安装在分合终端41和采集终端43之间一方面在空间上实现了分合终端41与采集终端43保持一定的物理距离；另一方面，隔离模块42，通过电磁屏蔽器将校验装置的强电部分与弱电部分进行分隔，采用光电耦合器将校验装置的高压电路与低压电路进行隔离，采用过压保护电路削弱分压器3传递过来的高压击穿脉冲信号降低高频高压脉冲对校验装置的冲击，进而实现了对分合终端41和采集终端43的电气隔离，有效的降低了电磁辐射对弱电设备的电磁干扰。

采集终端43，与上位机2电连接，用于接收试验命令和控制数据，并根据试验命令和控制数据控制分合终端41完成击穿放电。采集终端43，还用于接收高压放电值，并将高压放电值转换为数字信号，然后传输到上位机2。采集终端43接收上位机2发出的试验命令，然后负责执行试验流程控制，并根据控制数据的设置在检测到绝缘油介电强度测试仪1输出高压放电值达到击穿放电点时，启动分合终端41的高压开关，从而绝缘油介电强度测试仪1与分合终端41构造形成高压输出回路，进而产生击穿放电，此时绝缘油介电强度测试仪1检测到击穿放电后会切断高压并返回。在此过程中，分压器3获得绝缘油介电强度测试仪1的输出高压放电值，高压放电值经隔离模块42传输到采集终端43，采集终端43接收分压器3采集的高压放电值并将高压放电值转换为数字信号，然后通信传输到上位机2。上位机2通过分析高压放电值的波形和时间序列获得击穿放电前一个周波的高压放电值作为高压放电标准值。其中，分合终端41与采集终端43之间采用屏蔽电缆进行通信连接。采集终端43数字信号转换(A/D转换)部分，采用的是AD公司生产的AD976模数转换器，它是采用电荷重分布技术的逐次逼近型模数转换器，其结构比传统逼近型模数转换器简单，且不再需要完整的模数转换器作为核心。由于电容网络直接使用电荷量作为转换参数，而且这些电荷量已经达到了采用电容的作用，因此不必另加采样保持器。

采集终端43的单片机会因为外部的干扰出现死机现象，为此，加入了看门狗芯片DS1232，作为抗干扰的最后防线。

图像识别模块5，与上位机2电连接，用于识别和读取绝缘油介电强度测试仪1显示的测试结果，并将测试结果发送到上位机2。绝缘油介电强度测试仪1的测试结果数据通过图像识别模块5并上送至上位机2，上位机2将获取的校验装置高压放电标准值与图像识别模块5识别的绝缘油介电强度测试仪1测试结果数据进行比较，获得误差值，从而实现绝缘油介电强度测试仪1自动检定。

系统的工作原理为：先在上位机2上设置校验点和校验个数，然后设置绝缘油介电强度测试仪1的测试参数，并开始测量。在绝缘油介电强度测试仪1升压过程中，校验装置能实时对被测试绝缘油介电强度测试仪1产生的高电压进行采样和分析，并能在被测试绝缘油介电强度测试仪1电压升至预置检定点值时由校验装置发出“主动击穿”命令，通过等效开关闭合方式使得被测试仪器的高压输出产生击穿放电过程，从而构造出被试仪器的击穿判据。

本说明书中的实施例采用递进的方式描述。各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，对于相关领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种绝缘油介电强度测试仪自动校验装置，其特征在于，所述校验装置包括：上位机、两个分压器、下位机和图像识别模块；

所述上位机，与所述下位机通信连接，用于向所述下位机发送试验命令和控制数据；

所述分压器，与所述绝缘油介电强度测试仪和所述下位机电连接，用于采集所述绝缘油介电强度测试仪的高压放电值；

所述下位机包括：分合终端、隔离模块和采集终端；所述分合终端，用于与被校验绝缘油介电强度测试仪形成高压输出回路和模拟绝缘油的击穿放电；

所述隔离模块，与所述分压器和所述采集终端电连接，用于将所述分压器和所述采集终端电气隔离；

所述采集终端，与所述上位机电连接，用于接收所述试验命令和所述控制数据，并根据所述试验命令和所述控制数据控制所述分合终端完成击穿放电；

所述采集终端，还用于接收所述高压放电值，并将所述高压放电值转换为数字信号，然后传输到所述上位机；

所述上位机，还用于分析所述高压放电值的过程波形和时间序列获得高压放电标准值；

所述图像识别模块，与所述上位机电连接，用于识别和读取所述绝缘油介电强度测试仪显示的测试结果，并将所述测试结果发送到所述上位机。

2.根据权利要求1所述的绝缘油介电强度测试仪自动校验装置，其特征在于，所述隔离模块包括：

电磁屏蔽器，用于将所述校验装置的强电部分与弱电部分进行分隔；

光电耦合器，用于将所述校验装置的高压电路与低压电路进行隔离；

过压保护电路，用于降低高频高压脉冲对所述校验装置的冲击。

3.根据权利要求1所述的绝缘油介电强度测试仪自动校验装置，其特征在于，所述采集终端的单片机连接看门狗芯片。

4.根据权利要求1所述的绝缘油介电强度测试仪自动校验装置，其特征在于，所述分压器是纯电容性分压器，电容容量为100pF。

5.根据权利要求1所述的绝缘油介电强度测试仪自动校验装置，其特征在于，所述分合终端内置高压开关。

6.根据权利要求1所述的绝缘油介电强度测试仪自动校验装置，其特征在于，所述分合终端与所述采集终端之间采用屏蔽电缆进行通信连接。

7.根据权利要求1所述的绝缘油介电强度测试仪自动校验装置，其特征在于，所述绝缘油介电强度测试仪的高压端采用第一绝缘杆引出，经过高压电缆和第二绝缘杆接入所述分合终端。

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