CN111830322A - 一种gil导体电联结状态评价装置 - Google Patents

一种gil导体电联结状态评价装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种GIL导体电联结状态评价装置，包括计算机、数据采集系统、D/A转换器、A/D转换器、压控增益放大器、交直流精密电流互感器、小阻值高精密电阻、电压控制电流源、电压放大器、电极和含电联结段的GIL导电管试样；能够分别对GIL导电回路直流电阻、交流表面电压、阻抗和交流电阻等进行测试。

Description

一种GIL导体电联结状态评价装置
技术领域
本发明属于电气测试领域，具体涉及GIL导电回路一种GIL导体电联结状态评价装置。
背景技术
气体绝缘输电线路(gas-insulated transmission lines，GIL)是采用金属外壳封闭导电管、压缩气体(如SF6、SF6/N2混合气体等)绝缘、外壳与导电管同轴布置的电能传输设备，具有传输容量大、单位损耗低、受环境影响小、运行可靠性高、占地少等优点，随着电力工业的发展，人们对GIL设备的发展日趋重视。
GIL设备由气室、补偿和调节单元组成，气室由标准段构成，每个标准段包括壳体、中心导电管和绝缘子三部分。GIL设备导电回路由导电管和触头组成，导电管采用滑动触头插接方式连接，中间触头通过内部锁扣插接，触头结构允许一定的轴向伸缩和角度偏转，可有效补偿热胀冷缩、零部件误差和安装误差。传统GIL导电管电联结状态的评价一般以直流电阻为指标，直流电阻通常采用比较法测量，该方法是通过标准电阻标定被测电阻阻值，因为标准电阻自身发热会影响其精度，所以直流电阻测试电流偏小。由于GIL导电回路的触头表面会产生氧化膜，小电流很难消除触头上的氧化膜，所以测试直流电阻偏大。而GIL导电回路正常工作时流过的电流为交流，载流量大，由于集肤效应的作用将使GIL导体截面和连接处电流分布不均匀，同时触头锁紧位置、力度和触头与锁扣之间的温度等因素导致接触面的电阻变化，引起导体回路温升过高、接头烧毁、甚至发生爆炸事故。
本发明涉及一种GIL导体电联结状态评价装置，解决了在大电流作用下GIL导电回路交流表面电压、阻抗和交流电阻的测试问题，同时也能够实现直流电阻的测试。GIL导体电联结状态评价装置具有测试电流大消除了触头氧化膜的影响和连接质量评价准确的特点。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种能够满足在大电流作用下对于GIL导体电联结状态的评价，分别针对GIL导电回路直流电阻、交流表面电压、阻抗和交流电阻测试。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种GIL导体电联结状态评价装置，包括计算机、数据采集系统、D/A转换器一、D/A转换器二、A/D转换器一、A/D转换器二、压控增益放大器、交直流精密电流互感器、小阻值高精密电阻、电压控制电流源、电压放大器、电极和含电联结段的GIL导电管试样；
所述计算机，用于通过数据采集系统采集模拟信号及数字信号转换为模拟信号输出实现直流电阻的测量；
所述数据采集系统，用于通过D/A转换器一、D/A转换器二输出模拟电压信号，接收A/D转换器一、A/D转换器二输出的数字信号并输出逻辑数字信号至电压控制电流源；
所述D/A转换器一，用于将计算机经数据采集系统输出的数字信号转换为模拟电压，再经电压控制电流源转换为电流，最后输出至含电联结段的GIL导电管试样；
所述D/A转换器二，用于将计算机经数据采集系统输出的数字信号转换为模拟电压，并输出到压控增益放大器从而控制放大器放大倍率；
所述A/D转换器一，用于将经压控增益放大器放大后的模拟电压转换为数字信号，并输出至数据采集系统；
所述A/D转换器二，用于将含电联结段的GIL导电管试样上的电压经电压放大器放大后的模拟信号转换为数字信号，并输出至数据采集系统；
所述压控增益放大器，用于将经小阻值高精密电阻转换成的电压信号进行放大，并输出至A/D转换器一；
所述交直流精密电流互感器，用于将流过含电联结段的GIL导电管试样的电流转换为小电流输出到小阻值高精密电阻；
所述小阻值高精密电阻，用于将交直流精密电流互感器得到的电流转换为电压信号，并输出至压控增益放大器；
所述电压控制电流源，用于将D/A转换器一输出的电压信号转换成电流，并输出至含电联结段的GIL导电管试样，与交直流精密电流互感器、含电联结段的GIL导电管试样形成电流回路；
所述电压放大器，用于将含电联结段的GIL导电管试样的电压信号放大，并输出A/D转换器二；
所述电极，放置于含电联结段的GIL导电管试样上，用于测量含电联结段的GIL导电管试样的电压；
所述含电联结段的GIL导电管试样进行直流电阻测试。
进一步的，所述电压控制电流源采用基于Apex PA50功率放大器的新型电压控制电流源，输出直流电流幅值为0～50A；所述压控增益放大器采用ADI公司的AD603低噪声、电压控制型放大器；所述交直流精密电流互感器的型号为知用Cybertek的CTA200；所述电压放大器采用南京鸿宾微弱信号检测有限公司的HB-881高精度低噪声电压前置放大器。
一种GIL导体电联结状态评价装置，包括计算机、数据采集系统、A/D转换器三、D/A转换器三、D/A转换器四、压控增益放大器、电压控制电流源、锁相放大器、电极和含电联结段的GIL导电管试样；
所述计算机，用于通过数据采集系统采集的模拟信号及数字信号输出实现交流电阻的测量；
所述数据采集系统，用于通过D/A转换器三、D/A转换器四输出电压信号，接收A/D转换器三输出的数字信号，最后向电压控制电流源输出逻辑数字信号；
所述D/A转换器三，用于将计算机经数据采集系统输出的数字信号转换为模拟电压，再经电压控制电流源转换为电流，并输出至含电联结段的GIL导电管试样；
所述D/A转换器四，用于将计算机经数据采集接口电路输出的数字信号转换为模拟电压，并输出到压控增益放大器从而控制放大器放大倍率；
所述A/D转换器三，用于将经压控增益放大器放大后的电压转换为数字信号，并输出至数据采集系统；
所述压控增益放大器，用于将经小阻值高精密电阻转换成的电压信号进行放大，并输出至A/D转换器三；
所述交直流精密电流互感器，用于将流过含电联结段的GIL导电管试样的电流转换为小电流输出到小阻值高精密电阻；
所述小阻值高精密电阻，用于将交直流精密电流互感器得到的电流转换为电压信号，并输出至压控增益放大器；
所述电压控制电流源，用于将D/A转换器三输出的电压信号转换成电流，并输出至含电联结段的GIL导电管试样，与交直流精密电流互感器、含电联结段的GIL导电管试样形成电流回路；
所述锁相放大器，用于获取含电联结段的GIL导电管试样的电压信息，并输出至计算机；
所述电极，放置于含电联结段的GIL导电管试样上，用于测量含电联结段的GIL导电管试样的电压；
所述含电联结段的GIL导电管试样进行交流表面电压、阻抗及交流电阻测试。
进一步的，所述锁相放大器获取含电联结段的GIL导电管试样的电压信息时，参考压控增益放大器输出的放大后的电压信号。
进一步的，还包括数字I/O控制输出，所述数字I/O控制输出，用于控制电压控制电流源的补偿电路的自数据采集系统的接入。
进一步的，所述电压控制电流源采用基于Apex PA50功率放大器的新型电压控制电流源，输出电流幅值为200A，频率为30～300Hz；所述压控增益放大器采用ADI公司的AD603低噪声、电压控制型放大器；所述交直流精密电流互感器的型号为知用Cybertek的CTA200；所述电压放大器采用Signal Recovery公司的7230型锁相放大器。
进一步的，所述数据采集系统的型号为NI公司的USB-6212，该数据采集系统集成了A/D转换器、D/A转换器和数字I/O输出。
进一步的，所述数据采集系统的型号为NI公司的USB-6212，该数据采集系统集成了A/D转换器、D/A转换器和数字I/O输出。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的两种GIL导体电联结状态评价装置，分别能够完成在大电流作用下传统直流电阻的测量或实现交流表面电压、阻抗和交流电阻的测量。
(2)采用交直流精密互感器获取电流信号，通过压控增益放大器和A/D转换器实现电流测量，避免了使用标准电阻采样引起的发热问题，提高了测试精度。
(3)利用压控增益放大器实现精密电流互感器输出信号的放大，并通过D/A转换器输出电压实现压控增益放大器的放大倍率连续调整，避免了传统程控放大器输出电压的过冲现象。
附图说明
图1为实施例1的GIL导体电联结状态评价装置直流电阻的测量原理图；
图2为实施例2的GIL导体电联结状态评价装置交流电阻的测量原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和出示的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例1
如图1所示，本实施方式以电压控制电流源输出直流电流为基础通过精密电流互感器测试电流，采用电压放大器测试电压信号，应用于GIL导电回路直流电阻的测试。其原理图如图1所示，由计算机、数据采集系统、D/A转换器一、D/A转换器二、A/D转换器一、A/D转换器二、压控增益放大器、交直流精密电流互感器、小阻值高精密电阻、电压控制电流源、电压放大器、电极和含电联结段的GIL导电管试样组成。
所述计算机通过数据采集系统，继而通过D/A转换器一输出模拟电压信号，然后通过电压控制电流源转换为电流I，作用在含电联结段的GIL导电管试样上，再经交直流精密电流互感器到电压控制电流源形成电流回路；交直流精密电流互感器输出端连接有一小阻值高精密电阻，将电流转换为电压信号，通过压控增益放大器放大(D/A转换器二将计算机经数据采集系统输出的数字信号转换为模拟电压，并输出到压控增益放大器从而控制放大器放大倍率)，经A/D转换器一实现电流信号测量；电压信号Ux则通过放置于含电联结段的GIL导电管试样上的电极获得，经电压放大器放大和A/D转换器二实现测量，计算机根据函数关系求得被测GIL导电管的电阻Rx为：
Figure BDA0002512612250000051
式中：Ux为GIL导电管上的电压；
I为流过GIL导电管上的电流；
Rx为GIL导电管上的直流电阻。
所述数据采集系统为美国NI公司的USB-6212，该数据采集系统集成了A/D转换器、D/A转换器和数字I/O输出。
所述电压控制电流源是基于Apex PA50功率放大器的新型电压控制电流源，输出直流电流幅值为0～50A。
所述压控增益放大器为ADI公司的AD603低噪声、电压控制型放大器。
所述交直流精密电流互感器为知用Cybertek的CTA200。
所述电压放大器采用南京鸿宾微弱信号检测有限公司的HB-881高精度低噪声电压前置放大器。
实施例2
如图2所示，本实施方式以电压控制电流源输出交流电流为基础通过精密电流互感器测试电流，采用锁相放大器测试电压信号，应用于GIL导电回路交流电阻、交流表面电压和阻抗的测试。又计算机、数据采集系统、A/D转换器三、D/A转换器三、D/A转换器四、压控增益放大器、电压控制电流源、锁相放大器、电极和含电联结段的GIL导电管试样组成。
所述计算机通过D/A转换器三输出交流电压信号通过电压控制电流源转换为电流
Figure BDA0002512612250000061
作用在含电联结段的GIL导电管试样上，再经交直流精密电流互感器到电压控制电流源形成电流回路；交直流精密电流互感器输出端连接有一小阻值高精密电阻，将电流转换为电压信号，通过压控增益放大器放大(D/A转换器四将计算机经数据采集系统输出的数字信号转换为模拟电压，并输出到压控增益放大器从而控制放大器放大倍率)，经A/D转换器三实现电流信号测量；电压信号
Figure BDA0002512612250000062
则通过放置于GIL导杆上的电极获得，经锁相放大器实现电压
Figure BDA0002512612250000065
信号的测量，并通过USB连接接口传输到计算机，计算机根据函数关系求得被测的含电联结段的GIL导电管试样的电阻Zx为：
Figure BDA0002512612250000063
Figure BDA0002512612250000064
Figure BDA0002512612250000071
Figure BDA0002512612250000072
式中：Zx为GIL导电管上的阻抗；
Figure BDA0002512612250000073
为GIL导电管上的电压；
Figure BDA0002512612250000074
为流过GIL导电管的电流；
|Ux|为电压
Figure BDA0002512612250000075
的模；
|I|为电流
Figure BDA0002512612250000076
的模；
ei为复数的指数形式；
Figure BDA0002512612250000077
为电压
Figure BDA0002512612250000078
的相角；
Figure BDA0002512612250000079
为电流
Figure BDA00025126122500000710
的相角；
|Zx|为阻抗Zx的模；
Re[Zx]为阻抗Zx的实部，代表交流电阻；
Im[Zx]为阻抗Zx的虚部；
所述数据采集系统为美国NI公司的USB-6212，该数据采集系统集成了A/D转换器、D/A转换器和数字I/O输出。
所述电压控制电流源是基于Apex PA50功率放大器的新型电压控制电流源，输出电流幅值为200A，频率为30～300Hz。
所述压控增益放大器为ADI公司的AD603低噪声、电压控制型放大器。
所述交直流精密电流互感器为知用Cybertek的CTA200。
所述锁相放大器为美国Signal Recovery公司的7230型锁相放大器。
综上，由于GIL导电回路具有电阻小、感抗大的特点，传统GIL导电回路直流电阻测试电流小，很难消除触头氧化膜的影响，导致测试电阻值偏大，使得GIL导体电联结状态评价不准确。本发明采用交直流精密互感器获取电流信号，通过压控增益放大器和A/D转换器实现电流测量，避免了使用标准电阻采样引起的发热问题，提高了测试精度。利用压控增益放大器实现精密电流互感器输出信号的放大，并通过D/A转换器输出电压实现压控增益放大器的放大倍率连续调整，避免了传统程控放大器输出电压的过冲现象。GIL导体电联结状态评价装置不仅能够完成在大电流作用下传统直流电阻的测量，而且也能实现交流表面电压、阻抗和交流电阻的测量。因此，该装置能够实现GIL导体电联结状态的准确评价。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种GIL导体电联结状态评价装置，其特征在于，包括计算机、数据采集系统、D/A转换器一、D/A转换器二、A/D转换器一、A/D转换器二、压控增益放大器、交直流精密电流互感器、小阻值高精密电阻、电压控制电流源、电压放大器、电极和含电联结段的GIL导电管试样；
所述计算机，用于通过数据采集系统采集模拟信号及数字信号转换为模拟信号输出实现直流电阻的测量；
所述数据采集系统，用于通过D/A转换器一、D/A转换器二输出模拟电压信号，接收A/D转换器一、A/D转换器二输出的数字信号并输出逻辑数字信号至电压控制电流源；
所述D/A转换器一，用于将计算机经数据采集系统输出的数字信号转换为模拟电压，再经电压控制电流源转换为电流，最后输出至含电联结段的GIL导电管试样；
所述D/A转换器二，用于将计算机经数据采集系统输出的数字信号转换为模拟电压，并输出到压控增益放大器从而控制放大器放大倍率；
所述A/D转换器一，用于将经压控增益放大器放大后的模拟电压转换为数字信号，并输出至数据采集系统；
所述A/D转换器二，用于将含电联结段的GIL导电管试样上的电压经电压放大器放大后的模拟信号转换为数字信号，并输出至数据采集系统；
所述压控增益放大器，用于将经小阻值高精密电阻转换成的电压信号进行放大，并输出至A/D转换器一；
所述交直流精密电流互感器，用于将流过含电联结段的GIL导电管试样的电流转换为小电流输出到小阻值高精密电阻；
所述小阻值高精密电阻，用于将交直流精密电流互感器得到的电流转换为电压信号，并输出至压控增益放大器；
所述电压控制电流源，用于将D/A转换器一输出的电压信号转换成电流，并输出至含电联结段的GIL导电管试样，与交直流精密电流互感器、含电联结段的GIL导电管试样形成电流回路；
所述电压放大器，用于将含电联结段的GIL导电管试样的电压信号放大，并输出A/D转换器二；
所述电极，放置于含电联结段的GIL导电管试样上，用于测量含电联结段的GIL导电管试样的电压；
所述含电联结段的GIL导电管试样进行直流电阻测试。
2.一种GIL导体电联结状态评价装置，其特征在于，包括计算机、数据采集系统、A/D转换器三、D/A转换器三、D/A转换器四、压控增益放大器、电压控制电流源、锁相放大器、电极和含电联结段的GIL导电管试样；
所述计算机，用于通过数据采集系统采集的模拟信号及数字信号输出实现交流电阻的测量；
所述数据采集系统，用于通过D/A转换器三、D/A转换器四输出电压信号，接收A/D转换器三输出的数字信号，最后向电压控制电流源输出逻辑数字信号；
所述D/A转换器三，用于将计算机经数据采集系统输出的数字信号转换为模拟电压，再经电压控制电流源转换为电流，并输出至含电联结段的GIL导电管试样；
所述D/A转换器四，用于将计算机经数据采集接口电路输出的数字信号转换为模拟电压，并输出到压控增益放大器从而控制放大器放大倍率；
所述A/D转换器三，用于将经压控增益放大器放大后的电压转换为数字信号，并输出至数据采集系统；
所述压控增益放大器，用于将经小阻值高精密电阻转换成的电压信号进行放大，并输出至A/D转换器三；
所述交直流精密电流互感器，用于将流过含电联结段的GIL导电管试样的电流转换为小电流输出到小阻值高精密电阻；
所述小阻值高精密电阻，用于将交直流精密电流互感器得到的电流转换为电压信号，并输出至压控增益放大器；
所述电压控制电流源，用于将D/A转换器三输出的电压信号转换成电流，并输出至含电联结段的GIL导电管试样，与交直流精密电流互感器、含电联结段的GIL导电管试样形成电流回路；
所述锁相放大器，用于获取含电联结段的GIL导电管试样的电压信息，并输出至计算机；
所述电极，放置于含电联结段的GIL导电管试样上，用于测量含电联结段的GIL导电管试样的电压；
所述含电联结段的GIL导电管试样进行交流表面电压、阻抗及交流电阻测试。
3.根据权利要求2所述的一种GIL导体电联结状态评价装置，其特征在于，所述锁相放大器获取含电联结段的GIL导电管试样的电压信息时，参考压控增益放大器输出的放大后的电压信号。
4.根据权利要求2所述的一种GIL导体电联结状态评价装置，其特征在于，还包括数字I/O控制输出，所述数字I/O控制输出，用于控制电压控制电流源的补偿电路的自数据采集系统的接入。
5.根据权利要求1所述的一种GIL导体电联结状态评价装置，其特征在于，所述电压控制电流源采用基于Apex PA50功率放大器的新型电压控制电流源，输出直流电流幅值为0～50A；所述压控增益放大器采用ADI公司的AD603低噪声、电压控制型放大器；所述交直流精密电流互感器的型号为知用Cybertek的CTA200；所述电压放大器采用南京鸿宾微弱信号检测有限公司的HB-881高精度低噪声电压前置放大器。
6.根据权利要求2所述的一种GIL导体电联结状态评价装置，其特征在于，所述电压控制电流源采用基于Apex PA50功率放大器的新型电压控制电流源，输出电流幅值为200A，频率为30～300Hz；所述压控增益放大器采用ADI公司的AD603低噪声、电压控制型放大器；所述交直流精密电流互感器的型号为知用Cybertek的CTA200；所述电压放大器采用SignalRecovery公司的7230型锁相放大器。
7.根据权利要求3所述的一种GIL导体电联结状态评价装置，其特征在于，所述数据采集系统的型号为NI公司的USB-6212，该数据采集系统集成了A/D转换器、D/A转换器和数字I/O输出。
8.根据权利要求4所述的一种GIL导体电联结状态评价装置，其特征在于，所述数据采集系统的型号为NI公司的USB-6212，该数据采集系统集成了A/D转换器、D/A转换器和数字I/O输出。
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