CN112798908B - 高压信号源、介电响应测试设备、测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例涉及一种高压信号源、介电响应测试设备、测试系统及测试方法，高压信号源包括：时钟生成模块，用于生成时钟信号；频率合成模块，与时钟生成模块连接，用于根据时钟信号的时钟频率生成第一低压信号，第一低压信号的输出频率的范围与时钟频率相对应；信号调理模块，与频率合成模块连接，用于对第一低压信号进行滤波处理，以生成第二低压信号；电压放大模块，与信号调理模块连接，用于放大第二低压信号的幅值，以生成高压信号。本申请的高压信号源可以输出低频率的周期性高压信号，基于上述信号，可以有效提高对油纸的介电响应特性测试的效率和准确性，而且无需其他组件支持，从而减少了后续电路成本，节省了仪器空间。
Description
技术领域
本申请实施例涉及测量技术领域，特别是涉及一种高压信号源、介电响应测试设备、测试系统及测试方法。
背景技术
随着我国国民经济的快速稳定发展，人们对电能需求的迅速增长，我国电网的规模日益扩大。在电力系统向超高压、大容量、大电网、自动化方向发展的同时，提高电力设备的运行可靠性和稳定性更为重要。在电力系统运行中，油浸式变压器由于具有较高的绝缘强度、较长的使用寿命，广泛用于高压、超高压输电系统以及电气化铁路牵引供电系统，承担着电压变换、电能分配和传输的任务，并提供各种电力服务。它的运行状况直接关系到系统的安全运行，一台运行中的大型油浸式变压器若发生绝缘故障，则可能中断电力供应，导致大面积停电，不仅给用户带来巨大不便，同时也给社会造成巨大的经济损失。
因此，需要对油浸式变压器的绝缘结构的老化程度进行科学准确地评估，从而充分挖掘变压器的使用潜力，并保证电力系统安全运行，减少电网事故。其中，频域介电谱法(Frequency Domain Spectrum，FDS)作为一种新兴的无损诊断技术，被广泛使用。在频域介电谱法的测试过程中，测试系统输出电压的频率越低，油纸绝缘的电导特性越明显，则更容易反映油纸绝缘的含水量。但是，频率越低则测试时间越久，从而导致测试效率不足。
发明内容
本申请实施例提供了一种高压信号源、介电响应测试设备、测试系统及测试方法，可以优化对油纸的绝缘性能的测试效率。
一种高压信号源，包括：
时钟生成模块，用于生成时钟信号；
频率合成模块，与所述时钟生成模块连接，用于根据所述时钟信号的时钟频率生成第一低压信号，所述第一低压信号的输出频率的范围与所述时钟频率相对应；
信号调理模块，与所述频率合成模块连接，用于对所述第一低压信号进行滤波处理，以生成第二低压信号；
电压放大模块，与所述信号调理模块连接，用于放大所述第二低压信号的幅值，以生成高压信号。
在其中一个实施例中，所述频率合成模块包括：
至少两个频率合成器，各所述频率合成器的输入端均与所述时钟生成模块连接，各所述频率合成器分别被配置有不同的合成参数，所述频率合成器用于根据所述合成参数和所述时钟频率生成第三低压信号；
加法器，分别与各所述频率合成器的输出端连接，用于对多个所述第三低压信号进行加法运算，以生成所述第一低压信号。
在其中一个实施例中，所述第一低压信号的周期等于多个所述第三低压信号的周期的最小公倍数。
在其中一个实施例中，所述频率合成模块包括两个所述频率合成器，两个所述频率合成器生成的所述第三低压信号均为正弦波信号。
在其中一个实施例中，所述信号调理模块包括：
放大单元，与所述频率合成模块连接，用于放大所述第一低压信号的幅值，以生成第四低压信号；
去直单元，与所述放大单元连接，用于滤除所述第四低压信号中的直流偏置，以生成交流的第二低压信号，所述第二低压信号的正幅值与负幅值相等。
一种介电响应测试设备，包括：
如上述的高压信号源，所述高压信号源用于生成激励电压信号，所述激励电压信号用于施加在样品上，以使所述样品产生介质电流；
电流测量模组，用于接收并测量所述介质电流的电流值；
数据采集模组，分别与所述高压信号源、所述电流测量模组连接，用于根据所述介质电流的电流值和所述激励电压信号生成参考曲线；
处理器，与所述数据采集模组连接，用于根据所述参考曲线获取测试结果。
在其中一个实施例中，所述电流测量模组包括：
运算放大器，所述运算放大器的同相输入端接地，所述运算放大器的反相输入端用于接收所述介质电流；
第一电阻；
第二电阻，与所述第一电阻串联连接于所述运算放大器的同相输入端和输出端之间；
第三电阻，所述第三电阻的一端与所述运算放大器的反相输入端连接，所述第三电阻的另一端与所述第二电阻未接地的一端连接；
其中，所述运算放大器的输出端的电压与所述介质电流反向相关。
在其中一个实施例中，还包括：
电压衰减模组，分别与所述高压信号源、所述数据采集模组连接，用于对所述激励电压信号进行衰减，并将衰减后的信号传输至所述数据采集模组，以与所述激励电压信号共同生成参考曲线。
一种测试系统，包括：
如上述的介电响应测试设备；
控制设备，与所述介电响应测试设备连接，用于接收外部输入的测试指令，并响应于所述测试指令控制所述介电响应测试设备进行测试，还用于接收所述介电响应测试设备生成的测试结果，并对所述测试结果进行处理。
一种测试方法，应用于如上述的测试系统，所述测试方法包括：
控制设备接收外部输入的测试指令，并响应于所述测试指令控制介电响应测试设备进行测试；
介电响应测试设备执行测试，以获取试品的介电响应特性作为测试结果；
控制设备接收所述测试结果，并对所述测试结果进行处理。
上述高压信号源，包括：时钟生成模块，用于生成时钟信号；频率合成模块，与所述时钟生成模块连接，用于根据所述时钟信号的时钟频率生成第一低压信号，所述第一低压信号的输出频率的范围与所述时钟频率相对应；信号调理模块，与所述频率合成模块连接，用于对所述第一低压信号进行滤波处理，以生成第二低压信号；电压放大模块，与所述信号调理模块连接，用于放大所述第二低压信号的幅值，以生成高压信号。通过设置时钟生成模块、频率合成模块、信号调理模块和电压放大模块，可以输出低频率的周期性高压信号，基于上述信号，可以有效提高对油纸的介电响应特性测试的效率和准确性。而且，通过集成上述多个模块于同一个高压信号源中，输出的低频率的高压信号可以直接用于介电响应特性的测试，而无需其他组件支持，从而减少了后续电路成本，节省了仪器空间。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一实施例的高压信号源的结构框图之一；
图2为一实施例的AD9833的外围电路图；
图3为一实施例的信号调理模块的电路图；
图4为一实施例的时钟生成模块的结构框图；
图5为一实施例的高压信号源的结构框图之二；
图6为一实施例的介电响应测试设备的结构框图；
图7为一实施例的电流测量模组的电路图；
图8为一实施例的测试系统的结构框图；
图9为一实施例的测试方法的流程图。
元件标号说明：
介电响应测试设备：10；高压信号源：100；时钟生成模块：110；频率合成模块：120；频率合成器：121；加法器：122；信号调理模块：130；电压放大模块：140；滤波模块：150；电流测量模组：200；运算放大器：210；数据采集模组：300；处理器：400；电压衰减模组：500；控制设备：20。
具体实施方式
为了便于理解本申请实施例，下面将参照相关附图对本申请实施例进行更全面的描述。附图中给出了本申请实施例的首选实施例。但是，本申请实施例可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请实施例的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请实施例的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请实施例。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一低压信号称为第二低压信号，且类似地，可将第二低压信号称为第一低压信号。第一低压信号和第二低压信号两者都是低压信号，但其不是同一低压信号。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本申请的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。
图1为一实施例的高压信号源100的结构框图之一，本实施例的高压信号源100用于生成低频率的周期性高压信号，低频率是指信号的输出频率的范围为0.1mHz至10kHz，即最低可达到0.1mHz，高压信号是指信号的输出电压的范围较大，例如为-400V至+400V，基于低频率的周期性高压信号，可以准确、且快速地测量油纸的介电响应特性，从而提高测试精度和测试效率。参考图1，在本实施中，高压信号源100包括时钟生成模块110、频率合成模块120、信号调理模块130和电压放大模块140。
时钟生成模块110用于生成时钟信号，且生成的时钟信号被配置有需要的时钟频率。具体地，可以先根据待测试的油纸试品的使用年限、使用环境等情况，对待测试的油纸试品的介电响应特性进行预估，再根据预估的介电响应特性选择恰当的激励电压信号的频率范围，即高压信号源100最终生成的高压信号的频率范围，可以理解的是，在本实施例中，最终生成的高压信号的频率范围与时钟信号的时钟频率直接相关，因此，可以根据上述频率范围逆向获取需要的时钟频率，并根据计算的时钟频率生成时钟信号。
频率合成模块120与所述时钟生成模块110连接，用于根据所述时钟信号的时钟频率生成第一低压信号，所述第一低压信号的输出频率的范围与所述时钟频率相对应。其中，第一低压信号的输出频率与所述时钟频率相对应正向相关，即，时钟频率越小，生成的第一低压信号的输出频率越小。
信号调理模块130与所述频率合成模块120连接，用于对所述第一低压信号进行滤波处理，以生成第二低压信号。其中，滤波处理包括但不限于滤除第一低压信号中的直流偏置分量和量化噪声等。
电压放大模块140与所述信号调理模块130连接，用于放大所述第二低压信号的幅值，以生成高压信号。可以理解的是，通过设置电压放大模块140，可以将前端输出的低压信号放大为高压信号，例如，若第二低压信号的幅值为-100V至+100V，通过电压放大模块140可以将信号的幅值扩大为-400V至+400V，从而提升测试准确性。可以理解的是，由于绝缘油纸通常使用于高压场景，所以采用高压信号进行测试才能更加准确地反映油纸在实际使用时的特性，因此，电压放大模块140的放大倍数可以根据测试需求、油纸的实际使用环境情况以及第二低压信号的幅值进行选择。
在本实施例中，通过设置时钟生成模块110、频率合成模块120、信号调理模块130和电压放大模块140，可以输出低频率的周期性高压信号，基于上述信号，可以有效提高对油纸的介电响应特性测试的效率和准确性。而且，通过集成上述多个模块于同一个高压信号源100中，输出的低频率的高压信号可以直接用于介电响应特性的测试，而无需其他组件支持，从而减少了后续电路成本，节省了仪器空间。
在其中一个实施例中，继续参考图1，所述频率合成模块120包括加法器122和至少两个频率合成器121。其中，频率合成器121可以理解为封装结构的直接频率合成(DirectDigital Sythesis，DDS)芯片。进一步地，DDS芯片可以具有两个14位可编程相位偏移寄存器，两个48位可编程频率寄存器，DDS芯片的输出信号的频率和相位都可以通过编程进行调节。
在本实施例中，各所述频率合成器121的输入端均与所述时钟生成模块110连接，各所述频率合成器121分别被配置有不同的合成参数，所述频率合成器121用于根据所述合成参数和所述时钟频率生成第三低压信号。其中，合成参数即为通过编程可以进行调节的参数，频率合成器121可以通过接口和处理器400进行通信，以执行上述调节，从而使各DDS芯片分别输出目标频率和相位的第三低压信号。
可选地，作为频率合成的DDS芯片可以为亚德诺半导体公司生产的AD9833芯片，其相位寄存器长度为28位，可以输出正弦波/方波/三角波三种波形，输出波形的频率和相位都可以通过编程进行调节，AD9833的具体芯片参数见表1。
表1 AD9833的具体芯片参数
| 参数类型 | 参数指标 | 参数类型 | 参数指标 |
| 频率控制字位数 | 28bits | DAC输出最大值 | 0.65V |
| 最高时钟频率 | 25MHz | 通信接口 | 三线串行接口(SPI) |
| 最低时钟频率 | 直流 | 数字高电平 | ≥2.8V(5V供电) |
| 电源电压范围 | 2.3V～5.5V | 数字低电平 | ≤0.8V(5V供电) |
| DA转换器位数 | 10bits | SPI时钟速率 | ≤40MHz |
进一步地，AD9833输出的第三低压信号的频率，由以下公式确定：
其中，fout为AD8933输出的信号的频率值；fCLK为输入AD8933的时钟信号的时钟频率；N为AD8933内部频率控制寄存器的长度；M为频率控制字的长度，且M的最小值为1，最大值为2N-1。根据上述公式可知，根据输入的不同的时钟信号，AD9833可以产生不同频率的第三低压信号，以实现较宽的输出信号的频率范围。示例性地，若时钟频率为10kHz，AD9833的内部频率控制寄存器的长度N为28位，由上述公式计算可知，其最低输出频率可以达到0.03mHz。
再进一步地，图2为一实施例的AD9833的外围电路图，参考图2，在本实施例中，AD9833选用5V供电，即电源电压VCC＝5V，AD8933的5号引脚用于接收时钟信号，AD8933的2号引脚与电源VCC连接，同时连接电容C16一端以及电容C17一端，电容C17的另一端接地，电容C16的另一端与AD8933的1号引脚连接，AD8933的3号引脚通过并列的电容C18、C19接地，AD8933的10号引脚作为频率合成器121的输出端，与加法器122相连接，同时，AD8933的10号引脚通过电容C20接地，AD8933的9号引脚接地。电容C20与内部的一个200Ω电阻构成RC一阶低通滤波电路，以滤除输出信号中的高频噪声。
其中，电路设计时可以选取C20的容值为20nF，对应的滤波器截止频率为fc＝1/2πRC＝39.8kHz，由于高于频率fc的输出信号将会被衰减，因此，截止频率fc决定了高压信号源100能够输出的最高频率。表2为不同频率时钟下DDS参数，表2示出了不同时钟频率对应的DDS性能，参见表2，DDS最高频率为时钟频率fCLK的40％，最低频率可以根据前述AD9833输出的第三低压信号的频率的计算公式确定。
表2不同频率时钟下DDS参数
| 时钟频率 | 输出频率范围 | DDS最高频率 | DDS最低频率 |
| 1MHz | 1Hz～10kHz | 400kHz | 3mHz |
| 10kHz | 0.1mHz～1Hz | 4kHz | 0.03mHz |
继续参考图1，加法器122分别与各所述频率合成器121的输出端连接，用于对多个所述第三低压信号进行加法运算，以生成所述第一低压信号。本实施例的高压信号源100，通过加法器122可对多个频率合成器121输出的第三低压信号进行合成，并通过后端连接的电压放大模块140，不仅减少了介电响应特性的测试时间，还有效减少了后续电路成本，节省了仪器空间。
在其中一个实施例中，所述频率合成模块120包括两个所述频率合成器121，两个所述频率合成器121生成的所述第三低压信号均为正弦波信号。进一步地，所述第一低压信号的周期等于多个所述第三低压信号的周期的最小公倍数。示例性地，假设通过加法器122合成后生成的第一低压信号的目标周期为60s，则可以通过对两个频率合成器121进行编程，以使两个第三低压信号的周期分别为20s和30s。可以理解的是，在其他实施例中，频率合成模块120也可以包括更多数量的频率合成器121，以进一步提升测试能力，但是，若频率合成器121的数量过多，需要进行处理的数据量也会大大增加，因此，可以根据实际的测试需求选择恰当数量的频率合成器121。
在其中一个实施例中，所述信号调理模块130包括放大单元和去直单元。放大单元与所述频率合成模块120连接，用于放大所述第一低压信号的幅值，以生成第四低压信号。去直单元与所述放大单元连接，用于滤除所述第四低压信号中的直流偏置，以生成交流的第二低压信号，所述第二低压信号的正幅值与负幅值相等。可以理解的是，以AD9833为例，AD9833输出的正弦波电压范围为0～0.6V，即，AD9833输出的正弦波信号一方面幅值过小，另一方面含有直流偏置，因此，需要对第一低压信号进行信号调理，以生成需要的第二低压信号。
进一步地，信号调理模块130可以包括放大器INA128，图3为一实施例的信号调理模块130的电路图，参考图3，放大器INA128的G1及G2端口之间连接有增益调整电位器RG，INA128的反相输入端接地，正相输入端接频率合成模块120产生的低压正弦波信号Vin，偏置电压引脚REF连接直流偏置调整电位器RREF，且直流偏置调整电位器RREF两端分别连接+12V及-12V电源，INA128的输出端Vout连接滤波电路的输入端。在本实施例中，放大器INA128输出电压Vout与同相端电压V+、反相端电压V-以及直流偏置电压VREF之间满足如下公式：
其中，G为放大器增益，可以理解的是，由于V+＝Vin，V-＝0，所以上述公式可以进一步化简为：
示例性地，以将0V至0.6V的输入信号调理为-5V至+5V的输出信号为例进行说明，即，Vin＝0V，Vout＝-5V，Vin＝0.6V，Vout＝+5V。根据上述公式计算可知，可以设置VREF＝-5V，G＝16.67，RG＝3.19kΩ，以获得幅值范围为±5V的第二低压信号。
图4为一实施例的时钟生成模块110的结构框图，时钟生成模块110用于产生AD9833工作所需的时钟信号，可以理解的是，由于信号频率范围较宽，单一时钟信号难以满足系统频率、特别是超低频段的精度需求。因此，参考图4，在本实施例中，时钟生成模块110包括一个有源晶振、两个分频器件和一个多路选择器。
其中，可以为8MHz的有源晶振，两个分频器件可以包括一个八分频器件和一个100分频器件。具体地，有源晶振输出8MHz的信号，8MHz的信号经过74HC161计数器进行八分频，得到一个1MHz的高频时钟信号，以作为DDS芯片的高频时钟源，其中，DDS芯片的高频时钟源是指信号频率大于或等于1Hz的时钟源。进一步地，1MHz的信号再经过74HC4518计数器进行100分频，得到一个10kHz的低频时钟信号，以作为DDS芯片的低频时钟源，其中，DDS芯片的低频时钟源是指信号频率小于1Hz的时钟源。最后，通过一个74HC4051(或CD4051)单八路多路复用器，通过控制MCLK实现时钟源的切换，具体地，当MCLK＝0时，输出的时钟信号的频率为1MHz，当MCLK＝1时，输出的时钟信号的频率为10kHz。
图5为一实施例的高压信号源100的结构框图之二，参考图5，在本实施例中，高压信号源100还包括滤波模块150，滤波模块150分别与信号调理模块130和电压放大模块140连接，滤波模块150用于对信号调理模块130输出的信号进行滤波，以滤除其中的量化噪声，提高输出信号的信噪比，降低谐波失真度，从而提升信号的可靠性和准确性。表3为图5实施例的高压信号源100的参数表，参考表3，基于图5的硬件结构，本实施例的高压信号源100的输出电压范围可以达到-400V至+400V，输出频率的范围可以达到0.1mHz至10kHz。
表3高压信号源的参数表
| 参数类型 | 参数指标 |
| 输出电压范围 | 0～±400V |
| 最大输出电流 | mA级 |
| 输出频率 | 0.1mHz～10kHz |
本申请实施例还提供了一种介电响应测试设备10，图6为一实施例的介电响应测试设备10的结构框图，参考图6，在本实施例中，介电响应测试设备10包括电流测量模组200、数据采集模组300、处理器400和如上述的高压信号源100。
具体地，所述高压信号源100用于生成激励电压信号，所述激励电压信号用于施加在样品上，以使所述样品产生介质电流，电流测量模组200用于接收并测量所述介质电流的电流值，数据采集模组300分别与所述高压信号源100、所述电流测量模组200连接，用于根据所述介质电流的电流值和所述激励电压信号生成参考曲线，处理器400与所述数据采集模组300连接，用于根据所述参考曲线获取测试结果。其中，处理器400可以采用美国德州仪器公司的TMS320F2812型DSP处理器400，以对上述各个模组进行控制，并完成电压/电流幅值、相位差、绝缘介质介损角正切及复电容实部的计算和输出。基于上述结构，本实施例的介电响应测试设备10无需依赖模拟器件，也无需消耗大量的处理器400资源，从而使处理器400可以专注于信号处理和分析，有效提升了信号处理的速度。
图7为一实施例的电流测量模组200的电路图，参考图7，在本实施例中，所述电流测量模组200包括运算放大器、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻Rm。
所述运算放大器的同相输入端接地，所述运算放大器的反相输入端用于接收所述介质电流，第二电阻与所述第一电阻串联连接于所述运算放大器的同相输入端和输出端之间，所述第三电阻的一端与所述运算放大器的反相输入端连接，所述第三电阻的另一端与所述第二电阻未接地的一端连接，其中，所述运算放大器的输出端的电压与所述介质电流反向相关。
在本实施例中，第一电阻R1、第二电阻R2与第三电阻Rm构成了一个T型网络，当运算放大器的输入阻抗Rin远大于Rm，且T型网络中第一电阻R1、第二电阻R2均远小于Rm时，输出电压uout2与待测电流iin的关系满足如下公式：
uout2＝-Rmiin(1+R1/R2)
可以理解的是，相对于分流法，本实施例的反馈法进行测量时，输入端两端电压由于“虚短”特性，电压值相等，这样待测电气系统就不会受到测量电路的影响，因此，相比分流法，T型网络的反馈法测量电路避免了采用高阻值电阻，从而避免了外界干扰在电阻上的感应电压和电阻热噪声的影响，有效提高了电流测试的准确性。
在其中一个实施例中，继续参考图6，介电响应测试设备10还包括电压衰减模组500，电压衰减模组500分别与所述高压信号源100、所述数据采集模组300连接，用于对所述激励电压信号进行衰减，并将衰减后的信号传输至所述数据采集模组300，以与所述激励电压信号共同生成参考曲线。其中，电压衰减模块可以为电阻分压器。
图8为一实施例的测试系统的结构框图，参考图8，在本实施例中，测试系统包括控制设备20和如上述的介电响应测试设备10。其中，控制设备20可以为电脑等，控制设备20与所述介电响应测试设备10连接，用于接收外部输入的测试指令，并响应于所述测试指令控制所述介电响应测试设备10进行测试，还用于接收所述介电响应测试设备10生成的测试结果，并对所述测试结果进行处理，例如可以呈现给用户。在本实施例中，控制设备20作为上位机，用于进行人机交互，以及与下位机之间进行通信，以控制介电响应测试设备10并接收来自介电响应测试设备10的测试结果，介电响应测试设备10作为下位机，用于接收控制设备20发出的指令，并响应于上述指令执行测试，并反馈测试结果至控制设备20。基于上述结构，介电响应测试设备10只需执行测试功能，从而便于介电响应测试设备10向小型化、集成化方向发展。
图9为一实施例的测试方法的流程图，本实施例的测试方法可以应用于图8所示的测试系统，参考图9，所述测试方法包括步骤S100至步骤S300。
S100：控制设备20接收外部输入的测试指令，并响应于所述测试指令控制介电响应测试设备10进行测试；
S200：介电响应测试设备10执行测试，以获取试品的介电响应特性作为测试结果。具体地，由时钟生成模块110发出一个时钟信号至频率合成模块120，两路DDS芯片d输出的信号相加后传输至信号调理模块130，形成第二低压信号，第二低压信号经过电压放大模块140进行放大生成高压信号，高压信号被划分为两路，其中一路高压信号被施加于油纸等绝缘介质上进行测试，另一路高压经电压衰减模组500送入数据采集模组300，用于计算电压与电流之间的相位差。
S300：控制设备20接收所述测试结果，并对所述测试结果进行处理。
本实施例的测试方法简单，且测试过程不会对变压器绝缘造成损害，相对于绝缘电阻和工频介损/电容量等传统电气测量方法，介电响应测试方法的测试结果的信息含量更加丰富，能够更为准确的反映出传统方法难以反映的绝缘缺陷和绝缘劣化，进而更加可靠地评估变压器寿命。
基于图所示的测试方法，采用输出电压为200V，测试频段为1mHz～10kHz，于一天之内对同一样品重复进行了9次测量，单次测量时间约为26分钟，单次测量在频率小于1Hz时，采用两个频率合成器121同时输出，叠加后测试进行。经过计时统计，基于本实施例的测试方法，在不影响电压幅值、电流幅值、相位差、介损角正切与复电容实部的样本标准偏差的测试参数准确性的前提下，相对于传统的测试方法可以节省时间51％。表4为采用本实施例的测试方法获得的测量结果的均值及相对样本标准差(相对于均值)的结果，参考表4，电压幅值测量的相对标准差最大不超过0.06％。测试频率高于1Hz时，电流幅值的相对标准差不超过0.3％，相位差测量的相对标准差不超过0.44％，测试频率低于1Hz时，电流幅值的相对标准差最高也不超过5％左右，相位差测量的相对标准差也不超过5％左右。介损角正切测量的相对标准差除个别特殊的测试频点(21.54Hz和0.01Hz)之外，均小于5％。复电容实部的相对标准差除了频率最低的两个点之外，测量相对标准差均在1.12％以下。
表4测量结果的均值及相对样本标准差结果
| 实际频率(Hz) | 电压幅值(V) | 电流幅值(A) | 相位差(°) | 介损角正切 | 复电容实部(pF) |
| 9999.998 | 0.04％ | 0.19％ | 0.08％ | 0.46％ | 0.17％ |
| 4641.600 | 0.02％ | 0.14％ | 0.02％ | 0.25％ | 0.13％ |
| 2154.399 | 0.02％ | 0.17％ | 0.01％ | 0.18％ | 0.17％ |
| 999.998 | 0.06％ | 0.17％ | 0.01％ | 0.40％ | 0.12％ |
| 464.156 | 0.02％ | 0.08％ | 0.00％ | 0.26％ | 0.07％ |
| 215.437 | 0.01％ | 0.07％ | 0.01％ | 0.79％ | 0.06％ |
| 99.999 | 0.01％ | 0.08％ | 0.02％ | 2.34％ | 0.07％ |
| 46.413 | 0.01％ | 0.07％ | 0.02％ | 2.06％ | 0.06％ |
| 21.543 | 0.01％ | 0.19％ | 0.10％ | 8.10％ | 0.18％ |
| 9.999 | 0.01％ | 0.10％ | 0.05％ | 2.48％ | 0.10％ |
| 4.638 | 0.01％ | 0.12％ | 0.11％ | 3.44％ | 0.10％ |
| 2.153 | 0.01％ | 0.28％ | 0.21％ | 3.81％ | 0.25％ |
| 0.99838 | 0.06％ | 0.19％ | 0.44％ | 3.70％ | 0.14％ |
| 0.46413 | 0.01％ | 0.50％ | 0.88％ | 3.96％ | 0.16％ |
| 0.21543 | 0.00％ | 1.25％ | 1.76％ | 4.18％ | 0.21％ |
| 0.09999 | 0.05％ | 2.56％ | 3.02％ | 4.35％ | 0.37％ |
| 0.04638 | 0.01％ | 3.84％ | 4.29％ | 4.83％ | 0.86％ |
| 0.02153 | 0.01％ | 4.55％ | 4.90％ | 4.96％ | 1.12％ |
| 0.00998 | 0.01％ | 4.97％ | 5.58％ | 5.42％ | 0.98％ |
| 0.00462 | 0.01％ | 5.12％ | 4.71％ | 4.65％ | 1.05％ |
| 0.00212 | 0.01％ | 5.01％ | 3.89％ | 3.91％ | 2.42％ |
| 0.00097 | 0.01％ | 4.43％ | 3.19％ | 3.16％ | 4.37％ |
应该理解的是，虽然图9的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图9中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请实施例的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请实施例构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请实施例的保护范围。因此，本申请实施例专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种高压信号源，其特征在于，包括：
时钟生成模块，用于生成时钟信号；
频率合成模块，与所述时钟生成模块连接，用于根据所述时钟信号的时钟频率生成第一低压信号，所述第一低压信号的输出频率的范围与所述时钟频率相对应；所述频率合成模块包括：
至少两个频率合成器，各所述频率合成器的输入端均与所述时钟生成模块连接，各所述频率合成器分别被配置有不同的合成参数，所述频率合成器用于根据所述合成参数和所述时钟频率生成第三低压信号；所述合成参数为通过编程进行调节的参数；
加法器，分别与各所述频率合成器的输出端连接，用于对多个所述第三低压信号进行加法运算，以生成所述第一低压信号；
信号调理模块，与所述频率合成模块连接，用于对所述第一低压信号进行滤波处理，以生成第二低压信号；
电压放大模块，与所述信号调理模块连接，用于放大所述第二低压信号的幅值，以生成高压信号。
2.根据权利要求1所述的高压信号源，其特征在于，所述第一低压信号的周期等于多个所述第三低压信号的周期的最小公倍数。
3.根据权利要求1所述的高压信号源，其特征在于，所述频率合成模块包括两个所述频率合成器，两个所述频率合成器生成的所述第三低压信号均为正弦波信号。
4.根据权利要求1所述的高压信号源，其特征在于，所述信号调理模块包括：
放大单元，与所述频率合成模块连接，用于放大所述第一低压信号的幅值，以生成第四低压信号；
去直单元，与所述放大单元连接，用于滤除所述第四低压信号中的直流偏置分量，以生成交流的第二低压信号，所述第二低压信号的正幅值与负幅值相等。
5.一种介电响应测试设备，其特征在于，包括：
如权利要求1至4任一项所述的高压信号源，所述高压信号源用于生成激励电压信号，所述激励电压信号用于施加在样品上，以使所述样品产生介质电流；
电流测量模组，用于接收并测量所述介质电流的电流值；
数据采集模组，分别与所述高压信号源、所述电流测量模组连接，用于根据所述介质电流的电流值和所述激励电压信号生成参考曲线；
处理器，与所述数据采集模组连接，用于根据所述参考曲线获取测试结果。
6.根据权利要求5所述的介电响应测试设备，其特征在于，所述电流测量模组包括：
运算放大器，所述运算放大器的同相输入端接地，所述运算放大器的反相输入端用于接收所述介质电流；
第一电阻；
第二电阻，与所述第一电阻串联连接于所述运算放大器的同相输入端和输出端之间；
第三电阻，所述第三电阻的一端与所述运算放大器的反相输入端连接，所述第三电阻的另一端与所述第二电阻未接地的一端连接；
其中，所述运算放大器的输出端的电压与所述介质电流反向相关。
7.根据权利要求5所述的介电响应测试设备，其特征在于，还包括：
电压衰减模组，分别与所述高压信号源、所述数据采集模组连接，用于对所述激励电压信号进行衰减，并将衰减后的信号传输至所述数据采集模组，以与所述激励电压信号共同生成参考曲线。
8.一种测试系统，其特征在于，包括：
如权利要求5至7任一项所述的介电响应测试设备；
控制设备，与所述介电响应测试设备连接，用于接收外部输入的测试指令，并响应于所述测试指令控制所述介电响应测试设备进行测试，还用于接收所述介电响应测试设备生成的测试结果，并对所述测试结果进行处理。
9.一种测试方法，其特征在于，应用于如权利要求8所述的测试系统，所述测试方法包括：
控制设备接收外部输入的测试指令，并响应于所述测试指令控制介电响应测试设备进行测试；
介电响应测试设备执行测试，以获取试品的介电响应特性作为测试结果；
控制设备接收所述测试结果，并对所述测试结果进行处理。
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