CN115201738B

CN115201738B - 一种变压器有载分接开关测试仪校准系统

Info

Publication number: CN115201738B
Application number: CN202210801908.7A
Authority: CN
Inventors: 李龙; 郝丹; 王巍; 肖鹏; 马轲赢; 王晓晖; 白凌志; 李竞爽; 张伦; 何山; 肖辉
Original assignee: Electronic Research Insitutue National Institute Of Measurement And Testing Technology
Current assignee: Electronic Research Insitutue National Institute Of Measurement And Testing Technology
Priority date: 2022-07-07
Filing date: 2022-07-07
Publication date: 2023-12-29
Anticipated expiration: 2042-07-07
Also published as: CN115201738A

Abstract

本发明公开了一种变压器有载分接开关测试仪校准系统，该系统包括电压采样电路、正电压模拟过渡电阻电路、负电压模拟过渡电阻电路和控制器，电压采样电路：采用电阻分压方式采样，由电阻RF1和电阻RF2组成，所述运算放大器A1根据输入正电压采样信号和正电流采样信号，调节Q1的栅极电压，从而调节MOS管两端的电阻。本发明相比现有技术具有以下优点：本申请无论测试信号时直流还是交流，本发明的方法都可以进行校验，可以在一次校验的过程中，同时完成对变压器有载分接开关交流测试仪过渡电阻和过渡时间的校验，本发明可以同时对直流或交流测试仪过渡电阻、过渡时间进行校验，适配更加广泛。

Description

一种变压器有载分接开关测试仪校准系统

技术领域

本发明涉及变压器有载分接开关测试技术领域，具体涉及一种变压器有载分接开关测试仪校准系统。

背景技术

长期以来，电力行业现场进行变压器有载分接开关测试一直采用直流方法试验，所获取的波形与分接开关制造商例行试验波形进行比对，对变压器有载分接开关现场试验起到了一定作用。由于变压器有载分接开关制造商例行试验是对裸开关进行试验，现场是变压器带绕组进行的试验，两者差异很大。直流方法试验受测试技术方法和技术能力限制，现场分接开关测试有时会出现波形无法判读等问题，各方面工程技术人员争议很大。

现在越来越多的变压器有载分接开关采用交流法试验，试验方法更接近于变压器有载分接开关实际运行状态，从开关运行状态分析，试验结果更接近于真实值。

现有的变压器有载分接开关测试仪校验装置都是针对直流测试仪的，在专利CN201110385901.3、CN200710168532.6、CN200720088602.2中提的校验装置只适用于校验的变压器有载分接开关直流测试仪的过渡电阻，对于交流的测试仪不适用。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种变压器有载分接开关测试仪校准系统。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，一种变压器有载分接开关测试仪校准系统，该系统包括电压采样电路、正电压模拟过渡电阻电路、负电压模拟过渡电阻电路和控制器；

其中，电压采样电路：采用电阻分压方式采样，由电阻RF1和电阻RF2组成；

所述正电压模拟过渡电阻电路：由运算放大器A1、NMOS管Q1、正电流采样电阻RS1、运算放大器A3、数模转换器DAC1以及D1二极管组成，所述运算放大器A1根据输入正电压采样信号和正电流采样信号，调节Q1的栅极电压，从而调节MOS管两端的电阻；

其中，所述数模转换器DAC1，用于正电压信号反馈大小的控制；

负电压模拟过渡电阻电路：由运算放大器A2、NMOS管Q2、正电流采样电阻RS2、运算放大器A4、数模转换器DAC2以及D2二极管组成，所述运算放大器A2根据输入负电压采样信号和负电流采样信号，调节Q2的栅极电压，从而调节MOS管两端的电阻；

其中，数模转换器DAC2，用于负电压信号反馈大小的控制；

控制器为单片机、ARM或FPGA等器件。

本发明进一步的技术改进在于：所述运算放大器A3用于输入正电流采样信号的放大，且运算放大器A4用于输入负电流采样信号的放大。

本发明进一步的技术改进在于：所述正电流采样电阻RS1，用于电流采样，且正电流采样电阻RS2，用于电流采样。

本发明进一步的技术改进在于：当输入为正信号时，所述NMOS管Q1，用于模拟可变电阻器件，当输入为负信号时，所述NMOS管Q2，用于模拟可变电阻器件。

本发明进一步的技术改进在于：所述D1二极管，用于截止负电压信号，且D2二极管，用于截止正电压信号。

本发明进一步的技术改进在于：所述电阻RF1和电阻RF2均为分压电阻，且均用于用于输入电压分压采样。

本发明进一步的技术改进在于：所述控制器用于控制数模转换器DAC1和数模转换器DAC2的控制字DATA1和DATA2。

本发明相比现有技术具有以下优点：本申请无论测试信号时直流还是交流，本发明的方法都可以进行校验。

过渡时间的校验原理：过渡时间的校验，只要通过控制器同时改变DAC1和DAC2的控制字DATA1和DATA2的大小，就可以模拟过渡时间，控制器在初始状态控制DAC1和DAC2的控制字为DATA1＝DATA2＝0，在t0时刻控制DAC1和DAC2的控制字DATA1＝DATA2＝Dn，定时T1后在t1时刻控制DAC1和DAC2的控制字DATA1＝DATA2＝0.5Dn，定时T2后在t2时刻控制DAC1和DAC2的控制字D ATA1＝DATA2＝Dn，定时T3后在t3时刻控制DAC1和DAC2的控制字D ATA1＝DATA2＝0。这样就模拟出了变压器有载分接开关的过渡电阻和过渡时间波形；可以在一次校验的过程中，同时完成对变压器有载分接开关交流测试仪过渡电阻和过渡时间的校验，本发明可以同时对直流或交流测试仪过渡电阻、过渡时间进行校验，适配更加广泛。

附图说明

图1是本发明工作状态电路示意图。

图2为变压器有载分接开关在过渡电阻切换过程中典型的过渡电阻和过渡时间波形图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例提供一种技术方案：一种变压器有载分接开关测试仪校准系统，该系统包括电压采样电路、正电压模拟过渡电阻电路、负电压模拟过渡电阻电路和控制器；

其中，数模转换器DAC2，用于负电压信号反馈大小的控制；

控制器为单片机、ARM或FPGA等器件。

本发明实施例的一个可选实施方式中，所述运算放大器A3用于输入正电流采样信号的放大，且运算放大器A4用于输入负电流采样信号的放大。

所述正电流采样电阻RS1，用于电流采样，且正电流采样电阻RS2，用于电流采样。

本发明实施例的一个可选实施方式中，当输入为正信号时，所述NMOS管Q1，用于模拟可变电阻器件，当输入为负信号时，所述NMOS管Q2，用于模拟可变电阻器件。

本发明实施例的一个可选实施方式中，所述D1二极管，用于截止负电压信号，且D2二极管，用于截止正电压信号。

本发明实施例的一个可选实施方式中，所述电阻RF1和电阻RF2均为分压电阻，且均用于输入电压分压采样。

本发明实施例的一个可选实施方式中，所述控制器用于控制数模转换器DAC1和数模转换器DAC2的控制字DATA1和DATA2。

该系统过渡电阻模拟的原理：

由于测试信号时正负变化的交流信号，因此将输入信号分为正信号和负信号来分析。

当交流输入信号V_i为正信号时，

V_i＝V₊ (1)

此时，由于D2的存在，根据二极管的单向导通性，

I_-＝0； (2)

当输入信号为正信号时，整个输入的电流为I_i

I_i＝I_F+I₊ (3)

由于RF1和RF2采用的电阻非常大，两个电阻加起来一般在100kΩ以上，而要模拟的交流电阻非常小，一般不超过50Ω，因此

I₊＞＞I_F(4)

所以，

I_i＝I₊ (5)

根据由于RF1和RF2的分压比，可知

从图中可知

V₂＝0 (7)

此时，运算放大器A1的同向输入端的输入信号大于运算放大器A1的反向输入端信号，导致运算放大器A1的输出端电压升高，VG1变高，MOS管Q1的栅极和源极之间的电压VGS1升高，MOS管Q1导通电阻变小，电流I₊变大，由于

V_RS1＝I₊×RS1 (8)

所以，电流采样电阻RS1两端的电压V_RS1升高，

而K1是运算放大器A3的放大倍数，因此

V_F1＝K1×V_RS1＝K1×I₊×RS1 (9)

I₊变大V_F1变大，而

V₃＝V_F1×DATA1 (10)

即：

V₃＝K1×I₊×RS1 ×DATA1 (11)

所以

V₃电压升高，直至

V₁＝V₂+V₃ (12)

此时，整个电路将达到平衡状态，若由于外部因素，V3变大了，导致V3>V1，这将导致运算放大器A1的反向输入端大于A1的同向输入端，所以A1的输出电压VG1变小，MOS管Q1的栅极和源极之间的电压VGS1变小，电流I₊变小，根据公式(11)可知，V₃变低，从而保证整个电路达到平衡状态，即

V₁＝V₂+V₃ (13)

由于

V₂＝0 (14)

所以

V₁＝V₃＝V_F1×DATA1＝K1×I₊×RS1×DATA1 (15)

根据公式(6)和(15)可知，

当输入的交流信号V_i为正信号时，输入等效电阻为

＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

当交流输入信号V_i为负信号时，

V_i＝V_- (18)

此时，由于D1的存在，根据二极管的单向导通性，

I₊＝0 (19)

输入信号为正信号时，整个输入的电流为I_i

I_i＝I_F+I_- (20)

同理，由于RF1和RF2采用的电阻非常大，两个电阻加起来一般在100kΩ以上，而要模拟的交流电阻非常小，一般不超过50Ω，因此

I_-＞＞I_F (21)

所以，

I_i＝I_- (22)

根据由于RF1和RF2的分压比，可知

从图1可知，由于V6那点的电压是接地的，地电平就是0，由于

V₆＝0 (24)

此时，运算放大器A2的同向输入端的输入信号V₆大于运算放大器A1的反向输入端信号V₅，此时运算放大器A2的输出端电压升高，VG2变高，MOS管Q2的栅极和源极之间的电压VGS2升高，MOS管Q2导通电阻变小，电流I_-绝对值变大，由于电流I_-是电流向量，有方向性，因此

V_RS2＝-I_-×RS2 (25)

电流采样电阻RS2两端的电压V_RS2绝对值升高，

而K2是运算放大器A4的放大倍数，

V_F2＝K2×V_RS2＝-K2×I_-×RS2 (26)

I_-绝对值变大V_F2绝对值变大，

而

V₄＝V_F2×D＝-K2×I_-×RS2×DATA2 (27)

所以V₄电压绝对值变大，直至

V₆＝V₄+V₅ (28)

此时，整个电路将达到平衡状态，若由于外部因素，V4绝对值变大了，导致|V4|>|V5|，，这将导致运算放大器A2的反向输入端信号(V4+V5)大于A2的同向输入端信号V₆，所以A2的输出电压VG2变小，MOS管Q2的栅极和源极之间的电压VGS2变小，电流I_-变小，根据公式(11)可知，V₃变低，从而保证整个电路达到平衡状态，即

V₆＝V₄+V₅ (29)

由于

V₆＝0 (30)

所以

V₅＝-V₄＝-V_F2×DATA2＝K2×I_-×RS2 ×DATA2 (31)

根据公式(23)和(31)，

当输入的交流信号V_i为负信号时，输入等效电阻为

根据公式(17)、(33)可知，无论输入的交流信号时正信号，还是负信号当采样电阻RS1＝RS2＝RS，A3和A4的放大倍数K1＝K2＝K，DAC1和DAC2的控制字DATA1＝DATA2＝D

输入电阻都是如下公式：

从公式(34)可知，整个电路的输入电阻与RF1、RF2、K、RS和D相关，其中RF1、RF2、K、RS为固定值，只要改变DAC的控制字D就可以模拟输入电阻的大小。

因此，无论测试信号时直流还是交流，本发明的方法都可以进行校验过渡时间的校验原理：

过渡时间的校验，只要通过控制器同时改变DAC1和DAC2的控制字DATA1和DATA2的大小，就可以模拟过渡时间。

控制器在初始状态控制DAC的控制字DATA1＝DATA2＝0，在t0时刻控制DAC的控制字DATA1＝DATA2＝Dn，在T1时段内模拟的过渡电阻为定时T1后在t1时刻控制DAC1和DAC2的控制字DATA1＝DATA2＝0.5Dn，在T2时段内模拟的过渡电阻为/>定时T2后在t2时刻控制DAC1和DAC2的控制字DATA1＝DATA2＝Dn，在T3时段内模拟的过渡电阻为/>定时T3后在t3时刻控制DAC1和DAC2的控制字DATA1＝DATA2＝0。这样就模拟出了变压器有载分接开关的过渡电阻和过渡时间波形；可以在一次校验的过程中，同时完成对变压器有载分接开关交流测试仪过渡电阻和过渡时间的校验。

本发明相比现有技术具有以下优点：本申请无论测试信号时直流还是交流，本发明的方法都可以进行校验。过渡时间的校验原理：过渡时间的校验，只要通过控制器同时改变DAC1和DAC2的控制字DATA1和DATA2的大小，就可以模拟过渡时间，控制器在初始状态控制DAC的控制字为DATA1＝DATA2＝0，在t0时刻控制DAC1和DAC2的控制字DATA1＝DATA2＝Dn，在T1时段内模拟的过渡电阻为定时T1后在t1时刻控制DAC1和DAC2的控制字DATA1＝DATA2＝0.5Dn，在T2时段内模拟的过渡电阻为定时T2后在t2时刻控制DAC1和DAC2的控制字DATA1＝DATA2＝Dn，在T3时段内模拟的过渡电阻为/>定时T3后在t3时刻控制DAC1和DAC2的控制字DATA1＝DATA＝0。这样就模拟出了变压器有载分接开关的过渡电阻和过渡时间波形；可以在一次校验的过程中，同时完成对变压器有载分接开关交流测试仪过渡电阻和过渡时间的校验，本发明可以同时对直流或交流测试仪过渡电阻、过渡时间进行校验，适配更加广泛。

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。在本发明的描述中，“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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种变压器有载分接开关测试仪校准系统，其特征在于，该系统包括电压采样电路、正电压模拟过渡电阻电路、负电压模拟过渡电阻电路和控制器；

所述正电压模拟过渡电阻电路：由运算放大器A1、NMOS管Q1、正电流采样电阻RS1、运算放大器A3、数模转换器DAC1以及D1二极管组成，所述运算放大器A1根据输入正电压采样信号和正电流采样信号，调节Q1的栅极电压，从而调节MOS管Q1的源极和漏极两端的电阻；

运算放大器A1的同向输入端与运算放大器A2的反向输入端、数模转换器DAC2的输出端、电阻RF1和RF2的公共端相连；运算放大器A1的反向输入端与运算放大器A2的同向输入端，并接入地电平；运算放大器A1的输出端接MOS管Q1的栅极G1；MOS管Q1的漏极D1连接到二极管D1的负极；MOS管Q1的源极S1接正向电流采样电阻RS1的一端；正向电流采样电阻RS1的另一端接与地电平相连；运算放大器A3的同向输入端与MOS管Q1的源极S1相连；运算放大器A3的反向输入端与地电平相连；运算放大器A3的输出端与数模转换器DAC1的参考电压输入端相连接；数模转换器DAC1的输出端与运算放大器A1的反向端相连接；二极管D1的正极与测试信号的输出端相连；测试信号的另外一端与地电平相连；电压采样电阻的RF2的一端与测试信号的输出端相连；电压采样电阻RF2的另一端与电压采样电阻RF1的一端相连；电压采样电阻RF1的另一端与地电平相连接；其中，所述数模转换器DAC1，用于正电压信号反馈大小的控制；

负电压模拟过渡电阻电路：由运算放大器A2、NMOS管Q2、正电流采样电阻RS2、运算放大器A4、数模转换器DAC2以及D2二极管组成，所述运算放大器A2根据输入负电压采样信号和负电流采样信号，调节Q2的栅极电压，从而调节MOS管Q2的源极和漏极两端的电阻；

运算放大器A2的输出端接MOS管Q2的栅极G2；MOS管Q2的漏极D2连接到二极管D2的正极；MOS管Q2的源极S2接负向电流采样电阻RS2的一端；负向电流采样电阻RS2的另一端接与地电平相连；二极管D2的负极与测试信号的输出端相连；运算放大器A4的反向输入端与MOS管Q2的源极S2相连；运算放大器A4的同向输入端与地电平相连；运算放大器A4的输出端与数模转换器DAC2的参考电压输入端相连接；数模转换器DAC2的输出端与运算放大器A2的反向端相连接；其中，数模转换器DAC2，用于负电压信号反馈大小的控制；

控制器为单片机、ARM或FPGA。

2.根据权利要求1所述的一种变压器有载分接开关测试仪校准系统，其特征在于：所述运算放大器A3用于输入正电流采样信号的放大，且运算放大器A4用于输入负电流采样信号的放大。

3.根据权利要求1所述的一种变压器有载分接开关测试仪校准系统，其特征在于：所述正电流采样电阻RS1，用于电流采样，且正电流采样电阻RS2，用于电流采样。

4.根据权利要求3所述的一种变压器有载分接开关测试仪校准系统，其特征在于：当输入为正信号时，所述NMOS管Q1，用于模拟可变电阻器件，当输入为负信号时，所述NMOS管Q2，用于模拟可变电阻器件。

5.根据权利要求3所述的一种变压器有载分接开关测试仪校准系统，其特征在于：所述D1二极管，用于截止负电压信号，且D2二极管，用于截止正电压信号。

6.根据权利要求1所述的一种变压器有载分接开关测试仪校准系统，其特征在于：所述电阻RF1和电阻RF2均为分压电阻，且均用于输入电压分压采样。

7.根据权利要求1所述的一种变压器有载分接开关测试仪校准系统，其特征在于：所述控制器用于控制数模转换器DAC1和数模转换器DAC2的控制字DATA1和DATA2。