CN1629646A - 高压输电线路工频参数测试仪及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于高压输电线路的工频参数测试仪，属于供电测试技术领域。该仪器包括CPU模块、IPM模块、滤波电路、三相变压器、输出采样及控制模块、AD转换电路、驱动电路、模拟量处理模块以及液晶屏，还包括由锁相环电路芯片、分频器、可编程逻辑电路芯片构成的移频信号发生模块，锁相环电路芯片外接工频信号，其倍频后的高频信号经可编程逻辑电路芯片得到移频信号，经IPM模块功率放大后接滤波电路；可编程逻辑电路芯片与CPU模块通讯连接。本发明避免了工频干扰信号对测量带来的影响，大大减小了试验所需仪器的体积及重量，其结构紧凑、测量准确、操作方便，可以明显减小测试工作量，提高工作效率，为现场试验带来极大方便。

Description

高压输电线路工频参数测试仪及测试方法

技术领域

本发明涉及一种测试仪，尤其是一种适用于高压输电线路的工频参数测试仪，同时本发明还涉及高压输电线路的工频参数测试方法，属于供电测试技术领域。

背景技术

目前工程上测量高压输电线路工频参数需要使用大功率的三相变压器、调压器，在被测线路上施加工频电压后，借助电流表、电压表、功率表等分立测量表计，通过读取各表刻度并经相应的运算后求得各参数值。测试仪器的体积和重量较大，各表计间的连接复杂，需人工读数并处理数据，测量不同的参数时需改变测量接线及仪表接线，测试试验繁琐。

检索发现，申请号为01254118.4、申请日为2001年10月11日的中国专利公开了一种包括CPU、模拟量处理、AD转换、显示装置的数字式谐波电压因素测试仪。借鉴此类现有技术，实现电压等参数的检测仪并不困难。例如，如果将电源信号经IPM模块接滤波电路，再将滤波电路的输出经变压器后通过输出采样及控制环节接负载，同时输出采样及控制环节还通过模拟量处理以及AD转换模块接CPU的信号输入端，CPU的显示信号输出端接显示装置，便能实现一定的测试功能。

然而，常规测量高压输电线路的工频参数时，工频干扰的存在要求测试时必须使用比干扰信号大得多的测试信号，为试验带来了很大的麻烦。如果采用移频功率信号进行测量，即可避免工频干扰对试验带来的不利影响，但必须解决测量信号与工频信号的同步和移频问题，这样才能经功率放大后供测量使用。以上现有技术均未解决这一问题，因此未能实现方便快捷的高压输电线路的工频参数测试。

发明内容

本发明的目的是：针对以上现有状况存在的缺陷，通过采取措施解决输入信号的同步和移频问题，提出一种结构紧凑、测量准确、操作方便的高压输电线路工频参数测试仪，同时给出解决输入信号的同步和移频问题、从而实现高压输电线路工频参数测试的方法。

为了达到以上目的，本发明的高压输电线路工频参数测试仪包括CPU模块、IPM模块、滤波电路、三相变压器、输出采样及控制模块、AD转换电路、驱动电路、模拟量处理模块以及液晶屏，所述滤波电路的输出经三相变压器与输出采样及控制模块连接，所述输出采样及控制模块的信号输出端经模拟量处理和AD转换模块接CPU的信号输入端，所述CPU的显示信号输出端接显示装置。此外，还包括移频信号发生模块，所述移频信号发生模块主要由作为倍频的锁相环电路芯片、分频器、可编程逻辑电路芯片构成，所述锁相环电路芯片外接工频信号，经其倍频后的高频信号输出与可编程逻辑电路芯片的输入端相连，经可编程逻辑电路芯片处理后得到的移频信号接IPM模块的输入端，经IPM模块功率放大后接所述滤波电路；所述可编程逻辑电路芯片与发送控制指令的所述CPU模块通讯连接。

相应的高压输电线路工频参数测试方法为：在主要由CPU模块、移频信号发生模块、IPM模块、滤波电路、三相变压器、输出采样及控制模块、AD转换电路、驱动电路、模拟量处理模块以及液晶屏组成的测试仪中，所述移频信号发生模块包括锁相环电路芯片、可编程逻辑电路芯片，在所述CPU模块控制下，测试步骤如下：

1)工频信号输入锁相环电路芯片，经倍频后得到高频信号；

2)高频信号输入到可编程逻辑电路芯片，经处理后得到移频信号；

3)移频信号输入到IPM模块，经功率放大后将变频功率信号输送到滤波电路；

4)滤波电路滤除变频功率信号中的高频谐波成分，通过隔离三相变压器输送到输出采样及控制模块；

5)输出采样及控制模块将移频信号输出到负载，并对输出的电压、电流信号进行采样；

6)采样得到的模拟信号，输送到模拟量处理模块；

7)将处理后的模拟信号经AD转换输送到CPU模块；

8)CPU模块输出，在显示装置上显示测试结果。

使用时测试仪时，将输出采样及控制模块的测试端外接负载，通过液晶屏上显示的菜单由旋钮选择确认测量操作，仪器自动施加移频测量信号至被测负载，采样的信号经过相应处理及计算后，将测量结果通过CPU显示在液晶屏上，必要时可由测试人员选择保存或打印。

由于本发明合理解决了输入信号的同步和移频问题，因此减小了工频干扰信号对测量带来的影响，避免了传统方法中需较大功率信号测量给现场试验带来的不利影响，大大减小了仪器的体积及重量，其结构紧凑、测量准确、操作方便，可以显著减小测试工作量，提高工作效率，为现场试验带来了极大的方便。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明一个实施例的测量接线示意图。

图2为图1实施例的电路原理框图。

图3为图1实施例的移频信号发生模块单元电路原理图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的高压输电线路工频参数测试仪，进行零序阻抗测量时接线示意图参见图1。测量时，仅需将被测线路的测量引线与仪器的测量线正确连接，运行后，仪器即可根据测量指令自动输出功率进行测量计算，并将测量结果显示在液晶屏上，非常方便。

本实施例的电路原理框图如图2所示，框图中包括实现本发明所需要的各单元模块及接口关系，其中0为MB(母板)电路板，1为CPU电路板，2为Signal信号发生电路板，3为IPM电路板，4为LC滤波电路，5为变压器，6为Relay输出采样及控制电路板，7为负载Zx，8为液晶屏及旋钮，9为AD电路板，10为IO驱动电路板，11为Deal模拟量处理电路板，12为Power电源模块。

以上各部分的连接及信号传递关系是：相关电路板(1、2、9、10、11、12)分别通过一接插件与MB(0)接插，实现以下连接：CPU电路板(1)采用PC104高速工控机作为中央处理器，发出控制指令进行全局控制，有一接口与液晶屏LCD(8)进行通讯，显示程序界面及相关数据，并接收外界对旋钮的指令；作为移频信号发生模块的Signal信号发生电路板(2)插在MB(0)上，在CPU模块(1)控制下，产生移频信号，并通过一接插件与IPM电路板(3)相连，进行移频功率信号放大(详细描述见后)；IPM电路板(3)根据Signal电路板(2)传递过来的移频控制信号，产生用于测量的大功率移频信号，送给滤波电路(4)进行波形处理；三相LC滤波电路(4)滤除IPM(3)发出的SPWM变频功率信号中的高频谐波成分，提高波形质量之后，接三相变压器(5)；三相变压器Tr(5)将滤波后的IPM功率信号进行隔离后接Relay输出采样及控制模块(6)；该Relay模块(6)将变压器隔离后的移频信号进行输出控制，根据不同的测量任务以及IO电路板(10)传递的指令控制继电器的状态，切换测量回路的形式，测量负载Zx(7)参数，并对输出的电压、电流信号进行采样，将得到的二次信号经过电缆线送给Deal电路板(11)进行处理；负载Zx(7)与Relay模块(6)的输出相连，将移频电压、电流信号引入被测负载上进行测量操作；LCD液晶屏及旋钮(8)显示程序界面，并由旋钮得到的控制指令通过数据线发送给CPU模块(1)进行响应；AD模块(9)从MB(0)上得到需处理的模拟信号，在内部进行相关计算及处理，将得到的结果通过MB(0)上的数据线送给CPU(1)处理；IO驱动电路(10)根据MB(0)上传递的数据指令，驱动Relay模块(6)上的继电器，控制测量回路的形式；Deal模拟量处理板(11)将从Relay模块(6)中采样得到的电压电流信号进行模拟量处理，并将处理后的模拟信号经过MB(0)送给AD模块(9)，输入到CPU电路板(1)。Power电源模块(12)插在MB(0)上，经过MB(0)将+5V、±12V、-24V等电源送给各模块。以上有关模块在CPU(0)的统一指令控制下，按照预设的程序，响应测试任务，完成测量操作。

作为移频信号发生模块的Signal信号发生电路板(2)根据CPU的指令产生与工频50Hz信号同步的移频测量信号，为本仪器独创的关键工作部件，具体电路如图3所示：A单元为锁相环电路，B单元为可编程逻辑芯片电路，C单元为EPROM存储器，D单元为接插件J2，E单元为接插件J1，F单元为电源退耦电容网络，G单元为充电电压、电流检测电路，H单元为复位电路。

其中，锁相环电路(A)用于跟踪工频50Hz信号，并根据控制指令产生移频信号，其由两74HC4046A锁相环电路芯片U1和U4、电压比较器U3及光耦IS01、74HC4040分频器芯片U5，以及电阻R1～R13和电容C1～C4组成。以上各主要组成部分的电路连接和信号传输关系为：电压比较器U3及光耦IS01用于为74HC4046A锁相环电路(U1第14脚)提供工频50Hz方波Clkin信号，其锁相倍频得到的高频信号Clk1(U1第4脚)与分频器信号输入(U5第10脚)相连，经过U5分频处理后得到的低频信号Clkout(U5第1脚)反馈给锁相环(U1第3脚)；同时第一级锁相环(U1)倍频得到的频率信号CLK1与B单元的可编程逻辑芯片(U2第2脚)相连，此信号受CPU发送的指令信号控制，经过U3芯片内部数字电路处理得到另一频率信号CLK2，引入第二级锁相环电路的输入端(A单元U4第14脚)，经过第二次倍频得到的高频信号CLK(U4第4脚)再次引入B单元的可编程逻辑电路芯片(U2第2脚)；可编程逻辑电路芯片(B)的主要功能是用于移频功率信号数字电路处理，受CPU控制信号DB0～DB7及AB0～AB3控制，产生移频高频时钟信号CLK及SPWM位信号A0～A19；EPROM存储器(C)用于存储SPWM的数据，在A0～A19信号的控制下产生三相移频信号PWM0～PWM5，此信号引入可编程逻辑电路(B)中进行处理；接插件J2(D)为26芯扁平电缆数据线，用于和IPM电路板进行通讯，将移频信号UPWM1(2)、VPWM1(2)、WPWM1(2)进行功率放大，同时将继电器控制信号Relay1(2)及直流信号(PT、CT)等信号引入Signal信号发生电路板；接插件J1(E)用于和MB进行通讯，将CPU的指令及其它相关信号引入或引出Signal信号发生电路板；电源退耦电容网络(F)用于为Signal信号发生电路板上的电路芯片提供一个稳定的电源；充电电压、电流监测控制电路(G)用于检测充电回路的直流电压、电流信号；复位电路(H)用于为Signal信号发生电路板提供一个初始复位信号，以保证仪器初始状态正确。

使用本实施例的测试仪时，只要将输出采样及控制模块的测试端外接负载，测试人员通过液晶屏及操纵旋钮与CPU通讯，对整个测试进行控制即可，十分方便。

以上过程中，本实施例采用两次锁相倍频设计，从而得到了高频信号CLK，通过CLK信号能够产生与50Hz工频干扰信号同步的45Hz(或55Hz)移频信号，供给测试仪进行处理，从而巧妙解决了移频同步测量这一关键技术问题。

本实施例以工控机PC104为核心，应用高速AD模块进行数据处理，使用大功率IPM模块进行功率产生及控制，采用高精度的互感器进行多量程采样，并将各种功能模块有效的集合在同一箱体内，仅需外部提供220V交流电源，将测试回路正确连接，即可进行测试。整个仪器外形尺寸：500mm×350mm×370mm(长×宽×高)，重30kg，如图1所示，体积小，重量轻，便于运输，现场使用方便。此外，另一个特点是，可使用单相功率信号，通过序阻抗矩阵运算，来进行高压输电线路三相工频参数的测试。

总之，本发明通过采用一体化测量技术及移频抗干扰技术来实现测量功能，根据测试人员选择，可进行高压输电线路的电磁感应电压、正序阻抗、零序阻抗、互感电抗、正序电容、零序电容、线路间耦合电容等参数的测量，仪器可自动进行测量并显示测量结果；采用移频信号，可以减小空间工频干扰信号对测量带来的不利影响。

与现有技术相比，具有如下突出优点：

1、采用一体化测量技术。仪器集控制、功率输出、测量计算、显示打印等多种功能为一体，根据选择的参数测试项目，自动输出功率，采样计算并显示测量结果。使用本发明进行测试试验，避免了传统测量方式需多种仪器、仪表的复杂连接及繁琐操作，不需人工读表，不需人工处理数据，大大简化了现场试验，为现场高压输电线路工频参数测试试验带来了很大的方便。

2、移频抗干扰技术。仪器根据工频干扰电压的频率，同步得到相应的45Hz及55Hz频率信号，根据此信号放大得到移频功率信号进行参数测试；通过傅立叶算法滤除工频干扰电压对测量的影响，并计算得到移频信号的幅值及相位，从而得到测量结果。此方法减小了50Hz工频干扰信号对测量带来的影响，避免了传统方法中需较大功率信号测量给现场试验带来的不利影响，大大减小了仪器的体积及重量，为现场高压输电线路工频参数测试试验带来了很大的方便。

3、操作简单方便。使用本发明，在进行各种参数测量时，无需改变被测输电线路本侧的接线方式，仅需将仪器正确与被测线路连接，启动测量任务后仪器自动输出功率信号进行测量并计算、显示最终结果。传统测量方式时，测量不同的参数项目，如正序参数、零序参数，需改变本侧的接线方式，并更换测量仪表的接线，通过人工读取各仪表数据进行换算及相应计算后得到测量结果；而使用本发明则无需改变本侧接线方式，仅需在菜单上进行选择确认即可，仪器将根据不同的测试项目，自动切换测试回路形式进行线路参数测试，计算得到测试结果并在液晶屏上显示，根据需要可打印测试结果。

Claims (9)

1.一种高压输电线路工频参数测试仪，包括CPU模块、IPM模块、滤波电路、三相变压器、输出采样及控制模块、AD转换电路、驱动电路、模拟量处理模块以及液晶屏，所述滤波电路的输出经三相变压器与输出采样及控制模块连接，所述输出采样及控制模块的信号输出端经模拟量处理和AD转换模块接CPU的信号输入端，所述CPU的显示信号输出端接显示装置，其特征在于：还包括移频信号发生模块，所述移频信号发生模块主要由作为倍频的锁相环电路芯片、分频器、可编程逻辑电路芯片构成，所述锁相环电路芯片外接工频信号，经其倍频后的高频信号输出与可编程逻辑电路芯片的输入端相连，经可编程逻辑电路芯片处理后得到的移频信号接IPM模块的输入端，经IPM模块功率放大后接所述滤波电路；所述可编程逻辑电路芯片与发送控制指令的所述CPU模块通讯连接。

2.根据权利要求1所述高压输电线路工频参数测试仪，其特征在于：所述移频信号发生模块含有两级锁相环电路芯片，所述第一级锁相环电路芯片外接工频信号，其倍频后的高频信号输出与可编程逻辑电路芯片的输入端相连；经所述可编程逻辑电路芯片处理后得到的另一频率信号与第二级锁相环的输入端相连；所述第二级锁相环的输出端再次接入所述可编程逻辑电路芯片，经过处理后得到移频信号接IPM模块的输入端。

3.根据权利要求2所述高压输电线路工频参数测试仪，其特征在于：所述移频信号发生模块还含有电压比较器和光耦，工频信号经电压比较器及光耦与第一级锁相环电路芯片的输入端相连。

4.根据权利要求3所述高压输电线路工频参数测试仪，其特征在于：所述移频信号发生模块还含有分频器，所述第一级锁相环电路芯片的高频信号输出经分频器反馈给该锁相环电路芯片。

5.根据权利要求1、2、3或4任一所述高压输电线路工频参数测试仪，其特征在于：所述移频信号发生模块、AD转换电路、模拟量处理模块、驱动电路通过母板接插与CPU模块通讯连接。

6、一种高压输电线路工频参数测试方法，在主要由CPU模块、移频信号发生模块、IPM模块、滤波电路、三相变压器、输出采样及控制模块、AD转换电路、驱动电路、模拟量处理模块以及液晶屏组成的测试仪中，所述移频信号发生模块包括锁相环电路芯片、可编程逻辑电路芯片，在所述CPU模块控制下，测试步骤如下：

1)工频信号输入锁相环电路芯片，经倍频后得到高频信号再经可编程逻辑电路芯片处理，得到移频信号；

2)移频信号输入到IPM模块，经功率放大后将变频功率信号输送到滤波电路；

3)滤波电路滤除变频功率信号中的高频谐波成分，通过隔离三相变压器输送到输出采样及控制模块；

4)输出采样及控制模块将移频信号输出到负载，并对输出的电压、电流信号进行采样；

5)采样得到的模拟信号，输送到模拟量处理模块；

6)将处理后的模拟嬉闹经AD转换输送到CPU模块；

7)CPU模块输出，在显示装置上显示测试结果。

7.根据权利要求6所述高压输电线路工频参数测试方法，其特征在于：所述移频信号发生模块含有两级锁相环电路芯片，所述步骤1)包括

1-1)工频信号输入第一级锁相环电路芯片，倍频后的高频信号输出到可编程逻辑电路芯片；

1-2)所述可编程逻辑电路芯片处理后得到的另一频率信号输入第二级锁相环；

1-3)所述第二级锁相环输出二次倍频得到的高频信号到可编程逻辑电路芯片；

1-4)所述可编程逻辑电路芯片经过处理后得到待输出的最终移频信号。

8.根据权利要求7所述高压输电线路工频参数测试方法，其特征在于：所述移频信号发生模块还包括电压比较器及光耦，所述步骤1-1)为工频信号经电压比较器和光耦输入到第一级锁相环电路芯片。

9.根据权利要求8所述高压输电线路工频参数测试方法，其特征在于：所述移频信号发生模块还包括分频器，所述步骤1-1)中还包括第一级锁相环电路芯片倍频后的高频信号输出通过分频器分频，得到低频信号反馈到第一级锁相环电路芯片。