CN203275527U - 基于流比器电桥原理的损耗因数与损耗电流测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于流比器电桥原理的损耗因数与损耗电流测试装置，其包括基于高压电桥的流比器、运放、变压器、平衡损耗电流模块，流比器与高压电源相连接，高压电源与流比器之间连接有待测试样和标准电容并构成回路，流比器的一端依次连接运放、变压器和平衡损耗电流模块并回连至流比器的另一端，流比器包括铁芯、比例线圈、检测线圈，检测线圈的两端连接有指示电桥平衡或输出损耗电流信息的示波器，流比器与平衡损耗电流模块之间设置有控制开关。本实用新型既可以实现损耗因数的测量又可以实现损耗电流的测量，同时，其适用于实验室条件下小电容非接地待测试样的测量以及现场条件下大电容接地待测试样的测量，对损耗电流的测量精度较高。

Description

基于流比器电桥原理的损耗因数与损耗电流测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种既能进行绝缘损耗因数测试，又能进行损耗电流测试的装置。 

背景技术

交联聚乙烯绝缘电力电缆广泛应用电力系统中，电缆的运行可靠性直接影响着电力系统的供电安全。因此，对交联聚乙烯绝缘电力电缆的绝缘状态进行诊断是确保电力系统可靠运行的重要保证。对测试而言，电力电缆绝缘属于容性试品，传统绝缘诊断技术主要采用损耗因数的测量。对于电力电缆绝缘而言，损耗因数反映绝缘老化状态的平均值，因此绝缘损耗因数的测量对局部区域水树老化不敏感。国内外研究结果表明：通过绝缘损耗电流谐波分量的测量可有效地评价电缆绝缘水树老化状态。这是因为损耗电流三次谐波的幅值与电缆绝缘水树老化的面积成正比，同时损耗电流三次谐波的相位与水树老化的深度有关。 

各种高压电桥（如西林电桥和变压器比例臂电桥）可实现电力设备绝缘损耗因数的测量，但不测量具备损耗电流及其谐波分量的功能。日本电力公司开发一种基于高压电流互感器损耗电流谐波分量测试装置，该装置通过高压电流互感器测得电缆绝缘总泄漏电流，而后参照激励电压信号对总泄漏电流信号进行数子信号分析，从而提取损耗电流信息。由于损耗电流在总电流中所占比例甚小，一般小于1%，因此该测试设备的测试精度不高。 

因此，需要一种针对现有测试设备精度不高的问题和传统高压电桥只能测损耗因数而不能测损耗电流的问题而提出的测试装置。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种既能进行损耗因数测试又能进行损耗电流及其谐波测试、精度较高的测试装置。 

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是： 

一种基于流比器电桥原理的损耗因数与损耗电流测试装置，用于检测待测试样的损耗因数或损耗电流及其谐波分量，其包括基于高压电桥的流比器、运放、变压器、平衡损耗电流模块，所述的流比器与高压电源相连接，所述的高压电源与所述的流比器之间连接有所述的待测试样和标准电容并构成回路，所述的流比器的一端依次连接所述的运放、所述的变压器和所述的平衡损耗电流模块并回连至所述的流比器的另一端，所述的流比器包括铁芯、比例线圈、检测线圈，所述的检测线圈的两端连接有指示电桥平衡或输出损耗电流信息的示波器，所述的流比器与所述的平衡损耗电流模块之间设置有控制开关。

优选的，所述的检测线圈与所述的示波器之间设置有损耗电流放大器。 

优选的，所述的比例线圈包括第一可调线圈、第二可调线圈、第三可调线圈、第四可调线圈，所述的流比器还包括第五可调线圈、第六可调线圈、第七可调线圈、第八可调线圈、第九可调线圈、第十可调线圈；所述的平衡损耗电流模块与所述的变压器之间设置有可调电位器；所述的第一可调线圈的滑动端经所述的待测试样而与所述的高压电源相连接，所述的第一可调线圈的一固定端分为三路，一路接地，一路经所述的第五可调线圈和所述的第六可调线圈而与所述的第二可调线圈的一固定端相连接，一路经所述的第十可调线圈与所述的第四可调线圈的一固定端相连接；所述的第二可调线圈的滑动端与所述的控制开关相连接，再依次连接所述的平衡损耗电流模块、所述的可调电位器、所述的变压器、所述的运放后经相串联的所述的第七可调线圈、所述的第八可调线圈、所述的第九可调线圈以及所述的标准电容而与所述的高压电源相连接；所述的第九可调线圈的滑动端经第二电容后与所述的变压器相连接，所述的第四可调线圈的滑动端经第一电容以及所述的可调电位器而与所述的变压器相连接。 

优选的，所述的平衡损耗电流模块包括相并接且一端与所述的控制开关相连接的第一电阻、第二电阻、第三电阻，所述的第一电阻的另一端和所述的第二电阻的另一端分别与所述的变压器的输出端的两个滑动端相连接，所述的第三电阻的另一端与所述的可调电位器的滑动端相连接，所述的可调电位器是一固定端与所述的第一电容相连接，所述的可调电位器的另一固定端接地。 

优选的，所述的第二电容与所述的变压器的输出端的高压端相连接，所述的变压器的输出端的低压端经第三电容后与所述的第七可调线圈的一固定端共同与所述的运放的同相输入端相连接，所述的运放的反相输入端接地，所述的运放的输出端与所述的变压器的输入端相连接。 

优选的，所述的第九可调线圈和第十可调线圈共用同一线圈并采用不同的滑动端。 

优选的，当在实验室条件下对小电容非接地的待测试样进行测量时，所述的待测试样等效于由待测电阻和待测电容相并联的电路，当在现场条件下现对大电容接地的待测试样进行测试时，所述的第一可调线圈采用高压同轴电缆并与所述的待测试样相连接。 

优选的，所述的流比器外设置有屏蔽机构，所述的屏蔽机构包括铜屏蔽体、内磁屏蔽体、外磁屏蔽体、盖板磁屏蔽体和中心磁屏蔽体，所述的铜屏蔽体环绕设置于所述的铁芯外，所述的中心磁屏蔽体和所述的内磁屏蔽体共同环绕设置于所述的铜屏蔽外，所述的外磁屏蔽体设置于所述的内磁屏蔽体外且所述的中心磁屏蔽体贯穿于所述的外磁屏蔽体的中心轴线处并形成通道，所述的盖板磁屏蔽体设置于所述的外磁屏蔽体的中部并与所述的中心磁屏蔽体相垂直，所述的外磁屏蔽体中还具有与所述的铜屏蔽体、所述的内磁屏蔽体、所述的盖板磁屏蔽体相连接并延伸至所述的外磁屏蔽体的外部的绕组抽头屏蔽线。 

优选的，所述的流比器及所述的屏蔽机构设置于金属箱体中，所述的金属箱体上开设有入口和出口，所述的通道的延伸方向与所述的入口或所述的出口的延伸方向相垂直。 

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型既可以实现损耗因数的测量又可以实现损耗电流的测量，同时，其适用于实验室条件下小电容非接地待测试样的测量以及现场条件下大电容接地待测试样的测量，对损耗电流的测量精度较高。 

附图说明

附图1为本实用新型的基于流比器电桥原理的损耗因数与损耗电流测试装置在实验室条件下测量小电容非接地的待测试样的电路原理图。 

附图2为本实用新型的基于流比器电桥原理的损耗因数与损耗电流测试装置在现场条件下测量大电容接地的待测试样的电路原理图。 

附图3为本实用新型的基于流比器电桥原理的损耗因数与损耗电流测试装置及屏蔽机构的半剖视图。 

附图4为本实用新型的基于流比器电桥原理的损耗因数与损耗电流测试装置及屏蔽机构与金属箱体的主视图。 

附图5为本实用新型的基于流比器电桥原理的损耗因数与损耗电流测试装置及屏蔽机构与金属箱体的俯视图。 

附图6为本实用新型的基于流比器电桥原理的损耗因数与损耗电流测试装置及屏蔽机构与金属箱体的右视图。 

以上附图中：1、待测试样；2、运放；3、变压器；4、流比器；5、高压同轴电缆；6、电力电缆；7、可调电位器；8、示波器；9、损耗电流放大器；10、铁芯；11、铜屏蔽体；12、内磁屏蔽体；13、外磁屏蔽体；14、盖板磁屏蔽体；15、中心磁屏蔽体；16、绕组抽头屏蔽线；17、金属箱体18、入口；19、出口。 

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本实用新型作进一步描述。 

实施例一：一种基于流比器电桥原理的损耗因数与损耗电流测试装置，用于检测待测试样1的损耗因数或损耗电流及其谐波分量。附图1中所示为该测试装置在实验室条件下对小电容非接地的待测试样1进行测试时的电路原理图，此时，待测试样1由待测电阻R_X和待测电容C_X相并联构成的等效电路表示。 

该测试装置包括基于高压电桥的流比器4、运放2、变压器3、可调电位器7、平衡损耗电流模块。流比器4与高压电源HV相连接，高压电源HV与流比器4之间连接有待测试样1和标准电容C_S并构成回路，流比器4的一端依次连接运放2、变压器3和平衡损耗电流模块并回连至流比器4的另一端，流比器4包括铁芯10、比例线圈、检测线圈N_C，检测线圈N_C的两端连接有指示电桥平衡或输出损耗电流信息的损耗电流放大器9以及示波器8，其中损耗电流放大器9设置于检测线圈N_C与示波器8之间，示波器8为数字记忆示波器，流比器4与平衡损耗电流模块之间设置有控制开关K。 

具体的，比例线圈包括第一可调线圈N_X、第二可调线圈Na、第三可调线圈N_S、第四可调线圈N_S’；流比器4还包括第五可调线圈D₅、第六可调线圈D₆、第七可调线圈D₇、第八可调线圈D₈、第九可调线圈D₉、第十可调线圈D₁₀，其中，第九可调线圈D₉和第十可调线圈D₁₀共用同一线圈并采用不同的滑动端。 

第一可调线圈N_X的滑动端经待测试样1而与高压电源HV相连接，第一可调线圈N_X的一固定端分为三路，一路接地，一路经第五可调线圈D₅和第六可调线圈D₆而与第二可调线圈Na的一固定端相连接，一路经第十可调线圈D₁₀与第四可调线圈N_S’的一固定端相连接。第二可调线圈Na的滑动端与控制开关K相连接，再依次连接平衡损耗电流模块、可调电位器7、变压器3、运放2后经相串联的第七可调线圈D₇、第八可调线圈D₈、第九可调线圈D₉以及标准电容C_S而与高压电源HV相连接。第九可调线圈D₉的滑动端经第二电容C2后与变压器3相连接，第四可调线圈N_S’的滑动端经第一电容C₁以及可调电位器7而与变压器3相连接。 

平衡损耗电流模块包括相并接且一端与控制开关K相连接的第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃，第一电阻R₁的另一端和第二电阻R₂的另一端分别与变压器3的输出端的两个滑动端相连接，第三电阻R₃的另一端与可调电位器7的滑动端相连接，可调电位器7是一固定端与第一电容C₁相连接，可调电位器7的另一固定端接地。 

第二电容C₂与变压器3的输出端的高压端相连接，变压器3的输出端的低压端经第三电容C_f后与第七可调线圈D₇的一固定端共同与运放2的同相输入端相连接，运放2的反相输入端接地，运放2的输出端与变压器3的输入端相连接。 

上述测量装置的原理如下：测量损耗因数时，控制开关K处于闭合状态，此时测量装置与传统变压器3比例臂高压电桥具有相同的功能，可实现待测试样1的损耗因数和等效电容的测试，损耗电流放大器9和示波器8发挥平衡指示器的作用。调节流比例线圈（包括第一可调线圈N_X、第二可调线圈Na、第三可调线圈N_S、第四可调线圈N_S’）的匝数，使检测线圈N_C输出为0，即调节电桥处于平衡状态，根据变压器3比例臂电桥的安匝平衡原理实现损耗因数和试品等效电容值的测量。 

测量损耗因数和等效电容值后，测试装置中的控制开关K打开，此时测试装置的功能由传统的变压器3比例臂高压电桥转变为损耗电流及其谐波分量测试装置。这是因为，测量系统由变压器3输出电压作用第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃所产生的电流是用来平衡待测试样1的损耗电流的，控制开关K断开后将不再满足平衡条件，即在测量线圈上将有信号输出。所输出的信号与损耗电流信号成正比，通过数字记忆示波器8来记录信号的时域波形就得到了损耗电流的时域波形，利用数字示波器8的数字信号分析功能可得到损耗电流谐波分量的信息，从而实现损耗电流及其谐波分量的测量。 

实施例二：一种基于流比器电桥原理的损耗因数与损耗电流测试装置，用于检测待测试样的损耗因数或损耗电流及其谐波分量。当该测试装置在现场条件下对大电容接地的待测试样进行测试时，其电路原理图如附图2所示，此时，待测试样以电力电缆6为例。其与实施例一的不同之处在于：第一可调线圈N_X采用高压同轴电缆5并与电力电缆6相连接，等效于N_X=1，由此可满足大电容待测试样的测试。高压同轴电缆5既发挥流比器线圈作用又充当测量引线，实现高压电源HV与待测试样的连接，这样等同于在待测试样的高压侧接入测试装置，从而可满足接地待测试样的测量。而在该现场条件下的测量原理和测量过程与实施例一所述内容相同。 

现场条件下测量大电容接地待测试样的损耗因数和损耗电流面临的另一技术难题是干扰问题，因此对该测试装置的核心器件——流比器4采用特殊的屏蔽措施。具体作法如下：参见附图3所示，流比器4外设置有屏蔽机构，屏蔽机构包括铜屏蔽体11、内磁屏蔽体12、外磁屏蔽体13、盖板磁屏蔽体14和中心磁屏蔽体15，铜屏蔽体11环绕设置于铁芯10外，中心磁屏蔽体15和内磁屏蔽体12共同环绕设置于铜屏蔽外，外磁屏蔽体13设置于内磁屏蔽体12外且中心磁屏蔽体15贯穿于外磁屏蔽体13的中心轴线处并形成通道，盖板磁屏蔽体14设置于外磁屏蔽体13的中部并与中心磁屏蔽体15相垂直，外磁屏蔽体13中还具有与铜屏蔽体11、内磁屏蔽体12、盖板磁屏蔽体14相连接并延伸至外磁屏蔽体13的外部的绕组抽头屏蔽线16。高压同轴电缆5在通道中穿过，形成单匝穿心式高压流比器。 

参见附图4所示，流比器4及屏蔽机构设置于金属箱体17中，金属箱体17上开设有入口18和出口19，通道的延伸方向与入口18或出口19的延伸方向相垂直。高压同轴电缆5设置于通道中且两端穿过金属箱体17上的入口18和出口19，由于通道的延伸方向与入口18或出口19的延伸方向相垂直，使得高压同轴电缆5在流比器4中的延伸方向与其穿过入口18或出口19的方向相垂直，可以进一步提高流比器4的抗干扰能力。 

本测试装置的测试原理借鉴变压器比例臂高压电容电桥的原理，通过电桥硬件电路平衡掉容性电流，实现损耗电流及其谐波分量的精确测量。该特殊结构的流比器4，可实现两种测量模式，其一是：与待测试样1相连接的比例线圈采用传统流比器结构，可实现在待测试样1的接地线上测得损耗电流，该模式适用于小电容非接地试品；其二是：采用高压同轴电缆5作为流比器4的单匝穿心式比例线圈，利用其良好的绝缘特性，可将高电压与金属箱体17及其内部其它器件隔离，无需做复杂的对地绝缘，高压试验时不会发生触电事故，通过待测试样1的高压引线测得损耗电流，该模式适用于大电容接地待测试样。另外，对高压流比器4的屏蔽进行了特殊的设计，提高了测试装置的抗干扰能力，使其满足电站等现场条件的损耗因数和损耗电流及其谐波分量的测量。 

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种基于流比器电桥原理的损耗因数与损耗电流测试装置，用于检测待测试样的损耗因数或损耗电流及其谐波分量，其包括基于高压电桥的流比器、运放、变压器、平衡损耗电流模块，所述的流比器与高压电源相连接，所述的高压电源与所述的流比器之间连接有所述的待测试样和标准电容并构成回路，所述的流比器的一端依次连接所述的运放、所述的变压器和所述的平衡损耗电流模块并回连至所述的流比器的另一端，所述的流比器包括铁芯、比例线圈、检测线圈，其特征在于：所述的检测线圈的两端连接有指示电桥平衡或输出损耗电流信息的示波器，所述的流比器与所述的平衡损耗电流模块之间设置有控制开关。

2.根据权利要求1所述的基于流比器电桥原理的损耗因数与损耗电流测试装置，其特征在于：所述的检测线圈与所述的示波器之间设置有损耗电流放大器。

3.根据权利要求1或2所述的基于流比器电桥原理的损耗因数与损耗电流测试装置，其特征在于：所述的比例线圈包括第一可调线圈、第二可调线圈、第三可调线圈、第四可调线圈，所述的流比器还包括第五可调线圈、第六可调线圈、第七可调线圈、第八可调线圈、第九可调线圈、第十可调线圈；所述的平衡损耗电流模块与所述的变压器之间设置有可调电位器；所述的第一可调线圈的滑动端经所述的待测试样而与所述的高压电源相连接，所述的第一可调线圈的一固定端分为三路，一路接地，一路经所述的第五可调线圈和所述的第六可调线圈而与所述的第二可调线圈的一固定端相连接，一路经所述的第十可调线圈与所述的第四可调线圈的一固定端相连接；所述的第二可调线圈的滑动端与所述的控制开关相连接，再依次连接所述的平衡损耗电流模块、所述的可调电位器、所述的变压器、所述的运放后经相串联的所述的第七可调线圈、所述的第八可调线圈、所述的第九可调线圈以及所述的标准电容而与所述的高压电源相连接；所述的第九可调线圈的滑动端经第二电容后与所述的变压器相连接，所述的第四可调线圈的滑动端经第一电容以及所述的可调电位器而与所述的变压器相连接。

4.根据权利要求3所述的基于流比器电桥原理的损耗因数与损耗电流测试装置，其特征在于：所述的平衡损耗电流模块包括相并接且一端与所述的控制开关相连接的第一电阻、第二电阻、第三电阻，所述的第一电阻的另一端和所述的第二电阻的另一端分别与所述的变压器的输出端的两个滑动端相连接，所述的第三电阻的另一端与所述的可调电位器的滑动端相连接，所述的可调电位器是一固定端与所述的第一电容相连接，所述的可调电位器的另一固定端接地。

5.根据权利要求3所述的基于流比器电桥原理的损耗因数与损耗电流测试装置，其特征在于：所述的第二电容与所述的变压器的输出端的高压端相连接，所述的变压器的输出端的低压端经第三电容后与所述的第七可调线圈的一固定端共同与所述的运放的同相输入端相连接，所述的运放的反相输入端接地，所述的运放的输出端与所述的变压器的输入端相连接。

6.根据权利要求3所述的基于流比器电桥原理的损耗因数与损耗电流测试装置，其特征在于：所述的第九可调线圈和第十可调线圈共用同一线圈并采用不同的滑动端。

7.根据权利要求3所述的基于流比器电桥原理的损耗因数与损耗电流测试装置，其特征在于：当在实验室条件下对小电容非接地的待测试样进行测量时，所述的待测试样等效于由待测电阻和待测电容相并联的电路，当在现场条件下现对大电容接地的待测试样进行测试时，所述的第一可调线圈采用高压同轴电缆并与所述的待测试样相连接。

8.根据权利要求1或2所述的基于流比器电桥原理的损耗因数与损耗电流测试装置，其特征在于：所述的流比器外设置有屏蔽机构，所述的屏蔽机构包括铜屏蔽体、内磁屏蔽体、外磁屏蔽体、盖板磁屏蔽体和中心磁屏蔽体，所述的铜屏蔽体环绕设置于所述的铁芯外，所述的中心磁屏蔽体和所述的内磁屏蔽体共同环绕设置于所述的铜屏蔽外，所述的外磁屏蔽体设置于所述的内磁屏蔽体外且所述的中心磁屏蔽体贯穿于所述的外磁屏蔽体的中心轴线处并形成通道，所述的盖板磁屏蔽体设置于所述的外磁屏蔽体的中部并与所述的中心磁屏蔽体相垂直，所述的外磁屏蔽体中还具有与所述的铜屏蔽体、所述的内磁屏蔽体、所述的盖板磁屏蔽体相连接并延伸至所述的外磁屏蔽体的外部的绕组抽头屏蔽线。

9.根据权利要求8所述的基于流比器电桥原理的损耗因数与损耗电流测试装置，其特征在于：所述的流比器及所述的屏蔽机构设置于金属箱体中，所述的金属箱体上开设有入口和出口，所述的通道的延伸方向与所述的入口或所述的出口的延伸方向相垂直。

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