CN204241408U - 适合测量油浸式电力变压器含水量的绝缘电阻表 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适合测量油浸式电力变压器含水量的绝缘电阻表,MCU的通断控制信号输出端连接高压源及电压取样模块,MCU的启停控制信号输出端连接高压源及电压取样模块,高压源及电压取样模块的分压取样电压输出端连接模数转换模块,MCU的通断控制信号输出端连接电流测量模块,电流测量模块的电流测量电路的电压输出端连接模数转换模块,模数转换模块的高压分压取样电压的数字值信号输出端连接MCU,模数转换模块的泄漏电流的数字值信号输出端连接MCU,MCU的模数转换模块同步控制信号输出端连接模数转换模块。本实用新型能保证测试前几秒的值真实可靠,能实现量程的自动转换,能测量高达10TΩ的绝缘电阻。
Description
技术领域
本实用新型涉及绝缘电阻表技术领域,具体涉及一种适合测量油浸式电力变压器含水量的绝缘电阻表。
技术背景
油浸式电力变压器在运行中会受到电、热、机械力、化学腐蚀和光辐射等外界因素的影响,致使变压器油和纤维材料逐渐老化变质,分解出微量水分。此外,由于密封不严,潮气和水分也会进入油箱内,使油中的水分逐渐增多。当变压器中的油、纸水分含量超过一定限度时,就会使绝缘性能明显下降,甚至危及变压器安全,因此变压器的含水量是决定变压器寿命的关键因素。可以通过长时间测量油浸式电力变压器高压绕组对低压绕组主绝缘的绝缘电阻,分析绝缘电阻随时间变化的数据,对变压器油、纸含水量进行评估。这种测试对绝缘电阻表有以下几点特殊要求:
1)绝缘电阻表前5秒的测量数据真实可靠;
2)绝缘电阻表需要测量高达10TΩ的绝缘电阻,测试电流分辨力需要达到pA级;
3)绝缘电阻表需要记录不少于5小时绝缘电阻随时间变化的数据,用作后续含水量的分析和评估。
普通绝缘电阻表不适合这种特殊测试,原因如下:
1)普通绝缘电阻表主要用于电气设备的预防性试验。预防性试验的绝缘电阻测试是一种绝缘好坏的定性初步判断,一般进行1-10分钟,基于这些数据无法对油、纸含水量做出定量评估。
2)普通绝缘电阻表电压建立需要3~5秒,甚至更久,因此前5秒测量数据不真实。
3)普通绝缘电阻表测试量程多为TΩ级,电流分辨力多为nA级。
4)普通绝缘电阻表很少具备存储大量数据的功能。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对上述技术问题,提供一种适合测量油浸式电力变压器含水量的绝缘电阻表,该绝缘电阻表能够保证测试前几秒的值真实可靠,能够实现量程的自动转换,能够测量高达10TΩ的绝缘电阻,使用大容量的掉电不丢失存储器(掉电不丢失存储器E2PROM)来存储绝缘电阻和测试时间数据,并能通过RS232通信接口将记录的数据上传至电脑进行分析和评估,使其满足油浸式电力变压器含水量测量及评估的要求。
为实现此目的,本实用新型所设计的适合测量油浸式电力变压器含水量的绝缘电阻表,其特征在于:它包括高压源及电压取样模块、模数转换模块、带自动量程切换的电流测量模块、MCU及外设模块,其中,所述MCU(Micro Control Unit,微控制单元)及外设模块的高压开关通断控制信号输出端连接高压源及电压取样模块的第一信号输入端,所述MCU及外设模块的高压源启停控制信号输出端连接高压源及电压取样模块的第二信号输入端,高压源及电压取样模块的电压采样端连接第一绝缘电阻表的测试端口,高压源及电压取样模块的测试高压分压取样电压输出端连接模数转换模块的第一信号输入端,MCU及外设模块的量程转换开关通断控制信号输出端连接带自动量程切换的电流测量模块的信号输入端,带自动量程切换的电流测量模块的泄漏电流采集端连接第二绝缘电阻表的测试端口,带自动量程切换的电流测量模块的电流测量电路的电压输出端连接模数转换模块的第二信号输入端,模数转换模块的高压分压取样电压的数字值信号输出端连接MCU及外设模块的第一信号输入端,模数转换模块的泄漏电流的数字值信号输出端连接MCU及外设模块的第二信号输入端,所述MCU及外设模块的模数转换模块同步控制信号输出端连接模数转换模块的同步控制信号输入端。
本实用新型的工作原理为:
本实用新型所描述的绝缘电阻表中,高压源及电压取样模块能够产生恒定的直流负高压作为绝缘电阻表的测量电压,同时通过电阻分压电路产生电压取样信号V1;带自动量程切换的电流测量模块将流过待测电阻RX的电流IX转换为电流取样信号V2;模数转换模块中的模数转换芯片ADC1采样电压取样信号V1将其转换为数字信号D1并发送给MCU及外设模块,模数转换模块中的模数转换芯片ADC2采样电流取样信号V2将其转换为数字信号D2并发送给MCU及外设模块;MCU及外设模块通过高压开关的通断控制信号MI和高压源启停控制信号HV连接至高压源及电压取样模块,MCU及外设模块通过高压开关的通断控制信号MI控制高压源及电源模块中的高压真空开关K0的通断实现高压源电压先升压后输出,MCU及外设模块通过高压源启停控制信号HV控制高压源及电压取样模块中高压源的启停;MCU及外设模块给模数转换模块发送控制信号同步信号SYN,控制模数转换芯片ADC1和模数转换芯片ADC2高速同步采样电压、电流取样信号;MCU及外设模块发送量程转换开关K1~K3的通断控制信号NI给带自动量程切换的电流测量模块的电子开关K1~K3,通过控制电子开关K1~K3的通断来改变取样电阻Rf1、取样电阻Rf2和取样电阻Rf3的值,从而达到改变量程的目的。
本实用新型的有益效果为:
1、本实用新型所设计的绝缘电阻表中,采用内阻小的高压源,提高了充电能力,并且在高压源输出级接入了电子开关,通过MCU控制实现先升压再输出高压,使得初始阶段的测试值更加真实;
2、本实用新型所设计的绝缘电阻表中,采用两个独立的数模转换芯片,高速同步地采样电压电流取样信号,并计算绝缘电阻值,以获得更多的绝缘电阻数据;
3、本实用新型所设计的绝缘电阻表中,采用高精度18位模数转换芯片ADC(AD7982)和高精度的基准芯片(REF192-2.5),电流测量分辨力达pA级,大幅提高了信噪比,能有效测量微小的电流信号;
4、本实用新型所设计的绝缘电阻表中,采用大容量的掉电不丢失存储器E2PROM,使得绝缘电阻表可以保存超过5小时的测试时间与绝缘电阻对应的数据。
5、本实用新型所设计的绝缘电阻表中,采用RS232(异步传输标准接口)通信接口,使得绝缘电阻表可以将保存的数据上传至电脑进行分析。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图;
图2为本实用新型中高压源及电压取样模块的电路图;
图3为本实用新型中模数转换模块的电路图;
图4为本实用新型中带自动量程切换的电流测量模块的电路图;
图5为本实用新型中MCU及外设模块的电路图。
其中,1—高压源及电压取样模块、1.1—高压源、2—模数转换模块、3—带自动量程切换的电流测量模块、3.1—运算放大器、4—MCU及外设模块、4.1—MCU模块、4.2—LCD显示模块、4.3—按键控制模块、4.4—掉电不丢失存储器E2PROM模块、4.5—RS232模块。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明:
如图1所示的适合测量油浸式电力变压器含水量的绝缘电阻表,其特征在于:它包括高压源及电压取样模块1、模数转换模块2、带自动量程切换的电流测量模块3、MCU及外设模块4,其中,所述MCU及外设模块4的高压开关通断控制信号输出端连接高压源及电压取样模块1的第一信号输入端,所述MCU及外设模块4的高压源启停控制信号输出端连接高压源及电压取样模块1的第二信号输入端,高压源及电压取样模块1的电压采样端连接第一绝缘电阻表的测试端口(L端口),高压源及电压取样模块1的测试高压分压取样电压输出端连接模数转换模块2的第一信号输入端,MCU及外设模块4的量程转换开关通断控制信号输出端连接带自动量程切换的电流测量模块3的信号输入端,带自动量程切换的电流测量模块3的泄漏电流采集端连接第二绝缘电阻表的测试端口(E端口),带自动量程切换的电流测量模块3的电流测量电路的电压输出端连接模数转换模块2的第二信号输入端,模数转换模块2的高压分压取样电压的数字值信号输出端连接MCU及外设模块4的第一信号输入端,模数转换模块2的泄漏电流的数字值信号输出端连接MCU及外设模块4的第二信号输入端,所述MCU及外设模块4的模数转换模块同步控制信号输出端连接模数转换模块2的同步控制信号输入端。
上述技术方案中,如图2所示所述高压源及电压取样模块1包括高压源1.1、电压取样电阻R1、电压取样电阻R2、滤波电容C1、高压真空开关K0,所述高压源1.1的信号输入端连接所述MCU及外设模块4的高压源启停控制信号输出端,所述电压取样电阻R1、滤波电容C1、高压真空开关K0的一端均连接高压源1.1的信号输出端,高压真空开关K0的另一端连接第一绝缘电阻表的测试端口,高压真空开关K0的控制端连接MCU及外设模块4的高压开关通断控制信号输出端,电压取样电阻R1的另一端通过电压取样电阻R2接地,所述滤波电容C1的另一端接地,电压取样电阻R1的另一端连接模数转换模块2的第一信号输入端。高压源1.1用来产生恒定的直流负高压作为绝缘电阻表的测量电压;高压源启停控制信号HV控制高压源1.1的启停;高压开关通断控制信号MI控制高压真空开关K0的通断实现高压源1.1电压先升压后输出;滤波电容C1并联在高压源1.1输出端L'与地之间,用来滤除直流高压源中的纹波;电压取样信号V1被模数转换模块2中的模数转换芯片ADC1采样并将其转换为高压分压取样电压的数字值D1。
上述技术方案中,如图4所示,所述带自动量程切换的电流测量模块3包括取样电阻Rf1、取样电阻Rf2、取样电阻Rf3、电子开关K1、电子开关K2、电子开关K3及运算放大器3.1,其中,所述运算放大器3.1的输出端连接模数转换模块2的第二信号输入端,所述运算放大器3.1的同向输入端接地,运算放大器3.1的反向输入端连接第二绝缘电阻表的测试端口,运算放大器3.1的反向输入端连接取样电阻Rf1、取样电阻Rf2和取样电阻Rf3的一端,取样电阻Rf1的另一端通过电子开关K1连接运算放大器3.1的输出端,取样电阻Rf2的另一端通过电子开关K2连接运算放大器3.1的输出端,取样电阻Rf3的另一端通过电子开关K3连接运算放大器3.1的输出端,MCU及外设模块4的量程转换开关通断控制信号输出端连接电子开关K1、电子开关K2和电子开关K3的控制端。量程转换开关K1~K3的通断控制信号NI输入到电子开关的控制端口,通过控制电子开关的通断来改变取样电阻Rf的值,从而达到改变量程的目的;测量电压作用于待测电阻RX,在运算放大器3.1(ICL7650)的反向输入端产生一个电流信号IX,电流信号IX流过自动量程切换电路在运算放大器3.1输出端产生电流取样信号V2,电流取样信号V2被模数转换模块2中的模数转换芯片ADC2采样并将其转换为泄漏电流的数字值信号D2。
上述技术方案中,如图3所示,所述模数转换模块2包括基准芯片REF1、基准芯片REF2、模数转换芯片ADC1和模数转换芯片ADC2,所述模数转换芯片ADC1的信号输入端连接高压源及电压取样模块1的测试高压分压取样电压输出端,模数转换芯片ADC1的信号输出端连接MCU及外设模块4的第一信号输入端,模数转换芯片ADC2的信号输入端连接带自动量程切换的电流测量模块3的电流测量电路的电压输出端,模数转换芯片ADC2的信号输出端连接MCU及外设模块4的第二信号输入端,基准芯片REF1连接模数转换芯片ADC1的基准信号输入端,基准芯片REF2连接模数转换芯片ADC2的基准信号输入端,所述MCU及外设模块4的模数转换模块同步控制信号输出端连接模数转换芯片ADC1和模数转换芯片ADC2的同步控制信号输入端。模数转换芯片采用18位的高精度模数转换芯片,其基准芯片采用2.5V高精度基准REF192-2.5;模数转换模块2主要完成采样电压取样信号V1和电流取样信号V2,并对取样信号进行模数转换,将转换后的高压分压取样电压的数字值D1和泄漏电流的数字值信号D2发送给MCU。本实用新型设计的绝缘电阻表中采用两片独立的18位模数转换芯片ADC1和模数转换芯片ADC2,通过MCU发送的同步控制信号SYN实现高速同步测量电压和电流取样信号,同时每块模数转换芯片采用独立的基准芯片REF1和基准芯片REF2,大幅提高了信噪比,使得所设计的绝缘电阻表可以更加准确真实测量小电流信号。
上述技术方案中,如图5所示,所述MCU及外设模块4包括MCU模块4.1、LCD显示模块4.2、按键控制模块4.3、掉电不丢失存储器E2PROM模块4.4、RS232模块4.5,所述MCU模块4.1的显示信号输出端连接LCD显示模块4.2,MCU模块4.1的操控信号输入端连接按键控制模块4.3,MCU模块4.1的存储信号输出端连接掉电不丢失存储器E2PROM模块4.4,MCU模块4.1通信端连接RS232模块4.5。MCU接收高压分压取样电压的数字值D1和泄漏电流的数字值信号D2,并且按欧姆定律的原理计算待测绝缘电阻值;MCU通过RS232模块4.5实现与上位机之间的通讯,将数据上传至上位机;同时绝缘电阻表通过MCU控制并且完成按键中断指令和LCD液晶显示功能;掉电不丢失存储器E2PROM模块4.4的主要功能是存储,由MCU控制大容量的掉电不丢失存储器E2PROM模块4.4完成,MCU能够将测得的超过5小时的绝缘电阻值和测试时间数据保存在掉电不丢失存储器E2PROM模块4.4中。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (5)
1.一种适合测量油浸式电力变压器含水量的绝缘电阻表,其特征在于:它包括高压源及电压取样模块(1)、模数转换模块(2)、带自动量程切换的电流测量模块(3)、MCU及外设模块(4),其中,所述MCU及外设模块(4)的高压开关通断控制信号输出端连接高压源及电压取样模块(1)的第一信号输入端,所述MCU及外设模块(4)的高压源启停控制信号输出端连接高压源及电压取样模块(1)的第二信号输入端,高压源及电压取样模块(1)的电压采样端连接第一绝缘电阻表的测试端口,高压源及电压取样模块(1)的测试高压分压取样电压输出端连接模数转换模块(2)的第一信号输入端,MCU及外设模块(4)的量程转换开关通断控制信号输出端连接带自动量程切换的电流测量模块(3)的信号输入端,带自动量程切换的电流测量模块(3)的泄漏电流采集端连接第二绝缘电阻表的测试端口,带自动量程切换的电流测量模块(3)的电流测量电路的电压输出端连接模数转换模块(2)的第二信号输入端,模数转换模块(2)的高压分压取样电压的数字值信号输出端连接MCU及外设模块(4)的第一信号输入端,模数转换模块(2)的泄漏电流的数字值信号输出端连接MCU及外设模块(4)的第二信号输入端,所述MCU及外设模块(4)的模数转换模块同步控制信号输出端连接模数转换模块(2)的同步控制信号输入端。
2.根据权利要求1所述的适合测量油浸式电力变压器含水量的绝缘电阻表,其特征在于:所述高压源及电压取样模块(1)包括高压源(1.1)、电压取样电阻R1、电压取样电阻R2、滤波电容C1、高压真空开关K0,所述高压源(1.1)的信号输入端连接所述MCU及外设模块(4)的高压源启停控制信号输出端,所述电压取样电阻R1、滤波电容C1、高压真空开关K0的一端均连接高压源(1.1)的信号输出端,高压真空开关K0的另一端连接第一绝缘电阻表的测试端口,高压真空开关K0的控制端连接MCU及外设模块(4)的高压开关通断控制信号输出端,电压取样电阻R1的另一端通过电压取样电阻R2接地,所述滤波电容C1的另一端接地,电压取样电阻R1的另一端连接模数转换模块(2)的第一信号输入端。
3.根据权利要求1或2所述的适合测量油浸式电力变压器含水量的绝缘电阻表,其特征在于:所述带自动量程切换的电流测量模块(3)包括取样电阻Rf1、取样电阻Rf2、取样电阻Rf3、电子开关K1、电子开关K2、电子开关K3及运算放大器(3.1),其中,所述运算放大器(3.1)的输出端连接模数转换模块(2)的第二信号输入端,所述运算放大器(3.1)的同向输入端接地,运算放大器(3.1)的反向输入端连接第二绝缘电阻表的测试端口,运算放大器(3.1)的反向输入端连接取样电阻Rf1、取样电阻Rf2和取样电阻Rf3的一端,取样电阻Rf1的另一端通过电子开关K1连接运算放大器(3.1)的输出端,取样电阻Rf2的另一端通过电子开关K2连接运算放大器(3.1)的输出端,取样电阻Rf3的另一端通过电子开关K3连接运算放大器(3.1)的输出端,MCU及外设模块(4)的量程转换开关通断控制信号输出端连接电子开关K1、电子开关K2和电子开关K3的控制端。
4.根据权利要求1或2所述的适合测量油浸式电力变压器含水量的绝缘电阻表,其特征在于:所述模数转换模块(2)包括基准芯片REF1、基准芯片REF2、模数转换芯片ADC1和模数转换芯片ADC2,所述模数转换芯片ADC1的信号输入端连接高压源及电压取样模块(1)的测试高压分压取样电压输出端,模数转换芯片ADC1的信号输出端连接MCU及外设模块(4)的第一信号输入端,模数转换芯片ADC2的信号输入端连接带自动量程切换的电流测量模块(3)的电流测量电路的电压输出端,模数转换芯片ADC2的信号输出端连接MCU及外设模块(4)的第二信号输入端,基准芯片REF1连接模数转换芯片ADC1的基准信号输入端,基准芯片REF2连接模数转换芯片ADC2的基准信号输入端,所述MCU及外设模块(4)的模数转换模块同步控制信号输出端连接模数转换芯片ADC1和模数转换芯片ADC2的同步控制信号输入端。
5.根据权利要求1或2所述的适合测量油浸式电力变压器含水量的绝缘电阻表,其特征在于:所述MCU及外设模块(4)包括MCU模块(4.1)、LCD显示模块(4.2)、按键控制模块(4.3)、掉电不丢失存储器E2PROM模块(4.4)、RS232模块(4.5),所述MCU模块(4.1)的显示信号输出端连接LCD显示模块(4.2),MCU模块(4.1)的操控信号输入端连接按键控制模块(4.3),MCU模块(4.1)的存储信号输出端连接掉电不丢失存储器E2PROM模块(4.4),MCU模块(4.1)通信端连接RS232模块(4.5)。
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C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |