CN205139353U - 一种交流分压器自动校验装置 - Google Patents

Abstract

一种交流分压器自动校验装置，包括依次连接的工控机系统、宽频高稳电源、中频升压变压器、标准宽频分压器，标准宽频分压器用于与待检交流分压器并联连接。工控机系统用于根据预先设定的电压检测点，发出控制信号控制宽频高稳电源输出电压的频率和幅值，对标准宽频分压器进行电压采样，采用反馈自动控制调节标准宽频分压器高压端的电压与目标设定电压的误差，当标准宽频分压器高压端的电压达到预先设定的电压检测点时自动停止升压；中频升压变压器用于对宽频高稳电源的输出电压升压后输出至标准宽频分压器和待检交流分压器。本实用新型输出电压稳定，波形畸变率小，频率偏差小，可避免由电压质量问题造成的阻容性分压器读数变化，整个检测和校验过程全自动，可避免手动调压或机械调压过程操作失误。

Description

一种交流分压器自动校验装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统高压计量设备的自动化校验技术领域，具体是一种交流分压器自动校验装置。

背景技术

交流分压器等高压计量设备在进行计量校验时需要将其读数值与标准计量设备进行对比，因此在校验过程中需要对被检测高压计量设备和标准高压计量设备输入最高至额定电压的高压，此时所需要的电源容量非常大，通常只能使用市电加调压变或者逆变电源作为中频升压变压器的输入电源进行升压。市电的波动较大且波形畸变率可能会比较高，频率存在一定的波动，这样就造成了在进行校验时标准计量设备的读数也会一直跳动，且因为频率和波形畸变率的影响，作为参考的标准计量设备也存在一定的误差，且市电加调压变压器只能针对50Hz的工频分压器进行校验；而使用逆变电源作为中频升压变压器的供电电源时，通常输出波形的畸变率较高，且存在大量的高频干扰分量，其中高频干扰会严重影响分压器的读数使被检测交流分压器的读数产生波动和零位漂移。

实用新型内容

针对现有技术的上述不足，本实用新型提供一种交流分压器自动校验装置，可实现校验过程自动升压降压及稳压，校验频率从30Hz～300Hz，校验时输出电压非常稳定且谐波含量极低，整个升压过程中频率和波形畸变率非常小，从而可以避免频率变化造成对阻容性分压器的读数变化，整个检测和校验过程全自动，可以避免手动调压或者机械调压过程操作失误。

一种交流分压器自动校验装置，包括依次连接的工控机系统、宽频高稳电源、中频升压变压器、标准宽频分压器，标准宽频分压器用于与待检交流分压器并联连接；

所述工控机系统，用于根据预先设定的电压检测点，发出控制信号控制宽频高稳电源输出电压的频率和幅值，对标准宽频分压器进行电压采样，采用反馈自动控制调节标准宽频分压器高压端的电压与目标设定电压的误差，当标准宽频分压器高压端的电压达到预先设定的电压检测点时自动停止升压；

所述宽频高稳电源包括控制器、标准信号发生器、大功率开关电源、线性功率放大模块、输出滤波器，所述控制器用于接收所述工控机系统发出的控制信号，将所述控制信号送入标准信号发生器产生标准正弦波，所述线性功率放大模块包括8个并联的功率放大模块及与每个功率放大模块输出端串联的隔离变压器，所述标准信号发生器产生的标准正弦电压经过8个功率放大模块放大后成为8组线性功率放大交流电压信号，然后经过隔离变压器输出级联产生0～400V的交流电压，经过输出滤波器滤波后得到宽频高稳电源的输出电压；

所述中频升压变压器用于对宽频高稳电源的输出电压升压后输出至标准宽频分压器和待检交流分压器。

如上所述的交流分压器自动校验装置，所述宽频高稳电源还包括大功率开关电源，用于通过交流接触器、断路器接入市电，产生8组正负70V的直流电压分别为线性功率放大模块的8个功率放大模块供电。

如上所述的交流分压器自动校验装置，所述宽频高稳电源还包括过流保护电路、安装在线性功率放大模块上的温度传感器，输出滤波器与过流保护电路连接，过流保护电路中的过检测信号输出端和温度传感器与控制器连接，当过流保护电路检测到输出电流过载或温度传感器检测到温度过限时，控制器发送故障保护命令至远程工控机系统以切断线性功率放大模块的供电。

如上所述的交流分压器自动校验装置，所述工控机系统包括工控机、数据采集与控制电路、设在交流接触器上的交流接触器控制线圈，数据采集与控制电路与工控机连接，交流接触器控制线圈与数据采集与控制电路连接，在收到宽频高稳电源发出的故障保护命令后，工控机通过数据采集与控制电路控制交流接触器控制线圈将交流接触器断开以切断市电供电。

如上所述的交流分压器自动校验装置，所述工控机系统还包括与工控机连接的显示器，所述数据采集与控制电路还用于将接收的标准宽频分压器高压端的电压以及宽频高稳电源的输出电流电压信号，并在显示器上进行显示。

本实用新型的有益效果在于：

1、本装置基于宽频高稳电源连接中频升压变压器进行升压，提供的输出电压频率范围为30～300Hz，输出频率误差小于0.01Hz，能实现对宽频分压器的不同频率特性进行检验。

2、本装置基于宽频高稳电源连接中频升压变压器进行升压，宽频高稳电源的输出电压基于线性功率放大器进行放大，输出信号的波形畸变率与高频分量含量极低，从而可以使驱动中频升压变压器的交流电压做到非常稳定，输出正弦波波形畸变率小于1％，输出正弦电压波动和闪变小于0.1％。

附图说明

图1是本实用新型交流分压器自动校验装置的工作原理图；

图2是本实用新型中宽频高稳电源的电路结构示意图；

图3是图2中线性功率放大模块的电路结构示意图；

图4是本实用新型中工控机系统的内部原理框图；

图5是本实用新型交流分压器自动校验方法的流程示意图。

图中：1—工控机系统，2—宽频高稳电源，3—中频升压变压器，4—标准宽频分压器，5—待检交流分压器，6—数字电压表，11—工控机，12—数据采集与控制电路，13—显示器，14—交流接触器控制线圈，21—控制器，22—标准信号发生器，23—大功率开关电源，24—线性功率放大模块，25—输出滤波器，26—过流保护电路，27—温度传感器，241—功率放大模块，242—隔离变压器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1所示为本实用新型交流分压器自动校验装置的工作原理图，其用于对待检交流分压器5进行校验，所述交流分压器自动校验装置包括依次连接的工控机系统1、宽频高稳电源2、中频升压变压器3、标准宽频分压器4、数字电压表6，标准宽频分压器4与待检交流分压器5并联连接，标准宽频分压器4的低压臂与工控机系统1连接，用于将标准宽频分压器4高压端的电压反馈至工控机系统1，数字电压表6与待检交流分压器5连接，数字电压表6用于显示待检交流分压,5的电压，试验人员记录此电压值，同时记录工控机系统1显示的标准电压值，然后对被检交流分压器5的电压校验评定。

所述工控机系统1，用于通过RS232通信口发出控制信号控制宽频高稳电源2输出电压的频率和幅值，标准宽频分压器4采集实际输出高电压值送入工控机系统1，与设定的目标电压进行比较后，将差值作为控制信号实现对宽频稳压电源2的调节，使得目标电压和实际输出的电压的误差最小。当标准宽频分压器4高压端的电压达到预先设定的检测点时自动停止升压(即停止向宽频高稳电源2发送控制信号)。

请进一步参考图2，所述宽频高稳电源2包括控制器21、标准信号发生器22、大功率开关电源23、线性功率放大模块24、输出滤波器25、过流保护电路26、温度传感器27。

所述控制器21(例如高速单片机C8051F020)的其中一个信号输入端通过RS232通信口与工控机系统1连接，用于接收工控机系统1发送的控制信号，所述控制器21的控制信号端与所述标准信号发生器22连接，以将控制信号送入标准信号发生器22(例如DCS芯片AD9851)产生标准正弦波。

所述大功率开关电源23用于通过交流接触器、断路器接入市电(即三相工频交流电源为其供电)，产生8组正负70V的直流电压为线性功率放大模块24供电。所述线性功率放大模块24的输出端与输出滤波器25、过流保护电路26依次连接，过流保护电路26中的过检测信号输出端和温度传感器27与控制器21连接，温度传感器27安装在线性功率放大模块24上，其中过检测信号输出端用于将检测的输出电流信号传送给控制器21，温度传感器27置于线性功率放大模块24附近，用于实时监测线性功率放大模块24的温度，并传送给控制器21。

所述标准信号发生器22在控制器21控制下产生标准正弦电压，然后进入线性功率放大模块24进行放大。请进一步参考图3，所述线性功率放大模块24包括8个并联的功率放大模块241及与每个功率放大模块241输出端串联的隔离变压器242，所述标准信号发生器22产生的标准正弦电压经过8个功率放大模块241放大后成为8组线性功率放大交流电压信号，然后经过隔离变压器242输出级联产生0～400V的交流电压，实现功率的叠加放大与电压的叠加输出，再经过输出滤波器25滤波后得到宽频高稳电源2的输出电压。由于隔离变压器242的输出电压来源于线性功率放大器，所以输出电压的波形畸变率极低，输出电压信号的高频分量含量极低。因此驱动—中频升压变压器的交流电压非常稳定，整个校验装置产生的高压值就非常稳定。

宽频高稳电源2的控制器21接收工控机系统1经RS232发送的控制信号，送入标准信号发生器22产生标准正弦波控制线性功率放大模块24，从而改变宽频高稳电源2的输出电压频率和幅值。宽频高稳电源2输出电压只由工控机系统1发出的控制信号决定，不受电网电压波动的影响，整个测量过程中控制器21不断检测输出电流的幅值以及线性功率放大模块24的温度，控制器21当输出电流过载或温度过限时立刻启动过流保护或温度检测保护，发送故障保护命令至远程工控机系统1以切断线性功率放大模块24的供电。整个宽频高稳电源2的输出功率不低于20KVA，输出电压幅值为0～200V和0～400V两个档位。

所述中频升压变压器3与标准宽频分压器4连接，标准宽频分压器4的高压侧的电压加至被检测设备(即待检交流分压器5)，并通过标准宽频分压器4实时记录输出电压的波形和数值。待用户输入被检测设备的读数后，装置再次自动升压至下一个检测点。装置的输出电压范围为0～200kV，波形畸变率低于1％，并且输出正弦电压波动值小于0.1％读数+0.01kV，频率误差小于0.01Hz。

所述中频升压变压器3是一种电磁式变压器，其输入输出电压的频率范围为30～300Hz，输入电压0～440V，输出电压0～200kV。为了保证中频升压变压器3在30Hz达到最高输出电压且不饱和(正常工作)，中频升压变压器3在50Hz工频下的输出额定功率是宽频高稳电源2最大输出功率的2倍，中频升压变压器3所使用的铁芯的功率容量比同条件下工频变压器的铁芯容量高1.67倍以上。考虑到中频升压变压器3输出电压较高且容量较大，其内部绝缘材料选用SF6气体。中频升压变压器3还具备一组测量线圈与中频升压变压器3的低压输入绕组绕在同一个铁芯上作为测量电压互感器使用，其额定输出电压是100V，用于在中频升压变压器3工作过程中监视高压输出。

请进一步参考图4，所述工控机系统1包括工控机11、数据采集与控制电路12、显示器13、交流接触器控制线圈14。数据采集与控制电路12和显示器13与工控机11连接，交流接触器控制线圈14与数据采集与控制电路12连接。所述工控机11包括操作控制台及与操作控制台连接的操作计算机，操作计算机用于接收输入的待检的电压值，操作控制台上设有4个数字面板表、电源合按钮、电源分按钮、紧急停止按钮，其中电源合按钮为试验开始控制宽频高稳电源2合，电源分按钮为试验结束控制宽频高稳电源2分，紧急停止按钮为操作过程中临时切断宽频高稳电源2。数据采集与控制电路12用于将接收的标准宽频分压器4高压端的电压以及中频升压变压器3的输入电压和输入电流信号(中频升压变压器3的输入电流电压信号即为宽频高稳电源2的输出电流电压信号)在显示器13上进行显示，在整个试验过程中工控机系统1监测标准宽频分压器4的输出电压、宽频高稳电源2的输出电压及电流的幅值，实现监控整个自动化校准系统的运行状态，一旦异常立刻切断整个装置的高压供电系统，例如，在收到宽频高稳电源2发出的故障保护命令后，工控机11通过数据采集与控制电路12控制交流接触器控制线圈14将交流接触器断开，以切断市电供电，对宽频高稳电源2进行保护。

交流接触器控制线圈14用于控制宽频高稳电源2的输入电源，一旦控制软件检测到系统异常，工控机11经数据采集与控制电路12断开交流接触器控制线圈14，从而切断三相供电电源以保护宽频高稳电源2。操作控制台的工控机通过RS232端口控制宽频高稳电源2的输出电压值，并且通过数据采集与控制电路12不断的采集并监视宽频高稳电源2的输出电压、输出电流和中频升压变压器的输出高压值。

标准宽频分压器4是一种纯容性分压器，高压臂电容为100pF，介损值小于0.00001，为了保证其电容量的稳定，高压电容内部绝缘材料采用SF6气体。低压臂由4×1μF的宽频高稳定性云母电容组成，并且在4个云母电容两端并联一个1MΩ的精密电阻，作用是当分压器不工作时释放残存在云母电容上的能量，保证每次测量起始时低压臂的4μF电容始终是从零电位开始升压，不存在直流分量偏差。由并联1MΩ电阻引起分压器变比误差的影响可以引入一个频率变比校验因子K_f，通过采集系统进行修正，保证了测量精度。K_f与当前标准宽频分压器上信号的频率相关，信号的频率和幅值由控制模块控制施加并且采集处理，对频率的校验非常容易实现。

以下为本实用新型提供的装置实现自动化调压过程控制的工作原理：

所述工控机系统1内装有就控制软件，其流程图如图5所示。以对200kV工频分压器检测为例，设置上升及下降过程待检测的电压点：20kV，40kV，60kV……160kV，180kV，200kV，设置电压频率50Hz。装置从零开始升压，达到20kV时保持输出电压，此时操作人员记录数字电压表6显示的待检交流分压器5的读数，然后装置继续自动升压至下个电压点，依次类推完成所有电压点的校准。

在试验前将需要校验的电压上升下降点设置在工控机系统1中。标准宽频分压器4采集实际输出高电压值，与设定的目标电压之差值作为反馈信号，工控机系统1控制宽频高稳电源2的输出电压变化。当差值小于0.1kV时，输出电压保持稳定。在整个校验过程中，工控机系统1通过数据采集与控制电路12不断监视宽频高稳电源2的输出电压与输出电流情况。当检测到中频升压变压器3的输入电流峰值突然大于宽频高稳电源2最大输出电流的1.414倍时，认为此时试品发生击穿短路，装置立刻切断宽频高稳电源2的三相供电回路；当检测到标准宽频分压器4高压端电压与宽频高稳电源2输出电压的比值小于中频升压变压器3额定变比的95％时，认为此时回路发生过载，装置立刻切断宽频高稳电源2的三相供电回路；当检测到标准宽频分压器4高压端电压对宽频高稳电源2的输出电压比值大于中频升压变压器3额定变比的110％时，认为系统发生了谐振，此时工控机系统1调整宽频高稳电源2输出电压的调整幅度，例如电压变化的步长，以防止调压过程过快产生过电压。具体的，将额定变化步长乘以Ns作为新的宽频高稳电源输出电压步长，Ns的计算公式如下式所示：

$N_s=\frac{V_s\×K_p}{V_p},$

其中Vs为宽频高稳电源2的实际输出电压，Vp为中频升压变压器3的实际输出电压，Kp为中频升压变压器3的额定变比。

Claims (5)

1.一种交流分压器自动校验装置，其特征在于：包括依次连接的工控机系统(1)、宽频高稳电源(2)、中频升压变压器(3)、标准宽频分压器(4)，标准宽频分压器(4)用于与待检交流分压器(5)并联连接；

所述工控机系统(1)，用于根据预先设定的电压检测点，发出控制信号控制宽频高稳电源(2)输出电压的频率和幅值，对标准宽频分压器(4)进行电压采样，采用反馈自动控制调节标准宽频分压器(4)高压端的电压与目标设定电压的误差，当标准宽频分压器(4)高压端的电压达到预先设定的电压检测点时自动停止升压；

所述宽频高稳电源(2)包括控制器(21)、标准信号发生器(22)、大功率开关电源(23)、线性功率放大模块(24)、输出滤波器(25)，所述控制器(21)用于接收所述工控机系统(1)发出的控制信号，将所述控制信号送入标准信号发生器(22)产生标准正弦波，所述线性功率放大模块(24)包括8个并联的功率放大模块(241)及与每个功率放大模块(241)输出端串联的隔离变压器(242)，所述标准信号发生器(22)产生的标准正弦电压经过8个功率放大模块(241)放大后成为8组线性功率放大交流电压信号，然后经过隔离变压器(242)输出级联产生0～400V的交流电压，经过输出滤波器(25)滤波后得到宽频高稳电源(2)的输出电压；

所述中频升压变压器(3)用于对宽频高稳电源(2)的输出电压升压后输出至标准宽频分压器(4)和待检交流分压器(5)。

2.如权利要求1所述的交流分压器自动校验装置，其特征在于：所述宽频高稳电源(2)还包括大功率开关电源(23)，用于通过交流接触器、断路器接入市电，产生8组正负70V的直流电压分别为线性功率放大模块(24)的8个功率放大模块(241)供电。

3.如权利要求1或2所述的交流分压器自动校验装置，其特征在于：所述宽频高稳电源(2)还包括过流保护电路(26)、安装在线性功率放大模块(24)上的温度传感器(27)，输出滤波器(25)与过流保护电路(26)连接，过流保护电路(26)中的过检测信号输出端和温度传感器(27)与控制器(21)连接，当过流保护电路(26)检测到输出电流过载或温度传感器(27)检测到温度过限时，控制器(21)发送故障保护命令至远程工控机系统(1)以切断线性功率放大模块(24)的供电。

4.如权利要求2所述的交流分压器自动校验装置，其特征在于：所述工控机系统(1)包括工控机(11)、数据采集与控制电路(12)、设在交流接触器上的交流接触器控制线圈(14)，数据采集与控制电路(12)与工控机(11)连接，交流接触器控制线圈(14)与数据采集与控制电路(12)连接，在收到宽频高稳电源(2)发出的故障保护命令后，工控机(11)通过数据采集与控制电路(12)控制交流接触器控制线圈(14)将交流接触器断开以切断市电供电。

5.如权利要求4所述的交流分压器自动校验装置，其特征在于：所述工控机系统(1)还包括与工控机(11)连接的显示器(13)，所述数据采集与控制电路(12)还用于将接收的标准宽频分压器(4)高压端的电压以及宽频高稳电源(2)的输出电流电压信号，并在显示器(13)上进行显示。