CN207148223U - 一种大型电力设备宽频阻抗特性的测量系统 - Google Patents

一种大型电力设备宽频阻抗特性的测量系统 Download PDF

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刘石
姚晖
何文林
詹江杨
杨智
邵先军
王绍安
陈珉
刘浩军
孙林涛
齐磊
陈宁
李小萌
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Abstract

本实用新型公开了一种大型电力设备宽频阻抗特性的测量系统。目前,尚未有人提出利用较长同轴电缆测量大型电力设备宽频阻抗特性的接线方式。本实用新型的测量系统包括阻抗分析仪,所述的阻抗分析仪的测量端口连接两根第一同轴电缆,所述的两根第一同轴电缆的屏蔽层双端接地或始端接地末端短接,两根第一同轴电缆的芯线末端用于连接被测设备。本实用新型采用同轴电缆屏蔽层两种连接方式中的任一种,即屏蔽层双端接地或屏蔽层首端接地末端短接,就可以消除长电缆空间位置变化对电缆电气参数的影响,电力设备宽频阻抗特性的测量结果准确。

Description

一种大型电力设备宽频阻抗特性的测量系统
技术领域
本实用新型涉及电力设备特性测量领域,具体地说是一种大型电力设备宽频阻抗特性的测量系统。
背景技术
电力设备的宽频建模广泛地应用于电力系统电磁暂态分析与电磁骚扰分析。电力设备的宽频阻抗特性是进行宽频建模的基础。电力设备宽频模型可以分为有实际物理意义的机理模型和黑箱模型。在建立电力设备的机理模型时,需将所建立模型的宽频阻抗特性与实际测量获得的宽频阻抗特性进行对比,以验证建立模型的正确性。在建立黑箱模型的过程中,宽频阻抗特性更是建模的依据。因此,准确地测量电力设备的宽频阻抗特性对宽频建模具有重要的意义。
目前,电力设备宽频特性的主要测试方法有:基于阻抗分析仪的测量法、基于网络分析仪的散射参数测量法和时域脉冲测量法。前两种测试方法可以使用成熟的商业测量设备,具有较高的测量精度且操作方便,在宽频阻抗测试领域应用广泛。
阻抗分析仪的测量原理主要有:平衡电桥、电压电流法(I-V)。这两种方法均需要利用合适的夹具或/和引线将测试设备与被测对象连接。由于阻抗分析仪更多的应用场合是小型电子元件或材料的阻抗特性测量,所以设备厂家提供的测量夹具不能满足测量大型电力设备的需要。一般在测量大型电力设备的宽频阻抗特性时必须要使用较长的测量电缆。电缆自身的电阻、电容、电感等因素会显著的影响测量结果,并且随着频率的升高及电缆长度的增长对结果的影响更严重。对于此问题,国内外已有文献公开了一些研究,主要的内容是基于传输线理论利用计算或测量的方法校验测试电缆的影响;其中,利用计算校验的方式需要知道准确的电缆单位长度参数,在应用中有一定的限制;测量校验的方法是指利用“开路、短路、负载校验”的方式消除长引线的影响。虽然“开路、短路、负载校验”是一种较为成熟的方法,但是在实际应用中校验效果受到电缆接线等因素的影响。目前,尚未有人提出利用较长同轴电缆测量大型电力设备宽频阻抗特性的接线方式。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷,提供一种大型电力设备宽频阻抗特性的测量系统,其保证测量用长电缆的电气参数不随测量回路的空间位置变化而改变,以消除长电缆空间位置变化对电缆电气参数的影响,使电力设备宽频阻抗特性的测量结果准确。
为此,本实用新型采用如下的技术方案:一种大型电力设备宽频阻抗特性的测量系统,包括阻抗分析仪,所述的阻抗分析仪的测量端口连接两根第一同轴电缆,所述的两根第一同轴电缆的屏蔽层双端接地或始端接地末端短接,两根第一同轴电缆的芯线末端用于连接被测设备。
由于被测设备尺寸较大,测量电力设备宽频阻抗特性时需要用到较长的测量电缆。在阻抗分析仪进行“开路、短路、负载校验”以及测量电力设备阻抗特性时,电缆空间位置会发生变化。因此,为准确地测量电力设备的宽频阻抗特性,需要保证测量回路(测量用长电缆)的电气参数不随测量回路的空间位置变化而改变。为此,本实用新型采用同轴电缆屏蔽层两种连接方式中的任一种,即屏蔽层双端接地或屏蔽层首端接地末端短接,就可以消除长电缆空间位置变化对电缆电气参数的影响。
所述阻抗分析仪的测量端口为两个时,采用如下的补充方案:
所述阻抗分析仪的两个测量端口分别采用一个BNC接头与所述的两根第一同轴电缆连接。
所述的两个BNC接头外壳采用一金属板短接,使两根第一同轴电缆的屏蔽层的始端都接地。
所述阻抗分析仪的测量端口为四个时,采用如下的补充方案:
所述的阻抗分析仪的四个测量端口通过一个四转二夹具与所述的两根第一同轴电缆连接,所述四转二夹具的两个输出端口分别与两根第一同轴电缆连接,四转二夹具的四个输入端口分别与对应的阻抗分析仪测量端口连接。
所述的四转二夹具包括四根第二同轴电缆、两个BNC三通接头和四个BNC接头,第二同轴电缆的始端采用BNC接头与对应的阻抗分析仪测量端口连接,相邻的两根第二同轴电缆的末端采用一BNC三通接头与一根第一同轴电缆的始端连接。
所述的四个BNC接头外壳采用一金属板短接,使四根第二同轴电缆的屏蔽层的始端都接地。
本实用新型具有的有益效果如下:本实用新型采用特殊的同轴电缆屏蔽层连接方式,保证了测量用长电缆的电气参数不随测量回路的空间位置变化而改变,消除了长电缆空间位置变化对电缆电气参数的影响,电力设备宽频阻抗特性的测量结果准确。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的结构示意图;
图2为本实用新型实施例1中两根第一同轴电缆屏蔽层的另一种连接方式示意图;
图3为本实用新型实施例2的结构示意图;
图4为本实用新型实施例2中四转二夹具的结构示意图;
图5为本实用新型实施例2中两根第一同轴电缆屏蔽层的另一种连接方式示意图;
图6为同轴电缆屏蔽层不接地的测量结果图(图6中,上图的纵坐标为幅值,下图的纵坐标为相角);
图7为同轴电缆屏蔽层仅始端接地的测量结果图(图7中,上图的纵坐标为幅值,下图的纵坐标为相角);
图8为同轴电缆屏蔽层双端接地的测量结果图(图8中,上图的纵坐标为幅值,下图的纵坐标为相角);
图9为同轴电缆屏蔽层始端接地末端短接的测量结果图(图9中,上图的纵坐标为幅值,下图的纵坐标为相角);
图6-9中,A表示直接测量的结果,B表示采用引线间距离d1测量的结果,C表示采用引线间距离d2测量的结果,D表示采用引线间距离d3测量的结果;
图10为测量结果校验前后的对照示意图(图10中,上图的纵坐标为幅值,下图的纵坐标为相角)。
图中,1-阻抗分析仪,2-第一同轴电缆,3-屏蔽层,4-芯线,5-BNC接头,6-金属板,7-四转二夹具,8-第二同轴电缆,9-BNC三通接头。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
实施例1
如图1所示的一种大型电力设备宽频阻抗特性的测量系统,阻抗分析仪1的测量端口连接两根第一同轴电缆2,所述的两根第一同轴电缆2的屏蔽层3始端接地末端短接,两根第一同轴电缆2的芯线4末端用于连接被测设备。
所述阻抗分析仪1的测量端口为两个,分别采用一个BNC接头5与所述的两根第一同轴电缆2连接。所述的两个BNC接头外壳采用金属板6短接。
两根第一同轴电缆2的屏蔽层3也可以采用双端接地(即始、末端均接地),如图2所示,同样能达到本实用新型的目的。
上述测量系统进行宽频阻抗特性测量的步骤如下:
1)利用阻抗分析仪自带的“开路、短路”校验程序进行校验;
2)在阻抗分析仪的两个测量端口连接两根合适长度的第一同轴电缆,并选择两种屏蔽层连接方式中的一种,即两根第一同轴电缆的屏蔽层双端接地或始端接地末端短接;
3)第一同轴电缆的末端开路测量开路阻抗特性Zo;第一同轴电缆的末端短路测量短路阻抗Zs;第一同轴电缆的末端接负载,测量负载阻抗特性Zlm;直接测量负载的真实阻抗特性Zl
3)第一同轴电缆的末端接被测设备,测量得到被测设备的宽频阻抗Zxm
4)利用校验公式与测量数据校验获得电力设备校验后的阻抗特性Zx,校验公式如下:
实施例2
如图3所示的一种大型电力设备宽频阻抗特性的测量系统,所述的阻抗分析仪1的四个测量端口通过四转二夹具7与所述的两根第一同轴电缆2连接。如图4所示,所述的四转二夹具7包括四根第二同轴电缆8、两个BNC三通接头9和四个BNC接头5,第二同轴电缆8的始端采用BNC接头5与对应的阻抗分析仪1测量端口连接,相邻的两根第二同轴电缆8的末端采用BNC三通接头9与一根第一同轴电缆2的始端连接。所述的四个BNC接头5外壳采用金属板6短接。所述的两根第一同轴电缆2的屏蔽层3始端接地末端短接,两根第一同轴电缆2的芯线4末端用于连接被测设备。
两根第一同轴电缆2的屏蔽层3也可以采用双端接地(即始、末端均接地),如图5所示,同样能达到本实用新型的目的。
上述测量系统进行宽频阻抗特性测量的步骤如下:
1)将四转二夹具安装在阻抗分析仪上,并利用阻抗分析仪自带的“开路、短路”校验程序进行校验;
2)在四转二夹具后连接两根合适长度的第一同轴电缆,并选择两种屏蔽层连接方式中的一种,即两根第一同轴电缆的屏蔽层双端接地或始端接地末端短接;
3)第一同轴电缆的末端开路测量开路阻抗特性Zo;第一同轴电缆的末端短路测量短路阻抗Zs;第一同轴电缆的末端接负载,测量负载阻抗特性Zlm;直接测量负载的真实阻抗特性Zl
3)第一同轴电缆的末端接被测设备,测量得到被测设备的宽频阻抗Zxm
4)利用校验公式与测量数据校验获得电力设备校验后的阻抗特性Zx,校验公式如下:
采用上述测量系统和测量方法在实验室开展测量。利用安捷伦4294阻抗分析仪与两根长15m的电缆测量一个220V电源变压器40-10MHz的宽频阻抗。任意设置三组不同的引线间距离,即图6-9中的同轴电缆距离d,分别d1=0、d2=0.5m、d3=1.5m。其中在引线距离为d2、d3时,改变了两根电缆的离地距离。在每个引线距离下分别测量两根同轴电缆屏蔽层不接地、屏蔽层仅始端接地、屏蔽层双端接地、屏蔽层始端接地且末端短接时试品变压器的宽频阻抗特性。结果如图所示。图6和图7分别对应屏蔽层不接地、仅始端接地时不同引线距离的测量结果,图中三个引线距离的测量结果有差别较大。而图8和图9对应始端接地且末端短接、屏蔽层双端接地时不同引线距离的测量结果,三个引线间距离的测量结果是一致的。因此说明了当同轴电缆屏蔽层接地且形成回路时空间位置变化不再影响测量回路参数。
本实用新型的屏蔽层接线方式消除了引线空间位置对电缆电气参数的影响,再利用“开路、短路、负载校验”可以达到消除长引线对测量结果影响的目的。对小变压器进行校验后的结果如图10所示,图中曲线A是小变压器直接测量的结果(真实阻抗值),曲线B是用长引线测量的结果(校验前),曲线C是进行校验后的结果。从图中可以看出,校验后的结果与小变压器的真实阻抗值基本吻合,因此上述方法可以消除长引线对测量结果的影响。

Claims (6)

1.一种大型电力设备宽频阻抗特性的测量系统,包括阻抗分析仪(1),其特征在于,所述的阻抗分析仪(1)的测量端口连接两根第一同轴电缆(2),所述的两根第一同轴电缆的屏蔽层(3)双端接地或始端接地末端短接,两根第一同轴电缆的芯线(4)末端用于连接被测设备。
2.根据权利要求1所述的测量系统,其特征在于,所述阻抗分析仪(1)的测量端口为两个,分别采用一个BNC接头(5)与所述的两根第一同轴电缆(2)连接。
3.根据权利要求2所述的测量系统,其特征在于,所述的两个BNC接头(5)外壳采用一金属板(6)短接。
4.根据权利要求1所述的测量系统,其特征在于,所述的阻抗分析仪(1)的测量端口为四个,通过一个四转二夹具(7)与所述的两根第一同轴电缆(2)连接,所述四转二夹具(7)的两个输出端口分别与两根第一同轴电缆(2)连接,四转二夹具(7)的四个输入端口分别与对应的阻抗分析仪(1)测量端口连接。
5.根据权利要求4所述的测量系统,其特征在于,所述的四转二夹具(7)包括四根第二同轴电缆(8)、两个BNC三通接头(9)和四个BNC接头(5),第二同轴电缆(8)的始端采用BNC接头(5)与对应的阻抗分析仪(1)测量端口连接,相邻的两根第二同轴电缆(8)的末端采用一BNC三通接头(9)与一根第一同轴电缆(2)的始端连接。
6.根据权利要求5所述的测量系统,其特征在于,所述的四个BNC接头(5)外壳采用一金属板(6)短接。
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CN112083237A (zh) * 2020-07-31 2020-12-15 西安交通大学 一种用于大尺度电气设备宽频特性时域测量方法及系统

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