CN210894522U - 一种改进型线路工频参数测试仪 - Google Patents

一种改进型线路工频参数测试仪 Download PDF

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马爱军
张锋良
陈永炜
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陈伟琦
李政
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Abstract

本实用新型公开了一种改进型线路工频参数测试仪,包括控制板及依次相连的变频电源电路、三相信号隔离单元、滤波模块和可控切换测量单元,控制板连接电源,控制板连接滤波模块,变频电源电路与控制板连接,可控切换测量单元与控制板连接,变频电源电路连接电源,可控切换测量单元成测量端。变频电源中AC‑DC整流电路连接DC‑AC逆变电路,DC‑AC逆变电路连接升压变压器,升压变压器连接三项信号隔离单元,DC‑AC逆变电路连接反馈电路,反馈电路连接SPWM控制电路,SPWM控制电路连接IGBT驱动电路,IGBT驱动电路连接DC‑AC逆变电路。本实用新型提供一种抗干扰的能力强,短距离电缆出线测量精度高的改进型线路工频参数测试仪。

Description

一种改进型线路工频参数测试仪
技术领域
本实用新型涉及一种输变电线路电气试验领域,尤其是涉及一种线路工频参数测试仪。
背景技术
目前开展的线路工频参数测试存在一些难题,例如:具有较高感应电压的架空输电线路工参测试干扰较大的、短距离电缆线路阻抗参数由于容量较大不易测试准确的情况。而目前所用的工参测试仪并不能很好解决现在存在的问题,尤其在对短距离电缆出线的工参测试时,线路工频参数测量准确性、精度不够高。
输电线路工频参数所采用的测量技术面临以下几个关键的技术问题:
1.随着电压等级和输电容量的增加,待测输电线路上的感应电压和感应电流越来越强。
2.现代电网中双回或多回输电线路的首端或末端大多不在同一网络节点上,为了进行参数检测,同时停电进行测量是不现实的。
3.在测试输电线路的工频参数时,不可避免的要面对来自同一杆塔其它回路或邻近线路的干扰。
这些干扰往往包含有静电感应、电磁感应和载波通信线路产生的高频感应。这些干扰电压和电流会随着输电线路电压等级的升高以及输电线路长度的增加而显著增强。强干扰环境下采用常规的输电线路工频参数测量方法来进行测量时,其测量精度已很难满足工程实际应用需求,特别是在某些极端情况下甚至还难以进行有效的测量。
实用新型内容
本实用新型是为了克服现有技术的线路工频参数测试仪在使用过程中易受干扰和短距离电缆出线测量精度不够的问题,提供一种抗干扰和短距离电缆出线测量精度高的改进型线路工频参数测试仪。
为了实现上述目的,本实用新型采用以下技术方案:
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种改进型线路工频参数测试仪,包括控制板及依次相连的变频电源电路、三相信号隔离单元、滤波模块和可控切换测量单元,控制板第一输入端连接电源,控制板第二输入端连接滤波模块第一输出端,变频电源电路与控制板连接,可控切换测量单元与控制板连接,变频电源电路第一输入端连接电源,可控切换测量单元第一端形成测量端。变频电路施加频率不同于工频的测量电压,然后采集线路上的电压、电流,再经过硬、软滤波处理后得到变频信号,通过相应的计算即可得到输电线路的工频参数,这样就解决了工频干扰的问题。通过对输出相位的比较和放大,使输入信号与输出信号相位同步。这样可以使数字信号采样与信号同步,避免因不同步产生的频谱泄漏所产生的误差。
作为优选,所述变频电源电路包括AC-DC整流电路、DC-AC逆变电路、升压变压器、反馈电路、IGBT驱动电路和SPWM控制电路,AC-DC整流电路第一输入端连接电源,AC-DC整流电路第一输出端连接DC-AC逆变电路第一输入端,DC-AC逆变电路第一输出端连接升压变压器第一输入端,升压变压器第一输出端连接三项信号隔离单元第一输入端,DC-AC逆变电路第一输出端连接反馈电路第一输入端,反馈电路第一输出端连接SPWM控制电路第一输入端,SPWM控制电路第二输出端连接IGBT驱动电路第一输入端,IGBT驱动电路第一输出端连接DC-AC逆变电路第二输入端。交流电经过AC-DC整流电路整流成直流电,然后输送到DC-AC逆变电路与SPWM控制电路产生纯净的驱动信号比较,然后滤波成纯净的正弦交流电,反馈电路使得产生的正弦交流电稳定准确,产生的正弦交流电再经过升压变压器升压。
作为优选,所述AC-DC整流电路包括不控整流电路和第一低通滤波器电路,不控整流电路第一输入端连接电源,不控整流电路第一输出端连接第一低通滤波电路第一输入端,第一低通滤波电路第一输出端作为AC-DC整流电路第一输出端。交流电源经过不控整流电路整流成波形只在正半周出现的电流,再经过第一低通滤波电路变成直流电。
作为优选,所述DC-AC逆变电路包括全桥电路和第二低通滤波电路,全桥电路第一输入端连接第一低通滤波电路第一输出端,全桥电路第二输入端作为DC-AC逆变电路第二输入端,全桥电路第一输出端连接第二低通滤波电路第一输入端,第二低通滤波电路第一输出端连接升压变压器第一输入端和电压取样电路第一输入端。全桥电路将AC-DC整流电路产生的直流电与SPWM控制电路产生的驱动信号比较后在经过第二低通滤波电路输出纯净的正弦交流电。
作为优选,所述反馈电路包括电压取样电路和PID调节器,电压取样电路第一输入端连接第二低通滤波器第一输出端,电压取样电路第一输出端连接PID调节器第一输入端,PID调节电路第一输出端连接SPWM控制电路第一输入端。PID调节电路可以使系统消除稳态误差,消除输出的正线交流电的误差。
作为优选,所述可控切换测量单元包括切换测量电路、锁相环电路和工频取样电路,锁相环电路第一输出端连接,锁相环电路第一输入端连接切换测量电路第一输出端,切换测量单元三路输入端分别与工频取样电路三路输出端相连,工频取样电路三路输入端分别连接取样点,锁相环电路包括相位比较器、低通滤波器和压控振荡器,相位比较器第一输入端连接切换测量电路第一输出端,相位比较器第一输出端连接低通滤波器第一输入端,低通滤波器第一输出端连接压控振荡器第一输入端,压控振荡器第一输出端连接相位比较器第二输入端,压控振荡器第二输出端连接控制板。可在较低的试验电压下保证试验电源输出具有较好的平衡度,并结合异频电源隔离变压器可以组合使用与试验电源组合使用,显著提高试验电源容量,提高测试精度
作为优选,所述切换测量电路包括三极管Q1,三极管Q2,三极管Q3,电阻R1,电阻R2,电阻R3,中间继电器KA1,中间继电器KA2和中间继电器KA3,电阻R1第一端引出作为A相取样端,电阻R1第二端连接三极管Q1发射极,三极管Q1基极引出并连接控制板第一I/O口,三极管Q1基极连接中间继电器常闭触点KA3-1第一端,中间继电器常闭触点KA3-1第二端连接中间继电器常闭触点KA2-1第一端,中间继电器常闭触点KA2-1第二端连接中间继电器KA1第一端,中间继电器KA1第二端连接电压互感器输出端,电阻R2第一端引出作为B相取样端,电阻R2第二端连接三极管Q2发射极,三极管Q2基极引出并连接控制板第二I/O口,三极管Q2基极连接中间继电器常闭触点KA3-2第一端,中间继电器常闭触点KA3-2第二端连接中间继电器常闭触点KA1-1第一端,中间继电器常闭触点KA1-1第二端连接中间继电器KA2第一端,中间继电器KA2第二端连接电压互感器输出端,电阻R3第一端引出作为C相取样端,电阻R3第二端连接三极管Q3发射极,三极管Q3基极引出并连接控制板第三I/O口,三极管Q3基极连接中间继电器常闭触点KA1-2第一端,中间继电器常闭触点KA1-2第二端连接中间继电器常闭触点KA2-1第一端,中间继电器常闭触点KA2-1第二端连接中间继电器KA3第一端,中间继电器KA3第二端连接电压互感器输出端,三极管Q1集电极、三极管Q2集电极和三极管Q3集电极相互连接并连接锁相环电路第一输入端。在测量时,可以自动完成三路线路工频的测量,在一些特殊情况下也可以手动切换到要测量的线路。
作为优选,所述控制板包括开关电源、主板、电压互感器和显示屏,开关电源第一端连接电源,开关电源第二端连接主板第十I/O口,电压互感器第一输入端连接第三滤波电路第一输出端,电压互感器第一输出端连接主板电源端,显示屏输入端连接主板第十一I/O口控制板把SPWM电路需要的数据送到SPWM电路中,根据SPWM电路反馈回来的工频频率调整输送到SPWM电路的数据,在开始自动测量线路工频时控制板第一I/O口输出高电平,A相工频数据传送到控制板,当测量数据分析完毕后,控制板第二I/O口输出高电平开始提取B相工频数据到控制板,数据分析完毕后,控制板第三I/O口输出高电平开始提取C相工频数据,分析完毕后结束测量。
作为优选,所述滤波模块包括第一滤波电路、第二滤波电路和第三滤波电路,第一滤波电路、第一滤波电路和第一滤波电路的输入端分别连接三相信号隔离单元第一输出端、第二输出端和第三输出端,第一滤波电路和第一滤波电路的输出端分别连接可控切换控制测量单元第一输出端、第二输出端和第三输出端。滤波电路可以让测量单元提取的数据更加准确,排除一部分干扰。
因此,本实用新型具有如下有益效果:(1)抗干扰的能力强;(2)短距离电缆出线测量精度高;(3)提高测量速度;(4)减轻测量人员劳动强度。
附图说明
图1是本实用新型的一种系统电路结构示意图。
图2是本实用新型中变频电源的一种电路原理结构框图。
图3是本实用新型中可控切换测量单元的一种电路原理结构框图。
图4是本实用新型中切换测量电路的一种电路原理图。
图中:1.变频电源电路,11.AC-DC整流电路,12.DC-AC逆变电路,13.升压变压器,14.反馈电路,15.IGBT驱动电路,16.SPWM控制电路,2.三相信号隔离单元,3.滤波电路,31.滤波电路,32.滤波电路,33.滤波电路,4.可控切换测量单元,41.切换测量电路,42.锁相环电路,43.工频取样电路,421.相位比较器,422.低通滤波器,423.压控振荡器,5.控制板,51.开关电源,52.主板,53.电压互感器,54.显示屏。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。
实施例:一种改进型线路工频参数测试仪,如图1所示,包括控制板5及依次相连的变频电源电路1、三相信号隔离单元2、滤波模块3和可控切换测量单元4。滤波模块包括第一滤波电路31、第二滤波电路32和第三滤波电路33。控制板包括开关电源51、主板52、电压互感器53和显示屏54,主板采用单片机PIC17C43。如图2所示,变频电源电路包括AC-DC整流电路11、DC-AC逆变电路12、升压变压器13、反馈电路14、IGBT驱动电路15和SPWM控制电路16,AC-DC整流电路11包括不控整流电路111和第一低通滤波器电路112,DC-AC逆变电路12包括全桥电路121和第二低通滤波电路122。如图3所示,可控切换测量单元4包括切换测量电路41、锁相环电路42和工频取样电路43。
如图2所示不控整流电路111第一端连接电源,不控整流电路第二端连接第一低通滤波器112第一端,第一低通滤波器第二端连接全桥电路121第一端,全桥电路第二端连接第二低通滤波器122第一端,第二低通滤波器第一端连接升压变压器13第一端,全桥电路第三端连接IGBT驱动电路16第一端,第二低通滤波器第一端连接电压取样电路141第一端,电压取样电路第二端连接PID调节器142第一端,PID调节器第二端连接SPWM控制电路第一端,IGBT驱动电路第二端连接SPWM控制电路第二端,SPWM控制电路第三端、第四端、第五端和第六端分别连接单片机PIC17C43第四I/O口、第五I/O口、第六I/O口和第七I/O口。升压变压器第二端连接三项信号隔离单元2第一端,三项信号隔离单元三个输出端口分别连接第一滤波电路31、第二滤波电路32和第三滤波电路33的输入端,第一滤波电路、第二滤波电路和第三滤波电路的输出端分别与工频取样电路43连接。
如图4所示工频取样电路三个输出口分别连接电阻R1、电阻R2和电阻R3的第一端,电阻R1, R2和R3的第二端分别连接三极管Q1、三极管Q2和三极管Q3发射极,三极管Q1、三极管Q2和三极管Q3的基极分别连接PIC17C43第一I/O口、第二I/O口和第三I/O口,三极管Q1基极还连接中间继电器KA3常闭触电KA3-1第一端,中间继电器KA3常闭触电KA3-1第二端连接中间继电器KA2常闭触电KA2-1第一端,中间继电器KA2常闭触电KA2-1第二端连接中间继电器KA1第一端,中间继电器KA1第二端连接电压互感器输出端,三极管Q2基极还连接中间继电器KA3常闭触电KA3-2第一端,中间继电器KA3常闭触电KA3-2第二端连接中间继电器KA1常闭触电KA1-1第一端,中间继电器KA1常闭触电KA1-1第二端连接中间继电器KA2第一端,中间继电器KA2第二端连接电压互感器输出端,三极管Q3基极还连接中间继电器KA1常闭触电KA1-2第一端,中间继电器KA1常闭触电KA1-2第二端连接中间继电器KA2常闭触电KA2-2第一端,中间继电器KA2常闭触电KA2-2第二端连接中间继电器KA3第一端,中间继电器KA3第二端连接电压互感器输出端。如图3所示三极管Q1、三极管Q2和三极管Q3集电极都连接相位比较器412第一端,相位比较器421、低通滤波器422和压控振荡器423依次环路连接。
压控振荡器输出信号端连接单片机PIC17C43第八I/O口,电压互感器第一端连接第三滤波电路第二端,电压互感器第二端连接单片机PIC17C43电源端口,开关电源第一端连接电源,开关电源第二端连接单片机PIC17C43第九I/O口。
交流电源经过不控整流电路后,负半周变为正半周,然后再经过第一低通滤波器变成直流电,SPWM电路受单片机PIC17C43控制,开始输出按单片机PIC17C43指定的频率和电压的SPWM波送往IGBT驱动电路,并将频率反馈给单片机PIC17C43,IGBT驱动电路将SPWM波送往全桥电路加入第一低通滤波器产生的直流电的特征,再经过第二低通滤波器变成正弦交流电,送往升压变压器升压,第二低通滤波器输出的正弦交流电经过电压取样电路的取样,取样数据送往PID调节器,PID调节器将运算所得数据反馈给SPWM控制电路,以此来调节第二低通滤波器的输出。
升压变压器将正弦交流电送往三相信号隔离单元,正弦交流电经过三项信号隔离单元后被送往滤波电路进行滤波,滤波完成之后正弦交流电被加入从高压线路提取出来的的信号中,然后工频取样电路再从取样点提取出A相、B相和C相的样品信号,A相、B相和C相的样品信号分别经过电阻R1、电阻R2和电阻R3来到三极管Q1、三极管Q2和三极管Q3的发射极,三个三极管都有手动和自动两种导通方式,手动导通方式是当要测量A相工频时,手动使得中间继电器动作,由于此时常闭触点KA3-1和KA2-1都是闭合状态,所以电压互感器的高电平到达三极管Q1基极,三极管Q1导通,A相样品信号被送出,而且中间继电器KA1的动作还会使得常闭触点KA1-1和KA1-2处于断开状态,三极管Q2和三极管Q3无法手动导通。同理当三极管Q2和三极管Q3中一个手动导通后,另外两个无法手动导通。当要自动测量A相线路工频时单片机PIC17C43第一I/O口输出高电平,三极管Q1导通,同理可以测量B相和C相线路工频,经过三极管的样品信号,都送往相位比较器,相位比较器将误差电压送往低通滤波器,低通滤波器将控制电送往压控振荡器,压控振荡器将比较信号再送给相位比较器,压控振荡器输出信号给单片机PIC17C43第八I/O口,单片机PIC17C43收到样品信号进行处理分析得出工频参数。
电压互感器从第三滤波电路输出端获取电能,然后送往单片机PIC17C43,给单片机PIC17C43供电,开关电源从电源端获取信号,并将开关信号送往单片机PIC17C43。
本实用新型对具有较高感应电压的架空输电线路采用非工频频率的纯净电源进行测试,可规避了工频感应电压、电流对测量准确性的干扰;采用数字锁相跟踪技术,可在较低的试验电压下保证试验电源输出具有较好的平衡度,并结合异频电源隔离变压器可以组合使用与试验电源组合使用,显著提高试验电源容量,提高测试精度。通过自动测量减轻测量人员的负担,提高工作效率,在需要得知某一线路的工频参数时,切换测量电路也支持手动测量,这使得本实用新型的适用范围更大了,可以满足测量人员的不同需求。

Claims (9)

1.一种改进型线路工频参数测试仪,其特征是包括控制板(5)及依次相连的变频电源电路(1)、三相信号隔离单元(2)、滤波模块(3)和可控切换测量单元(4),控制板(5)第一输入端连接电源,控制板第二输入端连接滤波模块第一输出端,变频电源电路与控制板连接,可控切换测量单元与控制板连接,变频电源电路(1)第一输入端连接电源,可控切换测量单元第一端形成测量端。
2.根据权利要求1所述的一种改进型线路工频参数测试仪,其特征是所述的变频电源电路包括AC-DC整流电路(11)、DC-AC逆变电路(12)、升压变压器(13)、反馈电路(14)、IGBT驱动电路(15)和SPWM控制电路(16),AC-DC整流电路第一输入端连接电源,AC-DC整流电路第一输出端连接DC-AC逆变电路第一输入端,DC-AC逆变电路第一输出端连接升压变压器第一输入端,升压变压器第一输出端连接三相信号隔离单元第一输入端,DC-AC逆变电路第一输出端连接反馈电路第一输入端,反馈电路第一输出端连接SPWM控制电路第一输入端,SPWM控制电路第二输出端连接IGBT驱动电路第一输入端,IGBT驱动电路第一输出端连接DC-AC逆变电路第二输入端。
3.根据权利要求2所述的一种改进型线路工频参数测试仪,其特征是所述的AC-DC整流电路(11)包括不控整流电路(111)和第一低通滤波器电路(112),不控整流电路第一输入端连接电源,不控整流电路第一输出端连接第一低通滤波电路第一输入端,第一低通滤波电路第一输出端连接DC-AC逆变电路第一输入端。
4.根据权利要求2所述的一种改进型线路工频参数测试仪,其特征是所述的DC-AC逆变电路(12)包括全桥电路(121)和第二低通滤波电路(122),全桥电路第一输入端连接AC-DC整流电路第一输出端,全桥电路第二输入端作为DC-AC逆变电路第二输入端,全桥电路第一输出端连接第二低通滤波电路第一输入端,第二低通滤波电路第一输出端连接升压变压器第一输入端和电压取样电路第一输入端。
5.根据权利要求2或4所述的一种改进型线路工频参数测试仪,其特征是所述的反馈电路(14)包括电压取样电路(141)和PID调节器(142),电压取样电路第一输入端连接DC-AC逆变电路第一输出端,电压取样电路第一输出端连接PID调节器第一输入端,PID调节电路第一输出端连接SPWM控制电路第一输入端。
6.根据权利要求1所述的一种改进型线路工频参数测试仪,其特征是所述的可控切换测量单元(4)包括切换测量电路(41)、锁相环电路(42)和工频取样电路(43),锁相环电路第一输入端连接切换测量电路第一输出端,切换测量单元三路输入端分别与工频取样电路三路输出端相连,工频取样电路三路输入端分别连接取样点,锁相环电路包括相位比较器(421)、低通滤波器(422)和压控振荡器(423),相位比较器第一输入端连接切换测量电路第一输出端,相位比较器第一输出端连接低通滤波器第一输入端,低通滤波器第一输出端连接压控振荡器第一输入端,压控振荡器第一输出端连接相位比较器第二输入端,压控振荡器第二输出端连接控制板。
7.根据权利要求6所述的一种改进型线路工频参数测试仪,其特征是所述的切换测量电路包括三极管Q1,三极管Q2,三极管Q3,电阻R1,电阻R2,电阻R3,中间继电器KA1,中间继电器KA2和中间继电器KA3,电阻R1第一端引出作为A相取样端,电阻R1第二端连接三极管Q1发射极,三极管Q1基极引出并连接控制板第一I/O口,三极管Q1基极连接中间继电器常闭触点KA3-1第一端,中间继电器常闭触点KA3-1第二端连接中间继电器常闭触点KA2-1第一端,中间继电器常闭触点KA2-1第二端连接中间继电器KA1第一端,中间继电器KA1第二端连接电压互感器输出端,电阻R2第一端引出作为B相取样端,电阻R2第二端连接三极管Q2发射极,三极管Q2基极引出并连接控制板第二I/O口,三极管Q2基极连接中间继电器常闭触点KA3-2第一端,中间继电器常闭触点KA3-2第二端连接中间继电器常闭触点KA1-1第一端,中间继电器常闭触点KA1-1第二端连接中间继电器KA2第一端,中间继电器KA2第二端连接电压互感器输出端,电阻R3第一端引出作为C相取样端,电阻R3第二端连接三极管Q3发射极,三极管Q3基极引出并连接控制板第三I/O口,三极管Q3基极连接中间继电器常闭触点KA1-2第一端,中间继电器常闭触点KA1-2第二端连接中间继电器常闭触点KA2-1第一端,中间继电器常闭触点KA2-1第二端连接中间继电器KA3第一端,中间继电器KA3第二端连接电压互感器输出端,三极管Q1集电极、三极管Q2集电极和三极管Q3集电极相互连接并连接锁相环电路第一输入端。
8.根据权利要求1所述的一种改进型线路工频参数测试仪,其特征是所述的控制板包括开关电源(51)、主板(52)、电压互感器(53)和显示屏(54),开关电源第一端连接电源,开关电源第二端连接主板第十I/O口,电压互感器第一输入端连接滤波模块第一输出端,电压互感器第一输出端连接主板电源端,显示屏输入端连接主板第十一I/O口。
9.根据权利要求1所述的一种改进型线路工频参数测试仪,其特征是所述的滤波模块包括第一滤波电路(31)、第二滤波电路(32)和第三滤波电路(33),第一滤波电路、第一滤波电路和第一滤波电路的输入端分别连接三相信号隔离单元第一输出端、第二输出端和第三输出端,第一滤波电路和第一滤波电路的输出端分别连接可控切换控制测量单元第一输出端、第二输出端和第三输出端。
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