CN2112159U

CN2112159U - 抗强电场干扰的介质损失角和电容量的测量仪

Info

Publication number: CN2112159U
Application number: CN 92203262
Authority: CN
Inventors: 赵二冬; 丁品南
Original assignee: DONGBEI ELECTRIC POWER TEST IN
Current assignee: DONGBEI ELECTRIC POWER TEST IN
Priority date: 1992-03-02
Filing date: 1992-03-02
Publication date: 1992-08-05

Abstract

一种抗强电场干扰的介质损失角和电容量的测量仪，是将倒向器(I)与电压互感器PT的低压端 (一次)联接，PT的高压端(二次)的非接地端接由无损电容C_N与分压电阻R_N构成的分压器的C_N端和放试品C_X的高压端，被试品的低压端与分流电阻R_X 联接，PT二次的接地端与分压电阻R_N、分流电阻R_X 的另一端联接，从分压电阻R_N、分流电阻R_X取得的电压信号经输入单元送到单片机内进行模数转换及付立叶变换，通过程序控制倒相器使电源作180°倒相。

Description

本实用新型属于电力测量领域，涉及电容式电压互感器、电流互感器、高压套管、高压开关断口电容器等容性试品的介质损失角和电容量的测量仪。

电力系统广泛地使用电容式电压互感器、电流互感器、高压套管、高压开关断口电容器等容性试品，如何能在强电场干扰下准确地测量出其介质损失角和电容量对判断其绝缘的好坏具有非常重要的意义。

能源部《电气设备预防性试验规程》规定对高压容性试品均需作介质损失角tgδ和电容量C的测量，如500KV等级的电流互感器每年必需作一次介质损失角和电容量的测量，并且介质损失角不得超过0.7％，电容值一般不得与出厂值相差±5％。目前我国预防性试验中广泛采用QS－Ⅰ型高压西林电桥和M型介质试验器，它们只能在电场干扰极弱的地方测量出介质损失角和电容值。然而500KV、200KV变电所内，由于临近线路的干扰，被试品上的干扰电压达10KV，干扰电流一般为200～400微安，QS－Ⅰ型高压西林电桥和M型介质试验器在这样大干扰情况下无法准确测量出介质损失角和电容量。

本实用新型的目的是提供一种抗强电场干扰的介质损失角和电容量的测量仪。

该测量仪是由电压互感器PT、无损电容CN和分压电阻R_N组成的分压器、可调无感分流电阻R_X、具有高输入低输出阻抗的输入单元（Ⅱ）、单片机（Ⅲ）、键盘显示器（Ⅳ）、打印机（Ⅴ）等组成，其特征在于将交流电源作180°倒相变换的倒相器（Ⅰ）的输入端A、B接交流电源，输出端M、N与电压互感器PT的输入端联接，倒相器的另一个输入端P与单片机（Ⅲ）的输出口［13］联接，电压互感器PT的输出端的一端与无损电容C_N的一端联接并引出一端子X接被试品的高压端，另一端与分压电阻R_N、分流电阻R_X联接并接地，可调无感分流电阻R_X的另一端引出一端子Y接被试品的低压端，从分压电阻R_N、分流电阻R_X的非接地端取电压信号U_V、U_I进入输入单元（Ⅱ），输入单元（Ⅱ）与单片机（Ⅲ）联接，单片机（Ⅲ）经总线与键盘显示器（Ⅳ）和打印机（Ⅴ）联接。

该测量仪的倒向器（Ⅰ）的电路由双向可控硅元件IC₁～IC₄、反向器IC₅～IC₁₀、光电隔离器IC₁₁、IC₁₂、可控硅二极管IC₁₃、电阻R₁、R₂电容C₁、C₂、抗干扰电容C₃、电源V_C1、V_C2、V_C3组成，其中，交流电源经A、B端与双向可控硅IC₁～IC₄的阳极联接，IC₁、IC₂的阴极共接并引出输出端M，IC₃、IC₄的阴极共接并引出输出端N，光电隔离器IC₁₁、IC₁₂的发射极（2端）均有三路输出，一路分别经反向器IC₈、IC₉与可控硅IC₁、IC₃的控制极联接，另一路分别经反向器IC₇、电阻R₁、反向器IC₅及反向器IC₁₀、电阻R₂、反向器IC₆分别与IC₂、IC₄的控制极联接，第三路分别经R₃、R₄与输出端M、N联接，电容C₁、C₂分别跨接在电阻R₁、输出端M和电阻R₂、输出端N之间，电源V_C1的正极接到IC₁₁的集电极（1端），负极与输出端M联接，电源V_C2的正极接到IC₁₂的集电极（1端），负极与输出端N联接，电源V_C3的负极接到IC₁₁、IC₁₂中的发光二极管的阴极（4端），发光二极管的阳极（3端）经电阻R₅、R₆与可控硅二极管IC₁₃的阴极联接并接地，IC₁₃的阳极接V_C3的正极，单片机的输出口［13］经电阻R₇与IC₁₃的控制极联接，IC₁₃的控制极与阴极之间跨接一个电容C₃。

该测量仪的输入单元（Ⅱ）的电路由放大器IC₁₄、IC₁₅、分压电阻R₈～R₁₁、限流电阻R₁₄～R₁₇、隔直电容C₄、C₅、电压基准源IC₁₇及由过零比较器IC₁₆、反馈电阻R₁₃、电阻R₁₂、R₁₈构成的比较电路组成，其中，输入信号U_V经电阻R₈、R₉串联分压送入IC₁₄的正输入端，IC₁₄的负输入端与输出端之间短接，输入信号U₁经电阻R₁₀、R₁₁串联分压送入IC₁₅的正输入端，IC₁₅的负输入端与输出端之间短接，IC₁₄、IC₁₅的输出端经隔直电容C₄、C₅与单片机的A／D转换通道［42］、［43］联接，电源V_C4的正极经电阻R₁₆、R₁₄与IC₁₄的输出端联接，电阻R₁₄、R₁₆之间接一电压基准源IC₁₇并引一基准电压信号进入单片机的A／D转换通道［41］，IC₁₇的正极接地，IC₁₅的输出经电阻R₁₅与IC₁₆的负输入端联接，R₁₃跨接在IC₁₆的正输入端与输出端之间，IC₁₆的正输入端经电阻R₁₂接地，IC₁₆输出端经电阻R₁₈与V_C4的正极联接，IC₁₅的输出端经电阻R₁₇与电压基准源IC₁₇的负极联接，IC₁₆的输出端与单片机的高速输入通道［3］联接。

使用本测量仪测量容性试品的介质损失角和电容量具有以下优点：

1）由于本测量仪单片机内的程序采用了付立叶变换，消除了电源谐波干扰对测量结果的影响；

2）由于采用了电源180°倒相技术，消除了电场干扰对测量结果的影响；

3）本仪器可自动完成测量工作，使用方便、测量速度快、测量结果准确；

4）主机中只有输入单元是模拟电路，其余均为数子电路，因此装置的工作稳定度高，维修简单。

图1为本装置原理框图，由倒向器（Ⅰ）、电压互感器PT、无损电容C_N和分压电阻R_N组成的分压器、可调无感分流电阻R_X、具有高输入低输出阻抗的输入单元（Ⅱ）、单片机（Ⅲ）、键盘显示器（Ⅳ）、打印机（Ⅴ）等组成，其中倒相器（Ⅰ）的输入端A、B接交流电源，输出端M、N与电压互感器PT的一次（低压端）联接，PT的二次（高压端）接在分压器的两端，其中非接地端与无损电容C_N联接并引出一端子X，电阻R_X与PT的接地端联接，R_X的另一端为另一端子Y，测量时，将被试品C_X接在两端子X、Y之间，被试品C_X的高压端与X端子联接，低压端与Y端子联接，从分压电阻R_N、分流电阻R_N引出两电压信号U_V、U_I进入输入单元（Ⅱ），输入单元（Ⅱ）与单片机（Ⅲ）联接，单片机（Ⅲ）的输出口［13］与控制倒相器倒相的输入端P联接，单片机（Ⅲ）经总线与键盘显示器（Ⅳ）和打印机（Ⅴ）联接。

图2为倒向器（Ⅰ）的电路原理图，由双向可控硅元件IC₁～IC₄、反向器IC₅～IC₁₀、光电隔离器IC₁₁、IC₁₂、可控硅二极管IC₁₃、电阻R₁、R₂、电容C₁、C₂、抗干扰电容C₃、电源V_C1、V_C2、V_C3组成，其中，流电源经A、B端与双向可控硅IC₁～IC₄的阳极联接，IC₁、IC₂的阴极共接并引出输出端M，IC₃、IC₄的阴极共接并引出输出端N，光电隔离器IC₁₁、IC₁₂的发射极（2端）均有三路输出，一路分别经反向器IC₈、IC₉与可控硅IC₁、IC₃的控制极联接，另一路分别经反向器IC₇、电阻R₁、反向器IC₅及反向器IC₁₀、电阻R₂、反向器IC₆分别与IC₂、IC₄的控制极联接；第三路分别经R₃、R₄与输出端M、N联接，电容C₁、C₂分别跨接在电阻R₁、输出端M和电阻R₂、输出端N之间构成两个延时电路，电源V_C1的正极接到IC₁₁的集电极（1端），负极与输出端M联接，电源V_C2的正极接到IC₁₂的集电极（1端），负极与输出端N联接，电源V_C3的负极接到IC₁₁、IC₁₂中的发光二极管的阴极（4端），IC₁₁、IC₁₂中的发光二极管的阳极（3端）经电阻R₅、R₆与可控硅二极管IC₁₃的阴极联接并接地，IC₁₃的阳极接V_C3的正极，单片机的输出口［13］经电阻R₇与IC₁₃的控制极联接，IC₁₃的控制极与阴极之间跨接一个电容C₃。

倒相器（Ⅰ）工作过程如下：当单片机的输出口［13］输出低电平到IC₁₃的控制极上时，IC₁₃截止，IC₁₁、IC₁₂也截止，G、H两点均为低电平，反向器IC₈、IC₉输出高电平，使IC₁、IC₃导通，同时G、H两点为低电平经延时电路延时使IC₅、IC₆输出低电平，IC₂、IC₄截止，交流电源由A、B端输入经IC₁、IC₃输出到M、N端，此时进行第一次测量并存贮结果，然后单片机输出口［13］输出高电平到IC₁₃的控制极，IC₁₃导通，IC₁₁、IC₁₂也导通，G、H两点为高电平，反向器IC₈、IC₉输出低电平使IC₁、IC₃截止，同时G、H两点为高电平经RC延时使IC₅、IC₆输出高电平，IC₂、IC₄导通，此时电源由A、B端输入经IC₂、IC₄输出到M、N端，也就是使电源作了180°倒相。

图3为输入单元（Ⅱ）的电路原理图，由放大器IC₁₄、IC₁₅、分压电阻R₈～R₁₁、限流电阻R₁₄～R₁₇、隔直电容C₄、C₅、电压基准源IC₁₇及由过零比较器IC₁₆、反馈电阻R₁₃、电阻R₁₂、R₁₈构成的比较电路组成，其中，输入信号U_V经电阻R₈、R₉串联分压送入IC₁₄的正输入端，IC₁₄的负输入端与输出端之间短接，输入信号U₁经电阻R₁₀、R₁₁串联分压送入IC₁₅的正输入端，IC₁₅的负输入端与输出端之间短接，IC₁₄、IC₁₅的输出端经隔直电容C₄、C₅与单片机的A／D转换通道［42］、［43］联接，电源V_C4的正极经电阻R₁₆、R₁₄与IC₁₄的输出端联接，电阻R₁₄、R₁₆之间接一电压基准源IC₁₇并引一基准电压信号进入单片机的A／D转换通道［41］，IC₁₇的正极接地，IC₁₅的输出经电阻R₁₅与IC₁₆的负输入端联接，R₁₃跨接在IC₁₆的正输入端与输出端之间，IC₁₆的正输入端经电阻R₁₂接地，IC₁₆输出端经电阻R₁₈与V_C4的正极联接，IC₁₅的输出端经电阻R₁₇与电压基准源IC₁₇的负极联接，IC₁₆的输出端与单片机的高速输入通道［3］联接。

图4为本仪器的前面板图，0～9为数字键，10－小数点键，11－正、负号键，12－测量结果选择键，13－预置数选择键，14－打印命令键，15－输入命令键，16－显示器窗口，U－电压有效值（KV），Ⅰ－电流有效值（mA），φ－基波电流与电压的夹角（度），tgδ－介质损失角（％），C－试品电容量（pf），R_X－分流电阻（千欧），Ku－分压器分压比，Y.M.D－置入年月日。

下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。

当测量电容式电压互感器时，首先将试品的高压端接到装置的输出端X，试品的低压端接到装置的输出端Y，将装置的接地端子接地，然后将装置的输入端A、B接在交流电源上，给被试品加压到10KV，调节分流电阻R_X使从分压电阻R_N、分流电阻R_X上取得的电压信号U_V、U_I相等，通过键盘输入R_X的值，将取得的电压信号U_V、U_I经输入单元送到单片机在高速输入通道控制下进行一个周期的模数转换，经计算程序对采样到的波形进行付立叶变换即对电压基波进行积分，积分后得到电压U_V、U_I的幅值及相角，通过程序控制计算出被试品C_X的介质损失角（tgδ₁）和电容（C_X1），并将计算出的试品电容C_X的介质损失角（tgδ₁）和电容量（C_X1）存贮起来，在程序控制下单片机输出口发出一个正脉冲信号控制倒相器中的可控硅二极管IC₁₃的控制极，使加在电压互感器原边的电源进行180°倒相，再次进行电压信号U_V、U_I的采样，付立叶变换得到U_V、U_I幅值及相角，通过程序控制计算出被试品的介质损失角（tgδ₂）和电容量（C_X2）并存贮，根据两次计算结果由程序自动计算出无干扰情况下被试品的介质损失角和电容量为：

tgδ＝ (C_X1tgδ₁+C_X3tgδ₂)/(C_X1+C_X2)

Cx＝ (C_X1+C_X2)/2

本装置所用直流电源V_C1、V_C2、V_C4为5V，V_C3为12V。

当测量电流互感器、高压套管、高压开关断口电容器等容性试品的介质损失角和电容量时，接线方式和测量原理与上述实施例相同。

本仪器的使用方法和操作步骤如下：

1）将被试品C_X接在装置的引出端子X、Y之间，并将装置外壳接地；

2）倒相器的输入端A、B接交流电源，给被试品加压，调节分流电阻R_X使U_I、U_V相等，并从键盘输入R_X值，这时装置自动完成介质损失角和电容量的测量，过约一分钟数据稳定，测量过程结束，根据需要可按下打印键打印测量结果和按下显示键显示测量结果。

Claims

1、一种抗强电场干扰的介质损失角和电容量的测量仪，它是由电压互感器PT、无损电容C_N和分压电阻R_N构成的分压器、可调无感分流电阻R_X、具有高输入低输出阻抗的输入单元(Ⅱ)、单片机(Ⅲ)、键盘显示器(Ⅳ)、打印机(V)等组成，其特征在于将交流电源作180°倒相变换的倒相器(Ⅰ)的输入端A、B接交流电源，输出端M、N与电压互感器PT的输入端联接，倒相器的另一个输入端P与单片机(Ⅲ)的输出口[13]联接，电压互感器PT的输出端的一端与无损电容C_N的一端联接并引出一端子X接被试品的高压端，另一端与分压电阻R_N、分流电阻R_X联接并接地，可变无感分流电阻R_X的另一端引出一端子Y接被试品的低压端，从分压电阻R_N、分流电阻R_X的非接地端取电压信号U_V、U_I进入输入单元(Ⅱ)，输入单元(Ⅱ)与单片机(Ⅲ)联接，单片机(Ⅲ)经总线与键盘显示器(Ⅳ)和打印机(V)联接。

2、根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于它的倒相器（Ⅰ）的电路由双向可控硅元件IC₁～IC₄、反向器IC₅～IC₁₀、光电隔离器IC₁₁、IC₁₂、可控硅二极管IC₁₃、电阻R₁、R₂、电容C₁、C₂、抗干扰电容C₃、电源V_C1、V_C2、V_C3组成，其中，交流电源经A、B端与双向可控硅IC₁～IC4的阳极联接，IC₁、IC₂的阴极共接并引到输出端M，IC₃、IC₄的阴极共接并引到输出端N，光电隔离器IC₁₁、IC₁₂的发射极（2端）均有三路输出，一路分别经反向器IC₈、IC₉与可控硅IC₁、IC₃的控制极联接，另一路分别经反向器IC₇、电阻R₁、反向器IC₅及反向器IC₁₀、电阻R₂、反向器IC₆与IC₂、IC₄的控制极联接，第三路分别经R₃、R₄与输出端M、N联接，电容C₁、C₂分别跨接在电阻R₁、输出端M和电阻R₂、输出端N之间，电源V_C1的正极接到IC₁₁的集电极（1端），负极与输出端M联接，电源V_C2的正极接到IC₁₂的集电极（1端），负极与输出端N联接，电源V_C3的负极接到IC₁₁、IC₁₂中的发光二极管的阴极（4端），发光二极管的阳极（3端）经电阻R₅、R₆与可控硅二极管IC₁₃的阴极联接并接地，IC₁₃的阳极接V_C3的正极，单片机的输出口［13］经电阻R₇与IC₁₃的控制极联接，IC₁₃的控制极与阴极之间跨接一个电容C₃。

3、根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于它的输入单元（Ⅱ）的电路由放大器IC₁₄、IC₁₅、分压电阻R₈～R₁₁、限流电阻R₁₄～R₁₇、隔直电容C₄、C₅、电压基准源IC₁₇及由过零比较器IC₁₆、反馈电阻R₁₃、电阻R₁₂、R₁₈构成的比较电路组成，其中，输入信号U_V经电阻R₈、R₉串联分压送入IC₁₄的正输入端，IC₁₄的负输入端与输出端之间短接，输入信号U₁经电阻R₁₀、R₁₁串联分压送入IC₁₅的正输入端，IC₁₅的负输入端与输出端之间短接，IC₁₄、IC₁₅的输出端经隔直电容C₄、C₅与单片机的A／D转换通道［42］、［43］联接，电源V_C4的正极经电阻R₁₆、R₁₄与IC₁₄的输出端联接，电阻R₁₄、R₁₆之间接一电压基准源IC₁₇并引一基准电压信号进入单片机的A／D转换通道［41］，IC₁₇的正极接地，IC₁₅的输出经电阻R₁₅与IC₁₆的负输入端联接，R₁₃跨接在IC₁₆的正输入端与输出端之间，IC₁₆的正输入端经电阻R₁₂接地，IC₁₆输出端经电阻R₁₈与V_C4的正极联接，IC₁₅的输出端经电阻R₁₇与电压基准源IC₁₇的负极联接，IC₁₆的输出端与单片机的高速输入通道［3］联接。