专利名称：便携式绝缘油介电强度测定仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力安全测试领域，具体涉及一种便携式绝缘油介电强度测定仪。
技术背景击穿电压是表征绝缘油介电强度的一项重要指标，在电力绝缘油的测试过程中，需要有 一个可调的高压电压加在绝缘油杯两端，电压从零逐步上升，当电压达到某一值时，绝缘油 将遭到破坏而失去电阻，伴随着电弧的产生而发生导电，这一电压叫做绝缘油的击穿电压。 击穿电压和试验条件紧密相关，这些条件包括:施加电压的波形、频率、峰值因数、试验变压 器的短路电流、电极的形状、电极间距离、电极表面的状况、油杯的容积、升压速度、实验 室的温度、湿度有关。目前，电力系统使用的介电强度测试装置，电极间距、电极表面状况以及油杯容积等试 验条件均已形成统一标准，而温度和湿度也都有相对统一的要求。而对于测试所需试验电压 波形的处理、调压方式以及检测方式，目前电力系统使用的测试装置均存在一定缺陷，以下 根据其所用加压调压方式进行具体分析。1、 市电+自耦调压器法这种测试方式是目前使用最普遍的介电强度测试方式，设备直接从市电引入电压，不可避免的存在大量干扰性杂波，对仪器施加电压的波形、频率、峰值 因数必然也存在影响，导致影响试验数据。而且由于自耦调压器的自身特性，导致实际施加 的是阶跃式的试验电压，仪器重复性和可靠性差，并且此种仪器由于依赖市电，无法脱离市 电进入现场试验。2、 市电+稳压滤波电路+自耦调压器法这种方法是在引入市电后，对市电进行稳压滤波 后再通过调压器调压，其稳压滤波电路有效的滤除了市电中的干扰性谐波，但依然部分存在 幅度和频率的不稳定性。同时这种调压方式施加的依然是阶跃式的试验电压，仪器重复性和 可靠性差，并且依然不能脱离市电进入现场试验。3、 市电+稳压滤波电路+普通电子调压模块这种方法是在引入市电后，对市电进行稳压 滤波后再通过调压器调压，其稳压滤波电路有效的滤除了市电中的干扰性谐波，但依然部分 存在幅度和频率的不稳定性；此方法的最大优点是使用了电子调压模块代替自耦调压器，可 以保证对油施加连续升压的试验电压。但此方法也依然存在致命缺陷，那就是使用的电子调 压方式难以保证输出的是纯正弦波电压，并且依然无法脱离市电进入现场进行试验。4、 普通电池+交流生成电路+自耦调压器法此种方法最大的优点是可以进行现场性试验， 但由于使用的电池本身的容量小和重量大等缺陷，使其在现场时无法连续完成多组试验，并 且仪器一般还要附带一个体积容量都不小的电池箱，携带与使用均有很大局限性因此，目前电力系统迫切需要一种能够提供稳定纯正的正弦波电压、能够方便携带入现 场试验、并能够在脱离市电情况下完成多组试验的便携式介电强度测定仪。随着新一代聚合物锂离子电池技术的逐渐成熟，采用聚合物锂离子电池为仪器供电从而 脱离市电供电已成为可能。聚合物锂离子电池采用固体聚合物电解质来代替锂离子电池使用的液体电解质，不仅具 有液态锂离子电池的高电压、长循环寿命、放电电压平稳以及清洁无污染等特点，而且消除 了液态锂离子电池存在的爆炸的安全隐患。同时外形更灵活、方便，重量更轻巧，其能量质 量比是现有锂离子电池的3倍，被誉为新一代的锂离子电池，非常适合作为仪器内部供电电 源。发明内容本实用新型要解决的技术问题是能够方便携带进入现场试验、能够提供稳定纯正的正 弦波电压、能够在脱离市电情况下完成多组试验。本实用新型的技术方案是 一种便携式绝缘油介电强度测定仪，包括CPU控制单元、正 弦波电压测量单元、击穿电流采集单元、高压升压变压器、试验油杯和正弦波试验电压发生 单元，其特征在于所述正弦波试验电压发生单元包括聚合物离子电池、纯正弦波逆变器电路、 正弦波调压模块和无级调压控制电路，所述聚合物离子电池提供仪器电源，为纯正弦波逆变 器电路供电，纯正弦波逆变器电路输出正弦波交流电压接正弦波调压模块输入端，CPU控制 单元控制无级调压控制电路输出一按一定速率连续升高的直流电压信号至正弦波调压模块控 制端，控制正弦波调压模块输出端输出按一定速率连续升压的交流电压经高压升压变压器升 压后施加于试验油杯内的油样上，正弦波电压测量单元随时测量正弦波调压模块输出电压、 击穿电流采集单元测取高压升压变压器产生的油样击穿电流信号并分别传送至CPU控制单 元，CPU控制单元控制测试过程。本实用新型与现有技术比较，具有如下优点1、 本实用新型采用集成大容量新型聚合物离子电池的方式为调压电路供电，而非外配式 的传统电池供电，也非直接从市电引入电压方式供电，系统供电可以脱离市电，为系统提供 干净的电源，并且此类电池容量大、重量轻，非常适合作为仪器内部供电电源。2、 本实用新型采用纯TH弦波逆变电路方式生成220V/50Hz电压，输出波形比传统方式更 加可靠，输出的交流220V/50Hz电压，无论波形、频率、峰值都极为稳定，不存在像市电中 那样繁多的干扰波。3、 本实用新型的调压方式采用纯正弦波调压模块，避免了传统调压方式上使用自耦调压 器造成的输出电压阶跃性升高。4、 本实用新型调压时，调压电路随时向系统CPU控制单元反馈当前电压信息，正弦波调压模块输出正弦波试验电压由仪器的CPU控制单元通过控制无级调压控制电路来完成，输出 波形是稳定的正弦波，由于拥有实时反馈电路，可以更加准确地通过系统CPU对输出进行无 级调节。
图l为本实用新型的结构框图；图2为本实用新型的实施例的无级调压控制电路原理图； 图3为本实用新型的实施例的纯正弦波逆变器电路原理图。
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说明。图1中，本实用新型的结构框图中，便携式绝缘油介电强度测定仪包括CPU控制单元、 正弦波电压测量单元、击穿电流采集单元、高压升压变压器、试验油杯和正弦波试验电压发 生单元，其特征在于所述正弦波试验电压发生单元包括聚合物离子电池、纯正弦波逆变器电 路、正弦波调压模块和无级调压控制电路，所述聚合物离子电池提供仪器电源，为纯正弦波 逆变器电路供电，纯正弦波逆变器电路输出正弦波交流电压接正弦波调压模块输入端，CPU控制单元控制无级调压控制电路输出一按一定速率连续升高的直流电压信号至正弦波调压模 块控制端，控制正弦波调压模块输出端输出按一定速率连续升压的交流电压经高压升压变压 器升压后施加于试验油杯内的油样上，正弦波电压测量单元随时测量正弦波调压模块输出电压、击穿电流采集单元测取高压升压变压器产生的油样击穿电流信号并分别传送至CPU控制 单元，CPU控制单元控制整个测试过程。图2本实用新型的实施例的无级调压控制电路原理图中，CPU控制单元输出控制信号通 过插头JP1来控制芯片Ul输出0-5V的电压信号，此电压信号经过由LM358组成的电压跟随 器U2以提高驱动能力，然后控制由G1、 G2组成的线性光耦电路，使其输出端为与控制信号 隔离的线性信号。输出端的满电压范围由插头JP2的1脚输入，输出电压信号由2脚输出，3 脚为地线。JP2连接至纯正弦波调压模块的控制输入端，其控制输入信号的0-5伏对应正弦 波调压模块输出稳定正弦波电压的0-220V，以此达到调整输出电压的目的。图中芯片型号及其外围电路典型工作参数Rl: 20K， R2、 R3、 R4:470Q， Cl、 C2:104pF，Ul: AD5320， U2: LM358AN， Gl、 G2: P521， RT1、 RT2: 50K， D8: 1N4148。图3本实用新型的实施例的纯正弦波逆变器电路原理图中IC3采用市售逆变电源控制芯片，由OUTA和OUTB脚输出正弦波SP麵(SINE PULSE WIDE M0DULITION，正弦波脉宽调制)脉冲序列，经过逆变后分别对应正弦波波形的IH负半周，频率 为20KHz。输出的正弦波SP丽波形经过IC1A、 IC1B、 IC2A、 IC2B、 IC2C和IC2D组成的死区控制电 路，防止在正负半周波形交替时烧坏逆变元件MOSFET管。通过死区控制电路的SP觀波送入IC4、IC5组成的专用MOSFET驱动器以控制桥路的通断。IC4、 IC5控制T1、 T2、 T3、 T4四个M0SFET管组成的全桥通断，正负半周各有一对管导通。桥路输出端接逆变器专用EI型升压变压器，将电压升高至220伏，并且在220伏端连接 一CBB电容C9，将波形整为纯正的正弦波波形。同时电路通过光耦元件Ul和R2等元件组成的反馈电路随时反馈当前输出电压信息，通 过此反馈信息，控制芯片IC3会实时调整输出脉冲序列，以达到稳定输出电压和输出频率的 目的。图中芯片型号及其外围电路典型工作参数Rl: 4. 7K， R2: 220Q, R3: 470K， R4、 R5、 R8、 R9:36Q， R6、 R7、 RIO、 Rll: IOK， R12: 470 Q， RT1: 20K， Cl、 C2:470WV50V, C3:47^F/25， C4:0.47l^F， C5:0.22l^F， C6:104pF， C7:47PF/25V， C8:10MF/25V， C9:1WV400V， C10:10pF/25V， Cll、 C12: 20pF， D1-D4: 1N4007， D5、 D6: FR107， Ul: P521， IC1A、 IC1B: 74HC14, IC2A、 IC2B、 IC2C、 IC2D: 74HC08, IC4、 IC5:IR2110，T1-T4: IRFZ48S， FUSEL:2A。本实用新型采用自带充放电保护控制电路的市售聚合物离子电池供电，如北京天锐池能 源PL 1085120M 24V/10AH型聚合物离子电池。由于用固体电解质代替了液体电解质，与液态 锂离子电池相比，聚合物离子电池具有可薄形化、任意面积化与任意形状化等优点，也不会 产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题，因此可以用铝塑复合薄膜制造电池外壳，从而可以提 高整个电池的比容量；聚合物锂离子电池还可以采用高分子作正极材料，其质量比能量将会 比目前的液态锂离子电池提高50%以上。此外,聚合物锂离子电池在工作电压、充放电循环 寿命等方面都比锂离子电池有所提高。本实用新型的正弦波调压模块可采用市售纯正弦波调压模块，如上海佛朗克电子出品的 ZXB-2A型产品，调压模块的输入端接纯正弦波逆变器电路输出的交流220V信号，控制端输 入无级调压控制电路输出的0至5V直流信号，输出端对应输出从0至220V按一定速率连续 升压的交流信号。正弦波调压模块所输出正弦波试验电压由仪器的CPU控制单元通过控制无级调压控制电 路来完成，输出波形是稳定的正弦波，并且拥有实时反馈电路，可以更加准确地通过系统CPU 对输出进行无级调节。本实用新型的CPU控制单元可采用现有技术的微处理器设备并包括显示、键盘、打印等外围设备，其内嵌程序按照绝缘油介电强度测试标准控制装置工作流程如下(1) 仪器上电，屏幕显示进入主界面；(2) 按相应按键可进入调压升压模式，升压前，CPU控制单元自动控制集成了自动充放 电功能的聚合物离子电池为纯正弦波逆变器电路供电，由逆变器逆变生成稳定的220V正弦波 交流电压，并将此220V电压接入正弦波调压模块输入端；(3) CPU控制单元控制无级调压控制电路生成0至5V的按一定速度匀速升高的直流电 压，并由此电压控制正弦波调压模块输出从0至220V按规定速度升高的稳定的交流电压；(4) 调压模块输出的电压经过高压升压变压器升压后，生成0至80KV按规定速度匀速 升高的交流电压，此电压施加在试验油杯内的油样上；(5) 正弦波电压测量单元随时测量当前施加电压，并传送至系统CPU，以便记录和实时 调整施加电压；(6) 油样发生击穿时，高压变压器会产生一个突变的电流信号，此信号由击穿电流采集 单元获取后，进行光电隔离处理后传送给CPU控制单元；(7)CPU控制单元接收到击穿信号时，停止记录施加的电压值，并将先前记录的最后一个 电压值作为油样击穿电压。同时，系统CPU通过无级调压控制电路将调压控制电路输出电压 降为OV，断开高压；(8)屏幕显示击穿电压等试验结果，根据需要可打印试验结果。本实用新型的便携式绝缘油介电强度测定仪能够方便地携带进入现场试验，能够提供稳 定纯正的正弦波电压并能够在脱离市电情况下完成多组试验，可广泛应用于各类现场及试验 室的油质试验。
权利要求1、便携式绝缘油介电强度测定仪，包括CPU控制单元、正弦波电压测量单元、击穿电流采集单元、高压升压变压器、试验油杯和正弦波试验电压发生单元，其特征在于所述正弦波试验电压发生单元包括聚合物离子电池、纯正弦波逆变器电路、正弦波调压模块和无级调压控制电路，所述聚合物离子电池提供仪器电源，为纯正弦波逆变器电路供电，纯正弦波逆变器电路输出正弦波交流电压接正弦波调压模块输入端，CPU控制单元控制无级调压控制电路输出一按一定速率连续升高的直流电压信号至正弦波调压模块控制端，控制正弦波调压模块输出端输出按一定速率连续升压的交流电压经高压升压变压器升压后施加于试验油杯内的油样上，正弦波电压测量单元随时测量正弦波调压模块输出电压、击穿电流采集单元测取高压升压变压器产生的油样击穿电流信号并分别传送至CPU控制单元，CPU控制单元控制测试过程。
专利摘要本实用新型公开了一种便携式绝缘油介电强度测定仪，包括CPU控制单元、正弦波电压测量单元、击穿电流采集单元、高压升压变压器、试验油杯和正弦波试验电压发生单元，正弦波试验电压发生单元包括聚合物离子电池、纯正弦波逆变器电路、正弦波调压模块和无级调压控制电路，聚合物离子电池提供仪器电源，为纯正弦波逆变器电路供电，纯正弦波逆变器电路输出正弦波交流电压接正弦波调压模块输入端，无级调压控制电路输出一直流电压信号至正弦波调压模块控制端，控制正弦波调压模块输出端输出按一定速率连续升压的交流电压经高压升压变压器升压后施加于试验油杯内的油样上。本实用新型可广泛应用于各类现场及试验室的绝缘油介电强度油质试验。
文档编号G01R31/00GK201083797SQ20072002810
公开日2008年7月9日 申请日期2007年9月18日 优先权日2007年9月18日
发明者冯俊博, 李国栋, 殷衍刚 申请人:冯俊博