专利名称：一种用于测量并联电容器组中电容的测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测试装置，尤其是一种用于测量并联电容器组中电容的测试装置，具体地说是一种能够用于并联电容器组中电容的测试且同时能进行三相电容器组配平衡的测试装置，属于电容测量的技术领域。
背景技术：
电力系统为了减小无功损耗，通常采用并联电容器组的方法来提高功率因数。在实际应用中，电容器补偿装置事故率比较高，这与它的工作状态是有关系的。电容器装置工作状态的特点可用高场强、满荷载、频投切、附设多，这十二个字来概括，这十二个字所包含的四个方面都是不利于设备可靠性的。所以定期对电容器装置检测，早期发现电容器缺陷，避免故障扩大，是十分重要的。而在现场电容器都是成组并联的，所以用一般电容表需将引线拆除后才能测量， 工作量大，而且容易造成接线错误。电容器组电容器数量多，现场测试工作量大，目前，电容量平衡配置计算工作均由人员将数据进行人工计算，过程繁琐，计算时间长，平衡度往往不能达到最优配置。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于测量并联电容器组中电容的测试装置，其结构简单紧凑，安装使用方便，适应范围广，测量精度高，安全可靠。按照本发明提供的技术方案，所述用于测量并联电容器组中电容的测试装置，包括测试采集模块，所述测试采集模块的输出端与控制模块的输入端相连；测试采集模块与控制模块的电源端分别与电源模块的电源输出端电连接；测试采集模块测量流过待测电容的电流值及待测电容两端的电压值，并将电流值与电压值转换后输入到控制模块内；控制模块根据测定的电流值及电压值处理后得到待测电容的有功功率值，并根据待测电容的有功功率、测定的电流值及电压值处理后存储并输出待测电容的电容值。所述控制模块的输入端与键盘相连。所述控制模块的输出端与显示模块相连，显示模块的电源端与电源模块的电源输出端相连；控制模块通过显示模块显示输出待测电容的电容值。所述测试采集模块与控制模块对应配合后测量得到三相并联电容器组中每组的电容器的电容值，控制模块采用禁忌搜索法对三相并联电容器组的电容器平衡配置。所述控制模块采用禁忌搜索法对三相并联电容器组的接线方式包括开口三角电压保护、电压差动保护、中性点不平衡电流保护或桥差不平衡电流保护。所述电源模块包括第一变压器，第一变压器的原边线圈的一端通过开关Sl与第一熔断器相连；第一变压器的第一副边线圈的两端与第一桥式整流器的两桥臂相连，第一变压器的第二副边线圈的两端与第二桥式整流器的两桥臂相连，第一桥式整流器的另外两桥臂分别与第一芯片及第二芯片的电源输入端相连，第二桥式整流器的另外两桥臂分别与第三芯片的电源输入端及调整端相连；第一芯片的电源输入端分别与第九电容及第十电容的一端相连，第九电容、第十电容的另一端分别通过第七电容、第八电容与第二芯片的电源输入端相连；第一芯片的调整端与第二芯片的调整端相连；第一芯片的电源输出端与第十三电容、第十四电容的一端相连，第十三电容、第十四电容的另一端分别通过第十一电容、第十二电容与第二芯片的电源输出端相连；第十一电容、第十二电容对应于与第二芯片的电源输出端相连的端部形成+15V的电源端，第十三电容、第十四电容对应于与第一芯片的电源输出端相连的端部形成-15V的电源端；第三芯片的电源输入端与调整端间通过第四电容相连，第三芯片的电源输出端与调整端间通过第五电容相连；第五电容与第三芯片的电源输出端相连的一端形成+5V的电源端，第五电容与第三芯片的调整端相连的一端形成接地端；第一变压器的第二副边线圈的中心端通过第十五电容接地。所述测试采集模块包括电压采集模块及电流采集模块，所述电压采集模块包括第二变压器，所述第二变压器的原边线圈的两端分别通过第二熔断器与继电器JDQl的触点与电源模块电连接；继电器JDQl的线圈经第五电阻与第六电容串联后接地；第二变压器的副边线圈的一端接地，另一端与第四电阻相连；第四电阻通过第一电阻与第三电容相连，第三电容与第四电阻对应于与第二变压器副边线圈相连的一端相连；第一电阻与第四电阻相连的一端连接到第一运算放大器的同相输入端相连，第一运算放大器的反相输入端与输出端相连，第一运算放大器的输出端通过第二电容、第三电阻与第二运算放大器的反相输入端相连；第二运算放大器的同相端接地；第二运算放大器的反相端通过第二电阻与第二运算放大器的输出端相连，第二电阻的两端并联有第一电容；第二运算放大器的输出端形成电压采样输出端AD-Vin。所述电流采集模块包括第三运算放大器，所述第三运算放大器的同相端接地，第三运算放大器的反相端通过第五电阻、第十六电容与电流采样输入相连，第三运算放大器的反相端通过第六电阻与第三运算放大器的输出端相连；第六电阻的两端并联有第十七电容相连；第三运算放大器的输出端形成电流采样输出端AD-Iin。所述控制模块包括单片机。所述电流采集模块包括用于检测待测电容电流值的钳形电流夹，钳形电流夹检测的电流通过第十六电容、第五电阻后输入到第三运算放大器的反相端。本发明的优点在不拆线的状态下，测量成组并联着的单个电容器，同时也能够测量电感和电阻，接线方便，操作简单，大大提高了现场测试的效率，也可避免拆装引线带来的出错可能性；采用禁忌搜索法对三相补偿电容器组进行配平衡，提高电容器组三相电容量检测效率与平衡精度计算速度，为现场快速提供电容器组平衡配置的最优方案，大大减少电容组故障后停电时间，从而提高系统电压质量，取得经济效益；用全中文操作界面，使用极其方便；自动计算被测电容的容量，实时显示被测对象的电流有效值，对测量结果具有打印功能；抗干扰能力强，能在各种复杂现场进行测量；试验电源设有过电流保护，电源输出短路不会损坏仪器；电容量平衡配置计算方法快速、准确。
图1为本发明的结构框图。图2为本发明电源模块的原理图。
图3为本发明电流采样后滤波的原理图。图4为本发明控制电流与电压采样间隔的原理图。
具体实施例方式下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。如图1所示本发明包括电源模块1、测试采集模块2、控制模块3、键盘4、显示模块5、第一测试端6、电流输入端7及第二测试端8。如图1所示所述测试装置包括测试采集模块2，所述测试采集模块2用于采集待测电容的电流值与电压值，测试采集模块2的输入端包括第一测试端6、电流输入端7及第二测试端8，第一测试端6与第二测试端8用于测量待测电容两端的电压值，第一测试端6 与第二测试端8间通过分压电阻R4及电压取样电阻Rl相连，电流输入端7与第二测试端 8间设有电流取样电阻R15。电流输入端7采样国外高精度的钳形电流夹，在电力系统中可以达到不拆卸测量待测电容值的作用，接线方便，操作简单，大大提高了现场测试效率，避免拆装引线带来出错的可能性，解决了补偿电容测量不便的问题。测试采集模块2的输出端与控制模块3的输入端相连，用于向控制模块3输入检测待测电容的电流值、电压值，控制模块3根据输入待测电容的电流值与电压值能够计算得到待测电容的有功功率值，根据有功功率值能够得到功率因数。控制模块3在频率下，计算待测电容值，由于电源模块1的频率已知，因此当知道功率因数时，控制模块3能够根据有功功率值、检测的电流值与电压值能得到待测电容的电容值。控制模块3包括单片机，单片机3采用89C55，控制模块3的输入端与键盘4相连，通过键盘4设定相关参数，控制模块3的输出端与显示模块5相连， 控制模块3通过显示模块5能够输出待测电容的电容值。电源模块1分别与测试采集模块 2、控制模块3、键盘4及显示模块5的电源端相连，提供整个测试装置的工作电源，电源模块 1输入220V AC的交流电，同时电源模块1能够输出+5V、+15V及-15V的电压，能够满足不同的芯片工作电压要求。电力系统中补偿电容器组具有的接线方式包括开口三角电压保护、电压差动保护、中性点不平衡电流保护或桥差不平衡电流保护；当三相补偿电容器组中电容不平衡时， 就需要调节每相补偿电容器组内电容的电容值，保持平衡状态。进行三相电容器组配平衡时，需要通过测试装置测量每相电容器组内相应的电容器值，然后控制模块3采用禁忌搜索法对补偿电容器组进行配平衡，从而达到通过移动最少电容器达到三相补偿电容器组的平衡状态。通过键盘4向控制模块3输入补偿电容器组的接线方式，控制模块3根据相应的接线方式，能够快速进行配平衡，提高电容器组三相电容量检测效率与平衡精度计算速度，为现场快速提供电容器组平衡配置的最优方案，大大减少电容组故障后停电时间，从而提高系统电压质量，取得经济效益能满足现场实际工作需要，具有创新和先进意义。控制模块3的输出端与电源模块1相连，能够控制电压模块1的工作状态。如图2所示为电源模块1的原理图。所述电源模块1包括第一变压器Tl，第一变压器Tl的原边线圈的一端通过开关Sl与第一熔断器FUSEl相连；闭合开关Sl后，能够对测试装置内的各个部分提供电源；第一熔断器FUSEl能够防止工作器件短路而造成的损害。第一变压器Tl的原边线圈间还接有指示灯Lamp，当开关Sl闭合后，指示灯Lamp被点亮，从而能够直观指示电源的工作状态。第一变压器Tl的原边线圈的电源N与L间的电压为220V AC的交流电。第一变压器Tl的副边具有两个线圈，第一变压器Tl的第一副边线圈的两端与第一桥式整流器RSl的两桥臂相连，第一变压器Tl的第二副边线圈的两端与第二桥式整流器RS2的两桥臂相连，第一桥式整流器RSl的另外两桥臂分别与第一芯片Ull 及第二芯片U12的电源输入端相连，第二桥式整流器RS2的另外两桥臂分别与第三芯片U21 的电源输入端及调整端相连；第一芯片U11、第二芯片U12及第三芯片U21均为开关电源芯片。第一芯片Ull的电源输入端分别与第九电容C9及第十电容ClO的一端相连，第九电容 C9、第十电容ClO的另一端分别通过第七电容C7、第八电容C8与第二芯片U12的电源输入端相连，即第七电容C7与第九电容C9相串联，第八电容C8与第十电容ClO相串联，第七电容C7与第九电容C9形成的串联支路与第八电容C8、第十电容ClO形成的串联支路并联在第一芯片U11、第二芯片U12的电源输入端间；第一芯片Ull的调整端与第二芯片U12的调整端相连；第一芯片Ull的电源输出端与第十三电容C13、第十四电容C14的一端相连，第十三电容C13、第十四电容C14的另一端分别通过第十一电容C11、第十二电容C12与第二芯片U12的电源输出端相连；第十一电容C11、第十二电容C12对应于与第二芯片U12的电源输出端相连的端部形成+15V的电源端，第十三电容C13、第十四电容C14对应于与第一芯片Ull的电源输出端相连的端部形成-15V的电源端，+15V的电源端与-15V的电源端用于对模拟电路提供工作电源；第三芯片U21的电源输入端与调整端间通过第四电容C4相连， 第三芯片U21的电源输出端与调整端间通过第五电容C5相连；第五电容C5与第三芯片U21 的电源输出端相连的一端形成+5V的电源端，+5V的电源端用于为数字电路提供工作电源， 第五电容C5与第三芯片U21的调整端相连的一端形成接地端GND ；第一变压器Tl的第二副边线圈的中心端通过第十五电容C15接地。 图1中还有测试采集模块2中电压采集模块的原理图。所述电压采集模块包括第二变压器T2，所述第二变压器T2的原边线圈的两端分别通过第二熔断器FUSE2与继电器JDQl的触点与电源模块1电连接；第二熔断器FUSE2用于防止测量短路而造成的损害， 第二变压器T2的原边线圈直接与电源模块1的220V AC端相连。继电器JDQl的线圈经第五电阻R5与第六电容C6串联后接地，第六电容C6与第三芯片U21的调整端相连，继电器 JDQl的线圈受控制模块3的输出信号控制，从而控制第二变压器T2的原边线圈与电源模块1的接通，提高了操作的安全性。第二变压器T2的副边线圈的一端接地，另一端与第四电阻R4相连；第四电阻R4通过第一电阻Rl与第三电容C3相连，第三电容C3与第四电阻 R4对应于与第二变压器T2副边线圈相连的一端相连，第三电容C3作为采样滤波电容，第三电容C3并联在第一电阻Rl与第四电阻R4的两端，第一电阻Rl作为电压取样电阻，第四电阻R4作为分压电阻；测试时，将第三电容C3与待测电容相并联，待测电容两端的电压由第一电阻Rl取样后输出。第一电阻Rl与第四电阻R4相连的一端连接到第一运算放大器Ul 的同相输入端相连，第一运算放大器Ul的反相输入端与输出端相连，第一运算放大器Ul的输出端通过第二电容C2、第三电阻R3与第二运算放大器U112的反相输入端相连；第二运算放大器Ul 12的同相端接地；第二运算放大器Ul 12的反相端通过第二电阻R2与第二运算放大器U112的输出端相连，第二电阻R2的两端并联有第一电容Cl ；第二运算放大器U112 的输出端形成电压采样输出端AD-Vin。第一运算放大器Ul与第二运算放大器Ul 12的电源端分别与+15V、-15V的电源端相连，即电源模块1输出的+15V、-15V电源为第一运算放大器Ul及第二运算放大器Ul 12提供工作电源。
如图3所示为电流采样后进行放大滤波的原理图。钳形电流夹与待测电容相连， 待测电容的电流为I-IN，电流I-IN通过第十六电容C16与第五电阻R5输入到第三运算放大器Ulll的反相端相连，第三运算放大器Ulll的同相端接地。第三运算放大器Ulll的反相端通过第六电阻R6与第三运算放大器Ulll的输出端相连；第六电阻R6的两端并联有第十七电容C17相连；第三运算放大器Ulll的输出端形成电流采样输出端AD-Iin。所述电流采样输入端AD-I in与电压采样输入端AD-Vin分别通过AD转换器与控制模块3相连，AD 转换器均采用AD1674。如图4所示为设置控制模块3对电流采样及电压采样时间间隔的设置电路原理图。所述第四运算放大器U16的电源端分别与+15V、-15V的电源模块1的电源端相连。第三运算放大器U16的反相端通过电阻R8与电源模块1的zenxin端相连，并通过第十九电容C19接地。电源模块1的zenxin端电压的大小用于调节输出的时间，使控制模块3对电流采样或电压采样时间间隔的设置。第三运算放大器U16的反相端通过第三二极管D3及第二二极管D2与第三运算放大器U16的同相端相连，第三运算放大器U16的反相端与第三运算放大器D3的阳极端相连，且与第二运算放大器D2的阴极端相连。第三运算放大器U16 的同相端通过第七电阻R7接地，并通过第十四电阻R14与第三运算放大器U16的输出端相连。第三运算放大器U16的输出端通过第九电阻R9与第十电阻RlO及第一二极管Dl相连， 第十电阻RlO对应于与第九电阻R9相连的另一端接+5V电源端，第一二极管Dl的阴极端同时与第九电阻R9、第十电阻RlO相连，第一二极管Dl的阳极端接地。同时第九电阻R9、 第十电阻RlO及第一二极管Dl的阴极端相连的端部形成Tl时间输出端。所述Tl时间输出端用于与控制模块3相应端口相连。第一二极管Dl的阴极端还与第四芯片U9的输入端相连，第四芯片U9的电源端与+5V电源端相连。第四芯片U9为一锁相环芯片，采用⑶4046 集成锁相环芯片。第四芯片U9的PH C0MP20UT端通过第i^一电阻R11、第十二电阻R12及第十八电路C18接地；第四芯片U9的VCO IN端与第十一电阻Rll与第十二电阻R12相连的一端相连。第四芯片U9的INH端及GND端接地；Rl端通过第十三电阻R13接地；ClA端与ClB端通过第二十电容C20相连，VCO OUT端通过输出形成时间输出端T0，且VCO OUT端还与第五芯片UlO的CLK-A端相连。第四芯片U9的COMP IN端与第五芯片UlO的Q4B端相连。第五芯片UlO的Q4A端与ENABLE-B端相连；RESET-B端与GND端均接地；第五芯片 UlO的RESET-A端与CLK-B端均接地，ENABLE-A端与VCC端均接5V电源。所述时间输出端 TO与时间输出端Tl分别与单片机89C55相应的时间端口相连，用于控制单片机89C55对 AD1674输出的电流值与电压值的采样时间间隔；从而满足控制模块3对采样电路处理的要求。第五芯片UlO为计数器芯片4052。如图1 图4所示使用时，通过钳形电流夹、第一测试端6及第二测试端8与待测电容相连，分别用于测量待测电容的电流值与电压值。开关Sl闭合后，使220V AC电源为整个测试装置提供工作电源。测试时，测试采样模块2将待测电容的电流值与电压值输入到控制模块3内，控制模块3根据频率情况下的电容器值域电流值、电压值的公式求得公式(1)中，根据w表示电源模块1中交流电的频率，一般为50Hz ；I表示有效值， U表示电压有效值，θ为电流I与电压U两个信号波形间的相位差。
交流电压电流采样原理若将电压有效值公式
权利要求
1.一种用于测量并联电容器组中电容的测试装置，其特征是包括测试采集模块0)， 所述测试采集模块O)的输出端与控制模块(3)的输入端相连；测试采集模块( 与控制模块(3)的电源端分别与电源模块(1)的电源输出端电连接；测试采集模块( 测量流过待测电容的电流值及待测电容两端的电压值，并将电流值与电压值转换后输入到控制模块 (3)内；控制模块⑶根据测定的电流值及电压值处理后得到待测电容的有功功率值，并根据待测电容的有功功率、测定的电流值及电压值处理后存储并输出待测电容的电容值。
2.根据权利要求1所述的用于测量并联电容器组中电容的测试装置，其特征是所述控制模块⑶的输入端与键盘⑷相连。
3.根据权利要求1所述的用于测量并联电容器组中电容的测试装置，其特征是所述控制模块(3)的输出端与显示模块( 相连，显示模块(5)的电源端与电源模块(1)的电源输出端相连；控制模块C3)通过显示模块( 显示输出待测电容的电容值。
4.根据权利要求1所述的用于测量并联电容器组中电容的测试装置，其特征是所述测试采集模块( 与控制模块( 对应配合后测量得到三相并联电容器组中每组的电容器的电容值，控制模块C3)采用禁忌搜索法对三相并联电容器组的电容器平衡配置。
5.根据权利要求4所述的用于测量并联电容器组中电容的测试装置，其特征是所述控制模块(3)采用禁忌搜索法对三相并联电容器组的接线方式包括开口三角电压保护、电压差动保护、中性点不平衡电流保护或桥差不平衡电流保护。
6.根据权利要求1所述的用于测量并联电容器组中电容的测试装置，其特征是所述电源模块(1)包括第一变压器(Tl)，第一变压器(Tl)的原边线圈的一端通过开关Sl与第一熔断器(FUSEl)相连；第一变压器(Tl)的第一副边线圈的两端与第一桥式整流器(RSl) 的两桥臂相连，第一变压器(Tl)的第二副边线圈的两端与第二桥式整流器(RS2)的两桥臂相连，第一桥式整流器(RSl)的另外两桥臂分别与第一芯片(Ull)及第二芯片(U12)的电源输入端相连，第二桥式整流器(RS2)的另外两桥臂分别与第三芯片(U21)的电源输入端及调整端相连；第一芯片(Ull)的电源输入端分别与第九电容(C9)及第十电容(ClO)的一端相连，第九电容(C9)、第十电容(ClO)的另一端分别通过第七电容(C7)、第八电容(C8) 与第二芯片(U12)的电源输入端相连；第一芯片(Ull)的调整端与第二芯片(U12)的调整端相连；第一芯片(Ull)的电源输出端与第十三电容(C13)、第十四电容(C14)的一端相连，第十三电容(C13)、第十四电容(C14)的另一端分别通过第十一电容(Cll)、第十二电容 (C12)与第二芯片(U12)的电源输出端相连；第十一电容(Cll)、第十二电容(C12)对应于与第二芯片(U12)的电源输出端相连的端部形成+15V的电源端，第十三电容(C13)、第十四电容(C14)对应于与第一芯片(Ull)的电源输出端相连的端部形成-15V的电源端；第三芯片(U21)的电源输入端与调整端间通过第四电容(C4)相连，第三芯片(U21)的电源输出端与调整端间通过第五电容(C5)相连；第五电容(C5)与第三芯片(U21)的电源输出端相连的一端形成+5V的电源端，第五电容(⑶)与第三芯片(U21)的调整端相连的一端形成接地端(GND)；第一变压器(Tl)的第二副边线圈的中心端通过第十五电容(C15)接地。
7.根据权利要求1所述的用于测量并联电容器组中电容的测试装置，其特征是所述测试采集模块C3)包括电压采集模块及电流采集模块，所述电压采集模块包括第二变压器 (T2)，所述第二变压器(T2)的原边线圈的两端分别通过第二熔断器(FUSE2)与继电器JDQl 的触点与电源模块⑴电连接；继电器JDQl的线圈经第五电阻(R5)与第六电容(C6)串联后接地；第二变压器(T2)的副边线圈的一端接地，另一端与第四电阻(R4)相连；第四电阻 (R4)通过第一电阻(Rl)与第三电容(C3)相连，第三电容(C3)与第四电阻(R4)对应于与第二变压器(T2)副边线圈相连的一端相连；第一电阻(Rl)与第四电阻(R4)相连的一端连接到第一运算放大器(Ul)的同相输入端相连，第一运算放大器(Ul)的反相输入端与输出端相连，第一运算放大器(Ul)的输出端通过第二电容(C2)、第三电阻(旧)与第二运算放大器(UlU)的反相输入端相连；第二运算放大器(UlU)的同相端接地；第二运算放大器(U112)的反相端通过第二电阻(R2)与第二运算放大器(U112)的输出端相连，第二电阻 (R2)的两端并联有第一电容(Cl)；第二运算放大器(UlU)的输出端形成电压采样输出端 AD-Vin。
8.根据权利要求7所述的用于测量并联电容器组中电容的测试装置，其特征是所述电流采集模块包括第三运算放大器(Ulll)，所述第三运算放大器(Ulll)的同相端接地，第三运算放大器(Ulll)的反相端通过第五电阻(R5)、第十六电容(C16)与电流采样输入相连，第三运算放大器(Ulll)的反相端通过第六电阻(R6)与第三运算放大器(Ulll)的输出端相连；第六电阻(R6)的两端并联有第十七电容(C17)相连；第三运算放大器(Ulll)的输出端形成电流采样输出端AD-Iin。
9.根据权利要求1所述的用于测量并联电容器组中电容的测试装置，其特征是所述控制模块( 包括单片机。
10.根据权利要求8所述的用于测量并联电容器组中电容的测试装置，其特征是所述电流采集模块包括用于检测待测电容电流值的钳形电流夹，钳形电流夹检测的电流通过第十六电容(C16)、第五电阻(R5)后输入到第三运算放大器(Ulll)的反相端。
全文摘要
本发明涉及一种用于测量并联电容器组中电容的测试装置，按照本发明提供的技术方案，所述用于测量并联电容器组中电容的测试装置，包括测试采集模块，所述测试采集模块的输出端与控制模块的输入端相连；测试采集模块与控制模块的电源端分别与电源模块的电源输出端电连接；测试采集模块测量流过待测电容的电流值及待测电容两端的电压值，并将电流值与电压值转换后输入到控制模块内；控制模块根据测定的电流值及电压值处理后得到待测电容的有功功率值，并根据待测电容的有功功率、测定的电流值及电压值处理后存储并输出待测电容的电容值。本发明结构简单紧凑，安装使用方便，适应范围广，测量精度高，安全可靠。
文档编号G01R27/26GK102175925SQ201110067618
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月21日 优先权日2011年3月21日
发明者周芸, 李炯, 田栋, 缪中章, 赵胤, 黄芬 申请人:江苏省电力公司无锡供电公司