智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置，其标准源模块包括直接数字式频率合成器DDS和信号放大电路；直接数字式频率合成器DDS包括相位累加器、波形存储器、数模转换器及低通滤波器；信号放大电路的输出信号传输给数据采集模块和待检测的套管；数据采集模块的数据采集卡与信号放大电路、待检测套管相连接，并接收信号放大电路发送的信号和套管末屏泄漏电流信号；上位机控制与数据处理模块和相位累加器、波形存储器、数据采集卡相连接。本实用新型的智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置，可解决传统调试校准灵活性差、输出效果差的问题，集成在线监测和校准调试功能于一体，具有灵活准确、实用方便等优点。
【专利说明】智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置。
【背景技术】
[0002]现有的套管末屏泄漏电流在线监测的调试装置设计大多是基于RC电路，利用电阻和电容的串联组合实现对套管电气特征的模拟。但这种依靠电阻与电容值进行档位标注和模拟量值的切换的方法，阻容值一旦固定即不可更改，灵活性较差；另外，由于寄生电容等杂散参数引起的振荡，将会导致输出波形畸变，影响模拟效果。
实用新型内容
[0003]本实用新型是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置，解决了传统调试校准灵活性差、输出效果差的问题。
[0004]本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案。
[0005]智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置，其结构包括标准源模块、数据采集模块和上位机控制与数据处理模块；
[0006]所述标准源模块包括直接数字式频率合成器DDS和信号放大电路；直接数字式频率合成器DDS包括相位累加器、波形存储器、数模转换器及低通滤波器；所述相位累加器、波形存储器、数模转换器、低通滤波器和信号放大电路依次相连接；信号放大电路的输出信号传输给数据采集模块和待检测的套管；
[0007]所述数据采集模块包括数据采集卡，所述数据采集卡与所述信号放大电路、待检测的套管相连接，并接收所述信号放大电路发送的信号和待检测套管末屏的泄漏电流信号；所述数据采集卡与所述上位机控制与数据处理模块相连接，并将信号传输给上位机控制与数据处理模块相连接；
[0008]所述上位机控制与数据处理模块与相位累加器、波形存储器、数据采集卡相连接。
[0009]本实用新型的智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置的结构特点也在于:
[0010]所述数据采集卡是NI公司生产的USB-9215高速数据采集单元。
[0011]所述信号放大电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容Cl、电容C2、电容C3、电容耦合模拟隔离芯片Ul、运算放大器U2和保险丝F ；
[0012]输入信号通过电阻Rl输入至电容耦合模拟隔离芯片Ul，电阻Rl与电容耦合模拟隔离芯片Ul的引脚I相连接；所述电阻R2的两端分别与所述电容耦合模拟隔离芯片Ul的引脚38和运算放大器U2的引脚2相连;
[0013]所述电阻R3和所述电容Cl串联后连接于运算放大器U2的引脚4和运算放大器U2的引脚5之间，所述电阻R3与运算放大器U2的引脚4相连接，所述电容Cl与运算放大器U2的引脚5相连接；
[0014]所述电容C2的一端连接接地端GND，电容C2的另一端和所述运算放大器U2的引脚11和引脚12相连；
[0015]所述电容C3的一端连接接地端GND，电容C3的另一端和运算放大器U2的引脚7和引脚8相连；
[0016]所述电阻R4的一端和所述运算放大器U2的引脚6连接，电阻R4的另一端和所述运算放大器U2的引脚9和引脚10相连；所述保险丝F和所述运算放大器U2的引脚6相连。
[0017]所述电容耦合模拟隔离芯片Ul为隔离放大器AD202。
[0018]所述运算放大器U2为高压运放电路PA98。
[0019]与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在:
[0020]本实用新型的智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置，由标准源模块、数据采集模块、上位机控制模块和数据处理模块集成。现有在线监测装置的校准调试装置依靠电阻与电容值进行档位标注和模拟量值的切换，阻容值不可更改，灵活性差；寄生电容等杂散参数会导致输出波形畸变，影响模拟效果。该装置针对传统调试灵活性差，准确性低的问题，采用了 FPGA与数模转换器(DAC)实现DDS (直接数字频率合成)技术，产生频率和谐波含量可变的电流波形，应用高压大电流运放将产生的电流幅值放大，用于套管末屏的变压器CT二次侧电流；对所产生的模拟信号进行采集，上位机完成控制和数据分析处理功能，实现了套管末屏泄漏电流的在线检测和校准调试功能。
[0021]本实用新型的智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置，集成在线监测和校准调试功能于一体，功能丰富；改进了 CT校准调试方式，灵活准确；适用于实际运行的各种类型的CT校准，符合实际，实用方便。
[0022]本实用新型的智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置，可解决传统调试校准灵活性差、输出效果差的问题，集成在线监测和校准调试功能于一体，具有灵活准确、实用方便等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型的智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置的流程框图
[0024]图2为本实用新型的智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置的结构框图。
[0025]图3为本实用新型的智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置的信号放大电路的电路图。
[0026]图4为本实用新型的智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置的调试方法的流程图。
[0027]以下通过【具体实施方式】，并结合附图对本实用新型作进一步说明。
【具体实施方式】
[0028]参见附图1-3，本实用新型的智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置，包括标准源模块、数据采集模块和上位机控制与数据处理模块；
[0029]所述标准源模块包括直接数字式频率合成器DDS和信号放大电路；直接数字式频率合成器DDS包括相位累加器、波形存储器、数模转换器及低通滤波器；所述相位累加器、波形存储器、数模转换器、低通滤波器和信号放大电路依次相连接；信号放大电路的输出信号传输给数据采集模块和待检测的套管；
[0030]所述数据采集模块包括数据采集卡，所述数据采集卡与所述信号放大电路、待检测的套管相连接，并接收所述信号放大电路发送的信号和待检测套管末屏的泄漏电流；所述数据采集卡与所述上位机控制与数据处理模块相连接，并将信号传输给上位机控制与数据处理模块相连接；
[0031]所述上位机控制与数据处理模块与相位累加器、波形存储器、数据采集卡相连接。
[0032]如图1，本实用新型的智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置，由标准源模块、数据采集模块、上位机控制模和数据处理模块集成。采用了 FPGA与数模转换器DAC实现DDS (直接数字频率合成)的技术，产生频率和谐波含量可变的电流波形，应用高压大电流运放将产生的电流幅值放大，用于套管末屏的CT 二次侧电流12 ;对所产生的模拟信号进行采集，上位机完成控制和数据分析处理功能，实现了套管末屏泄漏电流的在线检测和校准调试。
[0033]所述数据采集卡是NI公司生产的USB-9215高速数据采集单元。
[0034]通过上位机完成对CT采集的套管末屏泄漏电流和产生的标准模拟信号进行分析处理，实现套管末屏泄漏电流的在线监测和校准调试的集成功能。现有的套管末屏泄漏电流的采集装置CT分为可摘取型和不可摘取型，对于两种型式的电流校准调试该装置均适用。
[0035]本实用新型的智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置，解决了传统调试校准灵活性差，输出效果差的问题，集成了在线监测和校准调试功能，适用于可摘取和不可摘取的CT的校准调试。
[0036]所述信号放大电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容Cl、电容C2、电容C3、电容耦合模拟隔离芯片Ul、运算放大器U2和保险丝F ；
[0037]输入信号通过电阻Rl输入至电容耦合模拟隔离芯片U1，电阻Rl与电容耦合模拟隔离芯片Ul的引脚I相连接；所述电阻R2的两端分别与所述电容耦合模拟隔离芯片Ul的引脚38和运算放大器U2的引脚2相连;
[0038]所述电阻R3和所述电容Cl串联后连接于运算放大器U2的引脚4和运算放大器U2的引脚5之间，所述电阻R3与运算放大器U2的引脚4相连接，所述电容Cl与运算放大器U2的引脚5相连接；
[0039]所述电容C2的一端连接接地端GND，电容C2的另一端和所述运算放大器U2的引脚11和引脚12相连；
[0040]所述电容C3的一端连接接地端GND，电容C3的另一端和运算放大器U2的引脚7和引脚8相连；
[0041]所述电阻R4的一端和所述运算放大器U2的引脚6连接，电阻R4的另一端和所述运算放大器U2的引脚9和引脚10相连；所述保险丝F和所述运算放大器U2的引脚6相连。
[0042]所述电容耦合模拟隔离芯片Ul为隔离放大器AD202。
[0043]所述运算放大器U2为高压运放电路PA98。
[0044]所述的智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置的调试方法包括如下步骤:
[0045]步骤1:首先设定基波频率f与介损tan δ的范围，设定基波频率f的初始值为
f..-*-ηιιη?
[0046]步骤2:进行模拟量输出调试；比较此时的基波频率f与基波频率f的最大设定值fmax;如果此时f〉f _，则进入步骤4，判断tan δ是否大于tan δ的最大设定值tan δ max；如果f < fmax，则进入步骤3 ；
[0047]步骤3:将基波频率f增加0.1Hz后返回步骤2，重新进行模拟量输出调试并比较f和fmax的大小关系；
[0048]步骤4:判断tan δ是否大于tan δ的最大设定值tan δ max;如果tan δ > tan δ max，则停止调试；如果tan δ < tan δ _，则将tan δ的数值增加0.1 %，返回步骤I重新设置基波频率f的初始值为fmin。
[0049]如图1-4所示，本实用新型的智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置包括标准源模块、数据采集模块和上位机控制与数据处理模块。
[0050]由标准源输出、数据采集功能、上位机控制和数据处理功能集成，采用了 FPGA与数模转换器(DAC)实现DDS (直接数字频率合成)技术，产生频率和谐波含量可变的电流波形，应用高压大电流运放将产生的电流幅值放大，用于套管末屏的CT 二次侧电流校准；对所产生的模拟信号进行采集，上位机完成控制和数据分析处理功能，实现了套管末屏泄漏电流的在线检测和校准调试功能。
[0051]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是集成在线监测和校准调试功能于一体，功能丰富；改进了 CT校准调试方式，灵活准确；适用于可摘取和不可摘取的CT校准，符合实际，实用方便。
[0052]标准源模块用于实现任意信号(特定频率正弦基波叠加高次谐波)的输出，该模块基于FPGA，应用DDS技术和放大电路实现。采用SOPC(可编程片上系统)的设计思想，通过上位机软件设置试验流程、模拟波形数据及幅频参数，与FPGA实时通信实现信号输出及变换。选取的FPGA要求可以实现整体全自动测试流程控制，与上位机通信进行离散波形数据在片内RAM中的存储和修改和由上位机写入频率控制字以改变模拟波形输出的频率的功能。
[0053]FPGA芯片输出端加DA转换电路，DA芯片应具有高速转换、高精度的特点。基于FPGA芯片波形输出的数字信号并行输出速度，匹配相应速度的DA转换器。
[0054]FPGA芯片外接如附图3所示功率放大电路，功率放大电路提高电流幅值，经过放大比例1:1的隔离运放将信号发生部分与高压部分隔离，防止干扰；采用高功率、高电压MOSFET的带宽运算放大器实现信号的放大功能。
[0055]数据采集模块选用NI公司生产的USB-9215高速数据采集卡，该采集卡至少提供2通道同步采样模拟输入和USB输出端口，具有至少IG Ω输入阻抗，具有集成化信号调理功能。对数据采集卡的通信接口进行编程，使得采集卡的指定电流通道的离散数据能够上传到上位机中，并且能够人工/自动设置采样频率及一次采集的信号周期数。
[0056]上位机控制模块软件采用每个功能所用变量存放在单独的模块，便于修改和调试。根据国家电网公司相关标准，对套管等容性设备在线监测装置进行准确度校核时，应选取包含最高检测限值、最低检测限值在内的共6个点进行比对和测量。上位机软件内设置最高、最低检测限值选项。根据设置生成测量条件列表，在每个测量点处，完成频率波动、谐波叠加等情况下的一系列测试，并记录测试结果标准值，然后自动跳变到下一测量点进行测试和记录，一般流程如附图4所示。在上位机软件中，可设置测试时间间隔，自动完成诸如72h带电测试等长时间测试项目，汇总记录所有测量结果及对应时刻，绘制表格及图像。最终生成的符合规范的调试报告文件，可由USB 口导出至外部存储设备或直接连接打印机打印。
[0057]如图4所示，本实用新型的智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置的调试过程包括如下步骤:
[0058]步骤1:首先设定基波频率f与介损tan δ的范围，设定基波频率f的初始值为
f..-*-ηιιη?
[0059]步骤2:进行模拟量输出调试；比较此时的基波频率f与基波频率f的最大设定值fmax;如果此时f〉f _，则进入步骤4，判断tan δ是否大于tan δ的最大设定值tan δ max；如果f < fmax，则进入步骤3 ；
[0060]步骤3:将基波频率f增加0.1Hz后返回步骤2，重新进行模拟量输出调试并比较f和fmax的大小关系；
[0061]步骤4:判断tan δ是否大于tan δ的最大设定值tan δ max;如果tan δ > tan δ max，则停止调试；如果tan δ < tan δ _，则将tan δ的数值增加0.1 %，返回步骤I重新设置基波频率f的初始值为fmin。
[0062]以上的实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1.智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置，其特征是，包括标准源模块、数据采集模块和上位机控制与数据处理模块； 所述标准源模块包括直接数字式频率合成器003和信号放大电路；直接数字式频率合成器003包括相位累加器、波形存储器、数模转换器及低通滤波器；所述相位累加器、波形存储器、数模转换器、低通滤波器和信号放大电路依次相连接；信号放大电路的输出信号传输给数据采集模块和待检测的套管； 所述数据采集模块包括数据采集卡，所述数据采集卡与所述信号放大电路、待检测的套管相连接，并接收所述信号放大电路发送的信号和待检测套管末屏的泄漏电流；所述数据采集卡与所述上位机控制与数据处理模块相连接，并将信号传输给上位机控制与数据处理模块； 所述上位机控制与数据处理模块和相位累加器、波形存储器、数据采集卡相连接。
2.根据权利要求1所述的智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置，其特征是，所述数据采集卡是犯公司生产的…8-9215高速数据采集单元。
3.根据权利要求1所述的智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置，其特征是，所述信号放大电路包括电阻町、电阻82、电阻83、电阻财、电容01、电容02、电容03、电容耦合模拟隔离芯片仍、运算放大器似和保险丝？； 输入信号通过电阻町输入至电容耦合模拟隔离芯片VI，电阻町与电容耦合模拟隔离芯片VI的引脚1相连接；所述电阻以的两端分别与所述电容耦合模拟隔离芯片VI的引脚38和运算放大器口2的引脚2相连； 所述电阻…和所述电容串联后连接于运算放大器口2的引脚4和运算放大器口2的引脚5之间，所述电阻…与运算放大器口2的引脚4相连接，所述电容与运算放大器口2的引脚5相连接； 所述电容02的一端连接接地端电容02的另一端和所述运算放大器的引脚11和引脚12相连； 所述电容03的一端连接接地端电容03的另一端和运算放大器的引脚7和引脚8相连； 所述电阻财的一端和所述运算放大器的引脚6连接，电阻财的另一端和所述运算放大器口2的引脚9和引脚10相连；所述保险丝？和所述运算放大器口2的引脚6相连。
4.根据权利要求2所述的智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置，其特征是，所述电容耦合模拟隔离芯片VI为隔离放大器仙202。
5.根据权利要求2所述的智能化套管末屏泄漏电流检测调试装置，其特征是，所述运算放大器为高压运放电路？八98。
【文档编号】G01R31/02GK204214987SQ201420760673
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】郑浩, 汪俊斌, 刘厚康, 乔冬升, 陈坚, 刘亚坤, 傅正财, 陈锋, 汪胜和, 朱胜龙 申请人:国家电网公司, 国网安徽省电力公司淮南供电公司, 上海交通大学, 国网安徽省电力公司, 国网安徽省电力公司电力科学研究院