一种避雷器电压测量电路以及阻性电流测试仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种避雷器电压测量电路以及阻性电流测试仪。所述避雷器电压测量电路包括第一平板电极、第二平板电极、连接所述第一平板电极的第一信号处理电路、连接所述第二平板电极的第二信号处理电路以及连接所述第一信号处理电路和第二平板电极的第二信号处理电路的加运算器；所述第一平板电极和第二平板电极分别设置于避雷器的两个出线回路的B相导线正下方，用于测量每一出线回路的电流信号；所述第一信号处理处理电路和第二信号处理电路对每一出线回路的电流信号进行模数转换和滤波处理后，通过所述加运算器进行合成运算，生成B相避雷器的电压信号，并通过±120°移相生成A相、C相避雷器的电压信号。
【专利说明】
-种避雷器电压测量电路从及阻性电流测试仪
技术领域
[0001] 本实用新型设及电流测试领域，尤其设及避雷器的阻性电流测试领域，具体的讲 是一种避雷器电压测量电路W及阻性电流测试仪。
【背景技术】
[0002] 避雷器是电网、电站的重要电气设备，起到限制过电压、保护其他电气设备绝缘的 作用。通过检测避雷器电流可W很好的判断避雷器的性能状态。在停电情况下，可W通过高 压预试轻松测得避雷器电流参数。但随着电网运行要求的不断提高，电网停电检修的时间 越来越短。因此，带电检测避雷器电流成为诊断避雷器状态的重要手段和必然趋势。
[0003] 避雷器中流通的电流为避雷器全电流，由容性电流分量和阻性电流分量组成。避 雷器的阻性电流分量与避雷器阀片的性能有着密切的关系，阀片劣化后，阻性电流分量会 随劣化程度相应增大。因此，需要从避雷器全电流中分离出阻性电流分量，W判断避雷器的 性能状态。通过谐波分析可W发现，除了基波分量外，避雷器容性电流和阻性电流中均还含 有大量的奇次谐波。根据IEC60099-5,必须获取避雷器上的电压信号，用W补偿避雷器容性 电流分量，才能解析出完整、准确的避雷器阻性电流分量。然而，在避雷器运行环境下，无法 对运行电压直接采样，运就对阻性电流的解析造成极大困难。如何安全、准确地获取避雷器 的电压信号，成为开发避雷器带电测试设备的关键。
[0004] 现有的一种获取避雷器电压的方法是通过从在网运行的PT(CVT或电磁式电压互 感器)二次端获取避雷器电压信号。由于PT与避雷器在同一个电气间隔中挂网运行，两者的 电压应完全一致，因此，从PT二次获得的电压信号即可真实反映避雷器的电压信号。该方法 能有效获取避雷器电压信号，但是由于需要将测试设备接入运行设备，势必会对运行设备 的安全运行造成威胁，因此，该方法在实际的运用较少。
[0005] 现有的另一种获取避雷器电压的方法是通过从避雷器附近的220V检修电源箱获 取避雷器电压信号。避雷器上的电压为电网电压，电网电压通过不同电压等级的变压器逐 级降压到检修电源的220V电压，因此，避雷器电压与检修电源电压存在一定关系，理论上 说，可W通过信号移相可W计算避雷器电压信号。然而，由于电网在各级降压过程中的实际 相移与理论相移存在较大误差，因此，计算出的电压信号势必存在较大相角误差；同时，电 网电压中的大量谐波也会因为逐级降压而发生改变，因此，计算出的电压信号完全无法反 映电网电压的谐波情况。尽管该方法可安全、简易的获取一个电压信号，但该信号与避雷器 电压信号的失真度太大，因此，该方法在实际的运用也很少。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型实施例提供一种避雷器电压测量电路W及阻性电流测试仪，W解决现 有技术中的避雷器电压测量易受现场电场环境影响且不够安全准确的问题。
[0007] 为了达到上述目的，本实用新型实施例提供一种避雷器电压测量电路，包括第一 平板电极、第二平板电极、连接所述第一平板电极的第一信号处理电路、连接所述第二平板 电极的第二信号处理电路W及连接所述第一信号处理电路和第二平板电极的第二信号处 理电路的加运算器;所述第一平板电极和第二平板电极分别设置于避雷器的两个出线回路 的B相导线正下方，用于测量每一出线回路的电流信号;所述第一信号处理处理电路和第二 信号处理电路对每一出线回路的电流信号进行模数转换和滤波处理后，通过所述加运算器 进行合成运算，生成B相避雷器的电压信号，并通过±120°移相生成A相、C相避雷器的电压 信号。
[0008] 进一步地，在一实施例中，所述第一信号处理电路包括:第一无感精密电阻，连接 所述第一平板电极，用于将测量的出现回路的第一电流信号转换为第一电压信号;第一 A/D 转换器，连接所述第一无感精密电阻，用于进行模式转换，将模拟的第一电压信号转换为数 字信号;第一数字低通滤波器，连接所述第一 A/D转换器，用于对所述第一电压信号进行低 通滤波。
[0009] 进一步地，在一实施例中，所述第二信号处理电路包括:第二无感精密电阻，连接 所述第二平板电极，用于将测量的出现回路的第二电流信号转换为第二电压信号;第二A/D 转换器，连接所述第二无感精密电阻，用于进行模式转换，将模拟的第二电压信号转换为数 字信号;第二数字低通滤波器，连接所述第二A/D转换器，用于对所述第二电压信号进行低 通滤波。
[0010] 进一步地，在一实施例中，所述第一平板电极和第二平板电极为感应板。
[0011] 为了达到上述目的，本实用新型实施例还提供一种避雷器阻性电流测试仪，包括 电压测量电路和补偿处理电路；其中，所述电压测量电路包括第一平板电极、第二平板电 极、连接所述第一平板电极的第一信号处理电路、连接所述第二平板电极的第二信号处理 电路W及连接所述第一信号处理电路和第二平板电极的第二信号处理电路的加运算器;所 述第一平板电极和第二平板电极分别设置于避雷器的两个出线回路的B相导线正下方，用 于测量每一出线回路的电流信号;所述第一信号处理处理电路和第二信号处理电路对每一 出线回路的电流信号进行模数转换和滤波处理后，通过所述加运算器进行合成运算，生成B 相避雷器的电压信号，并通过±120°移相生成A相、C相避雷器的电压信号;所述补偿处理电 路根据所述A相、B相、C相避雷器的电压信号W及全电流信号，实现避雷器容性电流的全补 偿。
[0012] 本实用新型实施例的避雷器电压测量电路W及阻性电流测试仪，通过采用双极板 补偿的感应板法，可W有效排除复杂电场环境的相间干扰，既安全且准确的获取了避雷器 电压信号，解决了避雷器带电测试的重大难点，为避雷器的安全稳定运行乃至电网的安全 稳定运行提供了有力保障。
【附图说明】
[0013] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下， 还可W根据运些附图获得其他的附图。
[0014] 图1为现有的感应板法的结构示意图；
[0015] 图2为本实用新型实施例的避雷器电压测量电路的结构示意图；
[0016] 图3为本实用新型实施例的第一信号处理电路和第二信号处理电路的结构示意 图；
[0017] 图4为本实用新型实施例的双回线电场环境下的感应板布置图；
[0018] 图5为图4所示实施例的感应极板1的等值电路图；
[0019] 图6为图4所示实施例的感应极板2的等值电路图；
[0020] 图7为本实用新型实施例的避雷器阻性电流测试仪的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0022] 在本实用新型中，设及的术语(B相对称和非B相对称），其释义如下：
[0023] B相对称(非B相对称）的电场环境：目前变电站的出线通常采用=相平行布置，每 一回出线的=相导体间距一致，各回出线的间距也一致。对于运种出线布置的变电站，若出 线回路数为奇数时，其合成电场即为B相对称电场;若出线回路数为偶数时，其合成电场即 为非B相对称电场。
[0024] 本实用新型的采用双极板补偿方法的避雷器电压测量电路W及阻性电流测试仪， 是由现有的感应板法改进而成。如图1所示，现有的感应板法是通过一块平板电极直接测量 电网电压，即：将平板电极置于避雷器底座边，则平板电极与避雷器高压电极间形成空间电 容化，流过Cn的电流信号In与避雷器电压信号具有完全相同的谐波特性，且相位超前90°。 通过对In进行简单调制，即可准确获得避雷器电压信号。因此，理论上说，该方法可W安全、 准确的获取避雷器电压信号。
[0025] 然而，避雷器实际的电场环境通常为=相综合场（即由=种相差120°的电压电极 形成的合成电场），远比图1复杂。在B相对称电场环境下，把平板电极置于B相避雷器底座 边，即可获取B相避雷器电压信号，由于A、C相电压信号分别滞后、超前B相电压信号120%进 而可W通过B相电压信号精确调制出A、C相电压信号。然而在非B相对称的电场环境中，无论 在任何位置，都不能准确获得任何一相避雷器的电压信号。因此，该方法在实际中的应用很 多，但其准确性易受电场环境影响。
[0026] 本实用新型的避雷器电压测量电路W及阻性电流测试仪所采用的测量方法是对 感应板法的一种改进。只需解决在非B相对称电场环境下的相间干扰问题，就可完全排除电 场环境对感应板法的影响。为了解决相邻相的电压干扰，可W使用两个感应板。对于非B相 对称的电场环境，通过合适的感应板布置和计算，就可W解析出具有准确相位信息的电压 信号。
[0027] 图2为本实用新型实施例的避雷器电压测量电路的结构示意图。如图2所示，包括 第一平板电极、第二平板电极、连接所述第一平板电极的第一信号处理电路、连接所述第二 平板电极的第二信号处理电路W及连接所述第一信号处理电路和第二平板电极的第二信 号处理电路的加运算器;所述第一平板电极和第二平板电极分别设置于避雷器的两个出线 回路的B相导线正下方，用于测量每一出线回路的电流信号;所述第一信号处理处理电路和 第二信号处理电路对每一出线回路的电流信号进行模数转换和滤波处理后，通过所述加运 算器进行合成运算，生成B相避雷器的电压信号，并通过±120°移相生成A相、C相避雷器的 电压信号。在本实施例中，所述第一平板电极和第二平板电极可W为感应极板。
[0028] 如图3所示，所述第一信号处理电路包括:第一无感精密电阻，连接所述第一平板 电极，用于将测量的出现回路的第一电流信号转换为第一电压信号;第一A/D转换器，连接 所述第一无感精密电阻，用于进行模式转换，将模拟的第一电压信号转换为数字信号;第一 数字低通滤波器，连接所述第一 A/D转换器，用于对所述第一电压信号进行低通滤波。所述 第二信号处理电路包括:第二无感精密电阻，连接所述第二平板电极，用于将测量的出现回 路的第二电流信号转换为第二电压信号；第二A/D转换器，连接所述第二无感精密电阻，用 于进行模式转换，将模拟的第二电压信号转换为数字信号;第二数字低通滤波器，连接所述 第二A/D转换器，用于对所述第二电压信号进行低通滤波。
[0029] 在本实施例中，第一无感精密电阻和第二无感精密电阻可W选用阻值为200KQ， A/D转换器可W采用16位模数转换器，速率为20K;数字低通滤波器可W选用化化的低通滤 波器。
[0030] 下面W典型的双回线电场环境为例，如图4所示，将两个感应电级分别置于两个B 相导线的正下方，可W得到，感应电极1和感应电极2的等值电路分别如图5和图6所示，其 中，
[0032] 基于线路布置相对对称的实际，可W认为：[0033] Cbi = Cb2[0034] Cbib2 = Cb2bi[003引 Calbl = Cclbl = Ca2b2 = Cc2b2 (2)[0036] Calb2 = Cc2bl[0037] Cclb2 = Ca2bl[003引将Il和l2相加合成，可W得到，
[0031 (1)
[0039]
(3)
[0040] 从式(3)可W看出，合成电流Io超前B相电压90%通过90°移相计算，即可得到具有 准确相位信息的B相电压信号，进而解析出A、C相电压信号。
[0041] 在本实用新型实施例中，如果为多回线电场，则可在最边缘的两个出线回路的B相 导线的正下方布置两个感应极板即可。
[0042] 图7为本实用新型实施例的避雷器阻性电流测试仪的结构示意图。如图7所示，本 实施例的避雷器阻性电流测试仪包括电压测量电路和补偿处理电路。其中，所述电压测量 电路包括如图2和图3所示的电压测量电路。所述补偿处理电路根据所述避雷器电压测量信 号W及全电流信号，实现避雷器容性电流的全补偿。
[0043] 如图7所示，在本实施例中，所述补偿处理电路包括中央处理器W及连接所述中央 处理器的全电流采集电路、数字移相器、自动调幅器;所述全电流采集电路用于采集避雷器 的全电流信号;所述数字移相器连接所述加运算器，根据所述中央处理器的控制对输入的 电压信号进行移相;所述自动调幅器连接所述数字移相器和中央处理器，用于根据所述中 央处理器的控制对输入信号进行幅值的放大或缩小;所述中央处理器还根据阻性电流波形 特征量控制自动调幅器，实现避雷器容性电流的全补偿，输出避雷器的全电流、阻性电流分 量、容性电流分量W及避雷器阻性电流的3、5、7次谐波分量。
[0044] 在本实施例中，全电流采集电路包括连接避雷器的计数器、高精度零磁通传感器 W及第SA/D转换器和第S数字低通滤波器，通过计数器和高精度零磁通传感器采集避雷 器的全电流属于本领域的公知常识，本实用新型不再寶述。
[0045] 在本实施例中，自动调幅器根据中央处理器的控制信号对输入信号进行超前120° 或滞后120°移相。中央处理器通过按键命令识别测试模式，并依据不同的命令，启动电源及 测试电路，同时采集测量数据，并计算出具体数值后，送液晶显示模块更新实时数据;数字 信号运算，通过阻性电流波形特征量控制自动调幅器，实现避雷器容性电流的全补偿，输出 避雷器全电流、阻性电流分量、容性电流分量W及避雷器阻性电流的3、5、7次谐波分量。
[0046] 如图7所示，在本实施例中，所述补偿处理电路还包括液晶显示模块，连接所述中 央处理器，用于显示实时的计算数据W及输出的避雷器的全电流数据、阻性电流分量数据、 容性电流分量数据W及避雷器阻性电流的3、5、7次谐波分量数据;所述补偿处理电路还包 括数据存储模块，连接所述中央处理器，用于存储实时的计算数据W及输出的避雷器的全 电流数据、阻性电流分量数据、容性电流分量数据W及避雷器阻性电流的3、5、7次谐波分量 数据;所述补偿处理电路还包括按键开关模块，连接所述中央处理器，用于进行测试开、关 W及复位的控制;所述补偿处理电路还包括时钟模块，连接所述中央处理器，用于为所述补 偿处理电路提供时钟;所述补偿处理电路还包括电源模块，连接所述中央处理器，用于为所 述补偿处理电路提供电源信号。
[0047] 本实用新型实施例的避雷器电压测量电路W及阻性电流测试仪，通过采用双极板 补偿的感应板法，可W有效排除复杂电场环境的相间干扰，既安全且准确的获取了避雷器 电压信号，解决了避雷器带电测试的重大难点，为避雷器的安全稳定运行乃至电网的安全 稳定运行提供了有力保障。
[0048] 本实用新型实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可W通过通用处理 器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程口阵列或其它可编程逻辑装置，离 散口或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通 用处理器可W为微处理器，可选地，该通用处理器也可W为任何传统的处理器、控制器、微 控制器或状态机。处理器也可W通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处 理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的 配置来实现。
[0049] 本领域技术人员还可W 了解到本实用新型实施例列出的各种说明性逻辑块 (illustrative logical block),单元，和步骤可W通过电子硬件、电脑软件，或两者的结 合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性QnterchangeabiIity)，上述的各种说明 性部件（illustrative components)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。运样的功 能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员 可W对于每种特定的应用，可W使用各种方法实现所述的功能，但运种实现不应被理解为 超出本实用新型实施例保护的范围。
[0050] 本实用新型实施例中所描述的方法或算法的步骤可W直接嵌入硬件、处理器执行 的软件模块、或者运两者的结合。软件模块可W存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM 存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储 媒介中。示例性地，存储媒介可W与处理器连接，W使得处理器可W从存储媒介中读取信 息，并可W向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可W集成到处理器中。处理器和存储 媒介可W设置于ASIC中，ASIC可W设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可W设 置于用户终端中的不同的部件中。
[0051] 本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，W 上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核屯、思想；同时，对于本领域的 一般技术人员，依据本实用新型的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综 上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
【主权项】
1. 一种避雷器电压测量电路，其特征在于，包括第一平板电极、第二平板电极、连接所 述第一平板电极的第一信号处理电路、连接所述第二平板电极的第二信号处理电路以及连 接所述第一信号处理电路和第二平板电极的第二信号处理电路的加运算器； 所述第一平板电极和第二平板电极分别设置于避雷器的两个出线回路的B相导线正下 方，用于测量每一出线回路的电流信号；所述第一信号处理处理电路和第二信号处理电路 对每一出线回路的电流信号进行模数转换和滤波处理后，通过所述加运算器进行合成运 算，生成B相避雷器的电压信号，并通过±120°移相生成A相、C相避雷器的电压信号。2. 根据权利要求1所述的避雷器电压测量电路，其特征在于，所述第一信号处理电路包 括： 第一无感精密电阻，连接所述第一平板电极，用于将测量的出现回路的第一电流信号 转换为第一电压信号； 第一A/D转换器，连接所述第一无感精密电阻，用于进行模式转换，将模拟的第一电压 信号转换为数字信号； 第一数字低通滤波器，连接所述第一 A/D转换器，用于对所述第一电压信号进行低通滤 波。3. 根据权利要求1所述的避雷器电压测量电路，其特征在于，所述第二信号处理电路包 括： 第二无感精密电阻，连接所述第二平板电极，用于将测量的出现回路的第二电流信号 转换为第二电压信号； 第二A/D转换器，连接所述第二无感精密电阻，用于进行模式转换，将模拟的第二电压 信号转换为数字信号； 第二数字低通滤波器，连接所述第二A/D转换器，用于对所述第二电压信号进行低通滤 波。4. 根据权利要求1所述的避雷器电压测量电路，其特征在于，所述第一平板电极和第二 平板电极为感应板。5. -种避雷器阻性电流测试仪，其特征在于，包括电压测量电路和补偿处理电路； 其中，所述电压测量电路包括第一平板电极、第二平板电极、连接所述第一平板电极的 第一信号处理电路、连接所述第二平板电极的第二信号处理电路以及连接所述第一信号处 理电路和第二平板电极的第二信号处理电路的加运算器； 所述第一平板电极和第二平板电极分别设置于避雷器的两个出线回路的B相导线正下 方，用于测量每一出线回路的电流信号;所述第一信号处理电路和第二信号处理电路对每 一出线回路的电流信号进行模数转换和滤波处理后，通过所述加运算器进行合成运算，生 成B相避雷器的电压信号，并通过±120°移相生成A相、C相避雷器的电压信号； 所述补偿处理电路根据所述A相、B相、C相避雷器的电压信号以及全电流信号，实现避 雷器容性电流的全补偿。6. 根据权利要求5所述的避雷器阻性电流测试仪，其特征在于，所述第一信号处理电路 包括： 第一无感精密电阻，连接所述第一平板电极，用于将测量的出现回路的第一电流信号 转换为第一电压信号； 第一A/D转换器，连接所述第一无感精密电阻，用于进行模式转换，将模拟的第一电压 信号转换为数字信号； 第一数字低通滤波器，连接所述第一 A/D转换器，用于对所述第一电压信号进行低通滤 波。7. 根据权利要求5所述的避雷器阻性电流测试仪，其特征在于，所述第二信号处理电路 包括： 第二无感精密电阻，连接所述第二平板电极，用于将测量的出现回路的第二电流信号 转换为第二电压信号； 第二A/D转换器，连接所述第二无感精密电阻，用于进行模式转换，将模拟的第二电压 信号转换为数字信号； 第二数字低通滤波器，连接所述第二A/D转换器，用于对所述第二电压信号进行低通滤 波。8. 根据权利要求5所述的避雷器阻性电流测试仪，其特征在于，所述第一平板电极和 第二平板电极为感应板。9. 根据权利要求5所述的避雷器阻性电流测试仪，其特征在于，所述补偿处理电路包括 中央处理器以及连接所述中央处理器的全电流采集电路、数字移相器、自动调幅器； 所述全电流采集电路用于采集避雷器的全电流信号； 所述数字移相器连接所述加运算器，根据所述中央处理器的控制对输入的电压信号进 行移相； 所述自动调幅器连接所述数字移相器和中央处理器，用于根据所述中央处理器的控制 对输入信号进行幅值的放大或缩小； 所述中央处理器还根据阻性电流波形特征量控制自动调幅器，实现避雷器容性电流的 全补偿，输出避雷器的全电流、阻性电流分量、容性电流分量以及避雷器阻性电流的3、5、7 次谐波分量。10. 根据权利要求9所述的避雷器阻性电流测试仪，其特征在于，所述补偿处理电路还 包括显示模块，连接所述中央处理器，用于显示实时的计算数据以及输出的避雷器的全电 流数据、阻性电流分量数据、容性电流分量数据以及避雷器阻性电流的3、5、7次谐波分量数 据。
【文档编号】G01R19/25GK205691656SQ201620501578
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年5月27日 公开号201620501578.X, CN 201620501578, CN 205691656 U, CN 205691656U, CN-U-205691656, CN201620501578, CN201620501578.X, CN205691656 U, CN205691656U
【发明人】高翔, 周攀, 邓磊, 张飞, 刘仁, 秦俊, 周喜军, 赵博
【申请人】国家电网公司, 国网新源控股有限公司, 国网新源控股有限公司技术中心