低压电气设备阻抗在线测量装置的制作方法

本实用新型涉及一种低压电气设备阻抗在线测量装置，实现了低压电气设备运行状态下电阻和电抗的测量，属于测控技术领域。

背景技术：

电力系统是一个复杂的系统，由各种不同类型的装置构成。低压电气设备是电力系统的重要组成部分，其安全稳定运行是保证整个电力系统安全稳定运行的基本条件。对于低压电气设备的状态监测，一种有效的方法是对其阻抗值进行实时测量与评估。一般情况下，如果要测量设备的阻抗，必须使正在工作的设备停止运行，也就是必须使设备处于离线状态，这显然造成了设备停运，系统可靠性降低和维护成本提高。因此，发明一种能够用于设备阻抗在线测量的装置具有重要实际意义。

对设备阻抗进行在线测量，最直接的方法就是获得设备工作状态下的压降和通过设备的电流以及它们对应的相角，然后进行相应计算。随着近些年来数据采集与处理技术的快速发展，数据采集卡等硬件设备以及LabVIEW等工具在各个领域都得到了广泛的应用。本实用新型是利用数据采集技术获取设备相关的电压与电流数据，并利用相关技术实现了设备阻抗在线测量的装置。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种低压电气设备阻抗 在线测量的装置，该装置可以实现低压电气设备电阻与电抗的在线测量，以便对电气设备的运行状态进行评估。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种低压电气设备阻抗在线测量装置，其特征在于：包括信号采集模块，控制信号、分解信号的控制分解模块，还原、转化分解信号的转换模块，以及存储运行、测量所产生的信号的存储模块。

进一步的技术方案在于，还包括显示模块。

进一步的技术方案在于，所述信号采集模块采集的信号为电气设备运行时前后端的对地电压信号与通过电气设备的电流信号。

进一步的技术方案在于，所述信号采集模块包括转换电压的电压转换器，转换电流的电流转换器，以及采集经过电压转换器、电流转换器转换后信号的数据采集卡。

进一步的技术方案在于，所述信号采集模块设有六路电压信号采集电路与三路电流信号采集电路。

进一步的技术方案在于，所述控制分解模块控制信号采集模块的信号采集。

进一步的技术方案在于，所述控制分解模块对采集模块采集的信号进行傅立叶分解，然后进行筛选存储至存储器中。

进一步的技术方案在于，所述控制分解模块的筛选存储的过程为对电压、电流信号傅立叶分解后为50Hz频率分量的信息筛选出并存储至存储器中。

进一步的技术方案在于，所述转换模块对电压、电流信号傅立叶 分解后为50Hz频率分量的信息进行测量有效值转换为实际有效值；其转换公式如下：

U_b＝k₁U_b0 (1)

U_f＝k₂U_f0 (2)

I＝k₃I₀ (3)

其中，U_b0、U_f0、I₀分别为前后端对地电压与电流信号50Hz频率分量的测量有效值；U_b、U_f、I分别为前后端对地电压电流信号的实际有效值；k₁、k₂、k₃分别为前后端对地电压与电流信号的实际值与测量值比值，其值大小与电压电流变换器的变比与系统中所含谐波情况相关。

进一步的技术方案还在于，所述转换模块还要对电气设备的电阻与电抗值进行转换，其转换公式如下：

$R=\left(U_{b}cos\right({\mathrm{\θ}}_{U_b}-{\mathrm{\θ}}_I)-U_{f}cos({\mathrm{\θ}}_{U_f}-{\mathrm{\θ}}_I\left)\right)/I---\left(4\right)$

$X=\left(U_b\sin \right({\mathrm{\θ}}_{U_b}-{\mathrm{\θ}}_I)-U_f\sin ({\mathrm{\θ}}_{U_f}-{\mathrm{\θ}}_I\left)\right)/I---\left(5\right)$

其中，θ_I分别为电气设备前后端对地电压与电流的相角。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型提供的阻抗测量装置可用于低压电气设备阻抗的在线测量，所述装置由信号采集部分、LabVIEW程序部分与C#程序部分组成。本实用新型提供的装置通过对电压电流信号采样数据进行傅里叶分解、提取关键有效信息等方法实现了对设备阻抗的在线准确测量，解决了设备阻抗的在线测量问题，为低压电气设备的状态监测提供了条件。此外，本装置使用 方便简单，具有很好的实用性与可靠性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为低压电气设备阻抗在线测量装置原理图；

图2为低压电气设备阻抗在线测量装置实物图；

图3为LabVIEW数据采集程序界面；

图4(a)为C#程序电阻计算界面；

图4(b)为C#程序电阻计算结果显示界面；

图5为低压电气设备阻抗在线测量装置实验电路图；

图6为低压电气设备阻抗在线测量装置实验实物图。

具体实施方式

下面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的一部分实施例，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。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

本实用新型讲述了一种低压电气设备阻抗在线测量装置，其特征 在于：包括信号采集模块，控制信号、分解信号的控制分解模块，还原、转化分解信号的转换模块，以及存储运行、测量所产生的信号的存储模块。

优选的，还包括显示模块。

优选的，所述信号采集模块采集的信号为电气设备运行时前后端的对地电压信号与通过电气设备的电流信号。

优选的，所述信号采集模块包括转换电压的电压转换器，转换电流的电流转换器，以及采集经过电压转换器、电流转换器转换后信号的数据采集卡。

优选的，所述信号采集模块设有六路电压信号采集电路与三路电流信号采集电路。

优选的，所述控制分解模块控制信号采集模块的信号采集。

优选的，所述控制分解模块对采集模块采集的信号进行傅立叶分解，然后进行筛选存储至存储器中。

优选的，所述控制分解模块的筛选存储的过程为对电压、电流信号傅立叶分解后为50Hz频率分量的信息筛选出并存储至存储器中。

优选的，所述转换模块对电压、电流信号傅立叶分解后为50Hz频率分量的信息进行测量有效值转换为实际有效值；其转换公式如下：

U_b＝k₁U_b0 (1)

U_f＝k₂U_f0 (2)

I＝k₃I₀ (3)

其中，U_b0、U_f0、I₀分别为前后端对地电压与电流信号50Hz频率分量的测量有效值；U_b、U_f、I分别为前后端对地电压电流信号的实际有效值；k₁、k₂、k₃分别为前后端对地电压与电流信号的实际值与测量值比值，其值大小与电压电流变换器的变比与系统中所含谐波情况相关。

优选的，所述转换模块还要对电气设备的电阻与电抗值进行转换，其转换公式如下：

$R=\left(U_{b}cos\right({\mathrm{\θ}}_{U_b}-{\mathrm{\θ}}_I)-U_{f}cos({\mathrm{\θ}}_{U_f}-{\mathrm{\θ}}_I\left)\right)/I---\left(4\right)$

$X=\left(U_b\sin \right({\mathrm{\θ}}_{U_b}-{\mathrm{\θ}}_I)-U_f\sin ({\mathrm{\θ}}_{U_f}-{\mathrm{\θ}}_I\left)\right)/I---\left(5\right)$

其中，θ_I分别为电气设备前后端对地电压与电流的相角。

本实用新型是以对低压电气设备的阻抗进行在线测量为目的设计的一种阻抗在线测量装置。该装置可以用来对低压电气设备的电阻与电抗进行在线测量，同时也可以作为监测装置对设备的运行状态进行实时监测。

本实用新型提供的低压电气设备阻抗在线测量装置，其中有包括转换电压的电压转换器，转换电流的电流转换器，以及采集经过电压转换器、电流转换器转换后信号的数据采集卡的采集模块；有安装LabVIEW程序以控制信号采集模块的信号采集与对采集模块采集的信号进行傅立叶分解的控制分解模块；有安装C#程序以对信号进行还原、转换的转换模块，还有存储数据的数据库，显示整个测量过程各种数据、动态曲线图的显示模块，如图1所示。

目前设备的阻抗测量一般都是离线进行的，而在许多情况下需要对设备的阻抗进行在线测量。低压电气设备阻抗在线测量的关键是如何得到设备运行状态下同一时刻的压降和电流的有效值与相位。本实用新型通过对电压电流信号的采样数据进行傅里叶分解、提取关键有效信息等方法实现了对设备阻抗的在线准确测量，解决了设备阻抗的在线测量问题，此外，本装置如图2所示为低压电气设备阻抗在线测量装置实物图，最左端设备为电压电流信号变换设备，共有6路电压和3路电流采集通道以及两个接地端子；中间的设备为数据采集卡，右端为计算机，是LabVIEW程序与C#程序的执行平台，是控制分解模块、转换模块、存储模块、显示模块的集成体，能够对不对称三相设备的阻抗进行测量，实用简单，可靠性好。

根据阻抗的计算方法，要想计算出设备的阻抗值，需要知道设备压降和通过设备电流的幅值与相位信息。本实用新型选取设备运行时前后端的对地电压与通过设备的电流作为采集信号，其中，设备的压降可用以下公式表示：

$d\stackrel{\·}{U}=\stackrel{\·}{U}b-\stackrel{\·}{U}f---\left(11\right)$

其中，为设备运行时前端对地电压；为设备运行时后端对地电压。

本低压电气设备阻抗在线测量装置采用数据采集卡对信号进行采集，数据采集卡具有多采样通道、采样保持、精度高等功能和优点，是数据采集技术中的重要设备。但是，数据采集卡的输入电压必须保证在范围内，这就需要对所要采集的信号进行变换。

根据实际要求，本装置选用变比为220V/3.53V的LXYB型电压变 换器、变比为10A/4.5V的WGSL33型电流变换器对要采集的信号进行变换。本装置共设计6路电压信号采集电路与3路电流信号采集电路，实现对三相设备各相阻抗的同时测量。

如图3所示，本实用新型采用数据采集卡对电压电流信号进行采集，利用LabVIEW编程实现对采集卡的数据采集控制。LabVIEW程序控制电压电流信号的采集，并实时显示采集到的电压电流波形。由于电力系统中谐波以及信号变换电路干扰的存在，电压与电流信号的采样数据不能直接用来进行阻抗计算。所以，在对电压电流信号进行采样的同时，LabVIEW程序还要对采样数据进行傅里叶分解，从而得到各路信号不同频率分量的有效值与相位信息，并将50Hz频率分量信息保存到数据库中，作为设备阻抗在线计算的基础数据。

如图4所示，本实用新型中C#程序部分需要完成设备阻抗的计算、显示与保存，在对各路电压电流信号进行采样时，首先经过变换电路对信号进行了变换与调理，之后又对信号采样数据进行了傅里叶分解，所以最终保存到数据库中的信号测量有效值并不是信号的实际有效值。因此，在计算设备的阻抗之前，首先要利用C#程序，读取保存在数据库中的数据，将信号的测量有效值转换为实际有效值，计算公式如下：

U_b＝k₁U_b0 (1)

U_f＝k₂U_f0 (2)

I＝k₃I₀ (3)

其中，U_b0、U_f0、I₀分别为前后端对地电压与电流信号50Hz频 率分量的测量有效值；U_b、U_f、I分别为前后端对地电压电流信号的实际有效值；k₁、k₂、k₃分别为前后端对地电压与电流信号的实际值与测量值比值，其值大小与电压电流变换器的变比与系统中所含谐波情况相关。

在求得电压与电流的实际有效值之后，根据电路理论的相关知识，得到电阻与电抗的计算公式如下：

$R=\left(U_{b}cos\right({\mathrm{\θ}}_{U_b}-{\mathrm{\θ}}_I)-U_{f}cos({\mathrm{\θ}}_{U_f}-{\mathrm{\θ}}_I\left)\right)/I---\left(4\right)$

$X=\left(U_b\sin \right({\mathrm{\θ}}_{U_b}-{\mathrm{\θ}}_I)-U_f\sin ({\mathrm{\θ}}_{U_f}-{\mathrm{\θ}}_I\left)\right)/I---\left(5\right)$

其中，θ_I分别为电气设备前后端对地电压与电流的相角。

在计算出设备的阻抗值之后，利用C#开发程序界面，对计算出的设备电阻与电抗值进行显示。此外，还要将设备的阻抗值保存到数据库中，以便之后进行查询。

另外，本实用新型还进行了如下模拟实验：

利用滑动变阻器与电抗器代替低压电气设备，搭建三相电路对本实用新型提供的装置进行测试，实验电路图见附图5。附图6是本装置实验的实物图。对A、B、C三相电路的滑动变阻器与电抗器进行调节，利用本装置测量其电阻与电抗值，并与实际值进行比较。

由实验结果可知，当阻抗值不变时，对阻抗进行多次测量，每次测量结果基本相同；改变某一相电路的阻抗值，并不影响其它相的阻抗测量值；测量值与实际值误差在可接受范围，在10％之内。

以上实验验证了本装置对设备阻抗进行在线测量的有效性与可 靠性。