一种氧化锌避雷器测试仪校准装置的制作方法

本实用新型涉及装置校准领域，尤其涉及一种氧化锌避雷器测试仪校准装置。

背景技术：

氧化锌避雷器(MOA)利用氧化锌的非线性特性进行开断电流，是电力系统中使用广泛的一次过电压保护设备。作用于MOA的电压不同，将会引起MOA中的氧化锌阀片性质发生剧烈变化。在雷电电压作用下，阀片呈现低阻状态，且电压消失后，可恢复为高阻态。正常工作电压下，MOA处于高阻状态但会有电流流过阀片。由于长期在大电压等级以及户外的环境下(使其内部受潮、表面污秽、热击穿等影响)运行，避雷器的工作性能会出现变化，并且极易发生损坏。而避雷器发生故障的后果非常严重，不仅会丧失保护设备及线路的基本功能，甚至还会造成电力系统过压事故。为保证MOA正常运行，必须对其进行定期检测。在正常情况下，氧化锌避雷器等效于一个电阻和一个电容并联，氧化锌避雷器在施加工频交流电压时，产生泄露电流(全电流)，该电流含有容性成分和阻性成分(即容性电流和阻性电流)，阻性电流约占全电流的10％～20％；由于高压线路(6KV以上线路)的供电电压失真度很小，容性电流和阻性电流的三次谐波很小(小于5％)。当氧化锌避雷器内部受潮或有污渍时，其等效电路相当于在原等效电路旁多并联了一个线性电阻，全电流会明显增大，而三次谐波电流变化很小。当避雷器老化后，避雷器的耐压值降低，在线路额定电压下，基波阻性电流增大；同时，避雷器的等效电阻进入非线性区，从而产生高次阻性电流谐波，其中三次阻性电流谐波增大幅度最明显。因此，测试全电流和三次谐波电流的变化情况，就可以及时判断氧化锌避雷器的工作状况。

现有的MOA校准仪的校准方法主要是通过标准信号发生器法和RC阻容网络法，而现有的RC阻容网络法如图2所示，其中C为可调电容箱，R为可调电阻箱，PV为测量参比电压的交流电压表，PA3为测量全电流的交流电流表，PA2为测量阻性电流的交流电流表，PA1为测量容性电流的交流电流表。

而现有技术有一定缺陷，就是由自偶式调压器、交流电压表、交流电流表、交流电阻箱和交流电容箱等部件组成的非一体化设计难以模拟氧化锌避雷器非线性特性所产生的三次谐波阻性电流，而三次谐波阻性电流是反应氧化锌避雷器绝缘的一项重要参数，所以使得校验结果的参考性较低。

技术实现要素：

本实用新型实施例公开了一种氧化锌避雷器测试仪校准装置，通过微处理器CPU控制数字信号发生器产生数字信号，然后经过采样模块的D/A将数字信号转化成稳定的正弦波电压信号和电流信号并提供过输出反馈模块输出，并通过输出反馈模块将输出的稳定的正弦波电压信号和电流信号反馈到采样模块的A/D，然后将正弦波电压信号和电流信号转换成数字信号传递给数字信号发生器FPGA，从而调节并精确产生所需的任何电压信号和电流信号，解决了现有技术难以模拟氧化锌避雷器非线性特性所产生的三次谐波阻性电流造成的校验结果参考性较低的技术问题。

本实用新型实施例提供了一种氧化锌避雷器测试仪校准装置，包括：微处理器CPU、数字信号发生器FPGA、采样模块、输出反馈模块；

所述微处理器CPU用于与外部设备通信，同时进行数据显示、相应按键操作，并且与所述数字信号发生器FPGA协议约定，控制所述数字信号发生器FPGA进行数字信号处理；

所述数字信号发生器FPGA与所述微处理器CPU通信连接，用于产生离散的数字信号并控制采样模块的A/D、D/A进行模数、数模转换，同时用于对输出信号进行幅值和相位调节以及对信号进行频谱分析，在信号发生时用于叠加反向谐波信号抵消由于硬件电路引入的噪声及高次谐波，降低波形的失真度；

所述采样模块包括A/D和D/A，用于模数和数模转换，其中A/D用于将所述输出反馈模块传递来的电压、电流信号转换为离散的数字信号供所述数字信号发生器FPGA处理，D/A用于将离散的数字信号转换成稳定的正弦波电压信号和电流信号，并且A/D和D/A的分辨率与所述数字信号发生器FPGA的采样频率匹配；

所述输出反馈模块用于输出稳定的正弦交流信号和参比电压信号并将稳定的正弦交流信号和参比电压信号反馈至所述采样模块的A/D。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

1、通过微处理器CPU控制数字信号发生器产生数字信号，然后经过采样模块的D/A将数字信号转化成稳定的正弦波电压信号和电流信号并提供过输出反馈模块输出，并通过输出反馈模块将输出的稳定的正弦波电压信号和电流信号反馈到采样模块的A/D，然后将正弦波电压信号和电流信号转换成数字信号传递给高性能可编程的数字信号发生器FPGA，从而通过数字信号发生器FPGA对输出信号进行幅值和相位调节等，进而可以精确产生所需的任何电压信号和电流信号，解决了现有技术难以模拟氧化锌避雷器非线性特性所产生的三次谐波阻性电流造成的校验结果参考性较低的技术问题，同时可以完全模拟氧化锌避雷器的工作状况。

2、本实用新型实施例提供的氧化锌避雷器测试仪校准装置体积小、重量轻，便于携带，且连线简单、操作便捷，可同时适用于现场和实验室检测。

附图说明

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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例中提供的一种氧化锌避雷器测试仪校准装置的结构示意图；

图2为现有技术中的RC阻容网络法。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种氧化锌避雷器测试仪校准装置，通过微处理器CPU控制数字信号发生器产生数字信号，然后经过采样模块的D/A将数字信号转化成稳定的正弦波电压信号和电流信号并提供过输出反馈模块输出，并通过输出反馈模块将输出的稳定的正弦波电压信号和电流信号反馈到采样模块的A/D，然后将正弦波电压信号和电流信号转换成数字信号传递给数字信号发生器FPGA，从而调节并精确产生所需的任何电压信号和电流信号，解决了现有技术难以模拟氧化锌避雷器非线性特性所产生的三次谐波阻性电流造成的校验结果参考性较低的技术问题。

请参阅图1，本实用新型实施例中提供的一种氧化锌避雷器测试仪校准装置的一个实施例包括：

微处理器CPU1、数字信号发生器FPGA2、采样模块3、输出反馈模块4；

微处理器CPU1用于与外部设备通信，同时进行数据显示、相应按键操作，并且与数字信号发生器FPGA2协议约定，控制数字信号发生器FPGA2进行数字信号处理；

数字信号发生器FPGA2与微处理器CPU1通过SPI通信连接，用于产生离散的数字信号并控制采样模块3的A/D、D/A进行模数、数模转换，同时用于对输出信号进行幅值和相位调节以及对信号进行频谱分析，在信号发生时用于叠加反向谐波信号抵消由于硬件电路引入的噪声及高次谐波，降低波形的失真度；

采样模块3包括A/D和D/A，用于模数和数模转换，其中A/D用于将输出反馈模块传递来的电压、电流信号转换为离散的数字信号供数字信号发生器FPGA2处理，D/A用于将离散的数字信号转换成稳定的正弦波电压信号和电流信号，并且A/D和D/A的分辨率与数字信号发生器FPGA2的采样频率匹配；

输出反馈模块4用于输出稳定的正弦交流信号和参比电压信号并将稳定的正弦交流信号和参比电压信号反馈至采样模块3的A/D，从而形成稳定的闭环反馈控制电路。

上面是对一种氧化锌避雷器测试仪校准装置的结构和连接方式进行的详细说明，为便于理解，下面将以一具体应用场景对一种氧化锌避雷器测试仪校准装置的应用进行说明，应用例包括：

通过微处理器CPU1控制数字信号发生器FPGA2产生数字信号，然后经过采样模块3的D/A将数字信号转化成由阻性基波电流、阻性三次谐波电流和容性基波电流三部分合成的全电流正弦波和f＝50Hz的电压正弦波，即u＝U_P sinωt，i＝I_pR1 sinωt+I_pR3 sin(3ωt+π)+I_pC1 sin(ωt+π/2)，其中u为参比电压，Up为参比电压峰值，ω为基波角频率，ω＝2πf，i为全电流，I_pR1为阻性基波电流峰值，I_pR3为阻性三次谐波电流峰值，I_pC1为容性基波电流峰值，输出反馈模块4将输出的稳定的正弦波电压信号和电流信号反馈到采样模块3的A/D，然后将正弦波电压信号和电流信号转换成数字信号传递给高性能可编程的数字信号发生器FPGA2，并通过数字信号发生器FPGA2对输出信号的幅值和相位等进行调节，最终产生与氧化锌避雷器测试仪的测量功能相对应的全电流，模拟氧化锌避雷器的各种工作状况，通过将氧化锌避雷器测试仪测量的电流结果与氧化锌避雷器测试仪校准装置产生的全电流对比从而对氧化锌避雷器测试仪的多个参数进行校准。

本实用新型实施例提供的氧化锌避雷器测试仪校准装置可以进行阻性电流测量误差试验、全电流测量误差试验、容性电流测量误差试验、参比电压测量误差试验、有功功率测量误差试验和参比电压波形畸变对测量误差影响试验，实现对氧化锌避雷器测试仪在工频电压下的频率、全电流、基波阻性电流、基波容性电流、三次谐波电流、有功功率及电压等量值的有效校准。

以上对本实用新型所提供的一种氧化锌避雷器测试仪校准装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，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。