专利名称：电力设备介质损失和电容量自动测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动测量电力设备介质损失和电容量的仪器，特别是适用于电力设备在电力系统运行的场合和功率因数很小的情况下测量功率。
目前国内外测量电力设备的介质损失和电容量，多采用西林电桥，在我国广泛采用的是上海电表厂生产的QSI型交流电桥，该电桥是手动平衡的电桥，，根据平衡时的参数求出介质损失角正切值tgδ和电容量C。用QSI电桥测量介质损失和电容量。其缺点是调平衡操作麻烦，费时，经常操作的元件容易出故障，在光线强的地方检流计的光带很难看清楚，在tgδ和C随时间变化的场合因无法平衡而无法使用QSI电桥，电力设备带电运行下亦无法使用QSI电桥。50年代国外有一种自动平衡电桥，是利用机械的方法实现电桥自动平衡，这种电桥价格昂贵，不能在电工行业中普遍应用，只在很特殊的场合使用过;而且，用机械方法自动调平衡的时间较长，无法在tgδ和C随时变化的场合使用，目前国内外虽然有许多其它类型的测量电阻，电感和电容的电桥或仪器，但由于它们都是采用高频率(10KHz或以上)和低电压(几百伏或以下)的方法，不适宜于测量电力设备的tgδ和C;因为，测量电力设备介质损失的特点为高电压(10Kv或以上)50Hz和低功率因数(COSθ＝sinδ≈0.005～0.06)。目前电力系统中仍然广泛采用QSI电桥这种50年代的产品，其原因就在于尚未找到功率因数非常小(0.005～0.06)的情况下能准确自动测出功率的方法，尚未找到能代替QSI电桥的仪器。
本发明的目的是为了克服用西林电桥测量电力设备介质损失和电容量的上述缺点，找出能取代QSI电桥的测量电力设备介质损失和电容量的新方法和新的仪器，以提高电力系统的运行可靠性。
本发明采用新的构思和应用集成电路技术，设计出介质损失和电容量的自动测量仪，其基本原理为，分别测出待测信号的有功分量，待测信号的无功分量以及参考信号的无功分量后，将待测信号的有功分量除以待测信号的无功分量。得介质损失角正切值，将待则信号的无功分量除以参考信号的无功分量，得待测试品的电容量，由于待测信号的功率因数很小(0.005～0.06)。本发明采用自动补偿掉待测信号中的无功分量的方法，以实现有功分量的准确测量。
本发明与目前在电工行业中广泛采用的QSI型交流电桥相比，具有重量轻，体积小，测量范围宽，准确度高，不需要调平衡，直接读数，读数不受外施电压变化的影响，适用于Tgδ和C变化的场合，以及适用于电力设备带电运行的场合等优点。此外，应用本发明所述的方法，可用普通瓦特表指示功率因数很小的功率。
以下结合附图及实施例，对本发明作进一步的详述。
图1电力设备介质损失和电容量自动测量仪原理框图。
图2仪器所涉及的信号的向量图。
图3自动补偿无功分量的原理图。
图4Tgδ和C自动测量仪电路框图。
如图1，本发明由待测信号转换器(1)，参考信号转换器(2)，有功分量检测器(3)，无功分量检测器(4)，参考无功分量检测器(5)，除法功能器(6及7)，以及指示器(8及9)组成。
待测信号转换器(1)及参考信号转换器(2)，根据实际的测量条件，可以分别或同时由阻容分压器、电容分压器、电阻分压器、互感器、电流电压变换器或放大器组成。
有功分量的检测(3)和无功分量的检测(4)，均采用四象限乘法功能块完成，其基本原理结合图2加以说明。图2中，设U为作用于电力设备上的电压，UNo为与U成90度的参考电压Ix为流过电力设备的电流，Ic为Ix的无功分量，IR为Ix的有功分量，Uxo与Ix同相位，设U＝UmSinwtUxo＝Uxomsin(wt+θ)UNo＝UNomsin(wt+π/2)检测无功分量时，将Uxo及UNo输入到一个四象限乘法功能块中，则该乘法功能块的输出正比于[Cosδ-sin(2wt+θ)]采用滤波器滤去交变分量后，就剩下正比于Cos的直流分量，由于正常的电力设备，δ很小，Cos≈i，而滤波器的纹波因数一般可达0.1%，因此，上述方法可保证测量无功分量的准确度。
检测有功分量时，如果将Uxo及U直接输入到一个乘法功能块中，那么，这时该乘法功能块的输出正比于[Sinδ-Cos(2wt+θ)]由于正常的电力设备，sinδ≈0.005～0.06，因此，这时即使采用0.1%纹波因数的滤波器滤去交变分量，测量出的有功分量其准确度也不能保证。
为了克服上述困难，本发明中，测量介质损失时，或测量功率因数很小的功率损失时，不是直接将Uxo与U输入到一个乘法功能块中，而是如图3，首先将Uxo的无功分量进行补偿，补偿的方法为，将Uxo放大KUNom倍，得到新的向量Ux。将Uno放大KUxom倍得到新的向量Un这样一来，Ux和UN幅值相等，UN的相位与UNo相同，Ux的相位与Uxo相同;Ux减UN得到一个新的向量UNx。然后，以UNX和U输入到一个四象限乘法功能块中，该乘法功能块的输出正比于(Cosθ)/(Cosδ／2) [Cosδ/2-Cos(2wt- (δ)/2 )]再用滤波器滤去交变分量，即得到与Cosθ成正比的输出量，由于Cosδ/2≈1，采用0.1%的纹波因数的滤波器、可满足准确度的要求。
测量介质损失时，一般习惯上不是以功率表示，而是以tgδ表示，为此，本发明采用除法功能器(6)得出与tgδ成正比的量。
参考无功分量检测器(5)的输出，是根据测量电容量的需要，以使无功分量除以参考无功分量后，除法功能器(7)输出的量能正比于待测电容量为条件。
指示器(8)和(9)，可根据实际需要，采用指针式。数字式或自动记录式仪表。
图1与QSI型交流电桥相对应，是同时测量tgδ和C的原理框;为了节省元件。功能块(3)，(4)，(5)可以有共用部分。若实际上只需要测量有功分量，或无功分量，或tgδ或C时，图1时，图1可以简化。
实施例同时自动测量tgδ和C的电路框如图4。待测信号转换器(1)由无感电阻R与试品Cx串联及放大功能块(11)组成。C为试品Cx的电容量。参考信号转换器(2)，由无感电阻RN与标准电容器CN串联及放大功能块(21)组成。有功分量检测器(3)由功能块(3451)，(341).(31)(32).(33)(34)(35)及(36)组成;(3451)及(31)为峰值检测功能块，(341)和(32)为乘法功能块。(341)输出的幅值与(32)输出的幅值相同;33为放大功能块，由运算放大器构成;(341)和(32)的连接方式，保证(33)的输入相当于UNX;(33)的目的是将UNx适当放大;(34)是移相功能块，其目的是使输出的电压其相位与U相同;(35)为乘法功能块;(36)为滤波功能块，采用运算放大器构成，其目的是只允许直流通过，滤波器的纹波因数0.1%即可保证测量的准确度。无功分量检测器(4)由功能块(3451)，(341)。(41)，及(42)组成;(41)为乘法功能块。(41)的一对输入接到(341)的输出端，目的是使tgδ的读数不受外施电压幅值的影响;(42)为滤波功能块，采用运算放大器组成，目的是只允许直流通过，纹波因数达到0.1%即可保证测量的准确度，参考无功分量检测器(5)由功能块(3451)。(51)及(52)组成;(51)为平方器功能块，(52)为乘法功能块，这些功能块的作用，是使电容量的读数只与待测电容量C成正比，而与外施电压无关，除法功能器(6)由(61)及(62)组成;(61)为除法器;(62)为电压调节器，其作用是使tgδ读数与仪表刻度相适应;(62)根据实际情况，可以是电阻分压器或放大功能块;如无必要，(62)可省去，除法功能器(7)由(71)及(72)组成;(71)为除法器(72)为电压调节器;(72)的作用是使电容量C的读数与指示仪表的刻度相适应;(72)根据实际情况，可以是电阻分压器或放大功能块;如无必要，(72)可省去。指示器(8)指示tgδ之值;指示器(9)指示C之值;指示器(8)及(9)可根据实际需要，采用指针式，数字式或自动记录式电压表。(3451)为(3).(4)及(5)的共用部分。(341)为(3)及(4)的共用部分。
只需要自动测量tgδ时，省去图4中的(51)，(52)，(71)，(72)及(9)。只需要要自动测量C时，省去(3)，(6)，(8)，(341)及(52)。只需要测量有功功率时。省去(4).(5).(6).(7)及(9);当指示器采用瓦特表时，再省去(35)及(36)，并且将瓦特表置于相当于(35)的位置;功率因数很小时，以往不仅不能用普通瓦特表准确测量功率，而且也不能用现有的低功率因数瓦特表准确测量;本发明中由于采用图3所说明的自动补偿无功分量的技术，不仅可用低功率因数瓦特表来测量，而且可用普通瓦特表来测量。
权利要求
1.电力设备介质损失和电容量自动测量仪，其特征是，由待测信号转换器(1)，参考信号转换器(2)，有功分量检测器(3)，无功分量检测器(4)，参考无功分量检测器(5)，除法功能器(6及7)和指示器(8及9)等集成电路部件构成，有功分量除以无功分量得正比于介质损失角正切值的量，无功分量除以参考无功分量，得正比于待测电容量的量。
2.根据权利要求1所述的仪器，其特征是，测量有功分量时，对待测信号的无功分量进行自动补偿;在功率因数非常小(0.005～0.06)的情况下，经过自动补偿后，待测信号的功率因数可转变成接近于1。
3.根据权利要求1和2所述的仪器，其特征是，自动补偿无功分量的方法是采用二个峰值检测器和二个乘法功能块，以及它们的适当连接。
4.根据权利要求1，2和3所述的仪器，其特征是，测量有功分量是将补偿后的待测信号与参考电压联合输入到一个乘法功能块，该乘法功能块输出的交变部分用滤波器滤去。
5.根据权利要求1和4所述的仪器，其特征是，获得与外施电压同相位的参考电压的方法是采用运算放大器组成的移相器。
6.根据权利要求1所述的仪器，其特征是，测量无功分量是采用乘法器和滤波器。
7.根据权利要求1，4和6所述的仪器，其特征是滤波方法采用运算放大器。
8.根据权利要求1和2所述的仪器，其特征是，单独测量有功功率时，在待测信号的功率因数很小(0.005～0.06)的情况下，可采用普通功率因数瓦特表指示。
全文摘要
电力设备介质损失和电容量包自动测量仪，其特征是采用集成电路技术将待测信号的有功和无功分量准确地加以检测；检测有功分量时，采用峰值检测器和乘法器自动补偿掉信号中的无功分量，以提高测量tgδ的准确度；采用除法器消除外施电压变化的影响；因此，本仪器不管外施电压为多少，均能直接读出tgδ和C；特别适用于电力设备带电运行情况下自动测量tgδ和C。
文档编号G01R27/26GK1039118SQ8810405
公开日1990年1月24日 申请日期1988年6月26日 优先权日1988年6月26日
发明者罗卓林 申请人:罗卓林