专利名称：光导微机型电介质损耗测定仪的制作方法
技术领域：
本发明是一种用于对电气设备(被试品)介质损耗进行测定的仪器，也是一种可同时直接测量电容值的仪器。
目前对于高压电气设备的出厂检验和运行设备的预防性试验等，通常是采用电桥法来测量电气设备绝缘的介质损角，常用的仪器有QS1型(或M
-16型)西林电桥、QS10型(或QS3型、P525型)西林电桥。测量电路中，可包括被试品CX、试验升压变压器、标准电容器及电桥。用平衡电桥法原理来测量被试品CX的介质损角或电容量。另据1973年7月25日发表于苏联部长会议国家发明和发现委员会NO31公报的、发明证书为NO266286所述;其测定电容式传感器特性的方法的不同之处是，当被试介质存在着几种类型的极化和贯穿性导电的情况时，可分别测定出极化及损耗，其原理是，当测量频率阶梯式的改变之后，被试模件的电容量也阶梯式的变化，如被试模件是一个电容品，当频率改变之后，需要重新与被比较的模值达到平衡，并且还要测出新的频率值。然后，在这个测出的频率值下对每一种类型的极化进行测量，根据得到的数据，利用便于计算的关系求得未知的特性。
利用电桥或上述变频法测量介质损角和或电容量值，存在着操作较繁锁、使用不方便、精度低、抗电磁场干扰能力低，量程窄等缺点。
本发明的任务是为电气设备的绝缘试验提供一种精度高、操作简单、使用方便的光导微机型电介质损测定仪。
本发明完全离开了通常使用的平衡电桥原理，是以直接测量电气角的方式实现对介质损的测量。本发明的测量原理见
图10、图11所示。当回路施加交流电压UH时，电压URDL超前电压UH约90°(标准电容CnL的容抗XcnL≥电阻RDL、所有固有的微量移相误差可以由本测定仪内的微处理机处理掉)，所以只要测出电压VRDL与流经被试品CX的电流IX间的相位差就可以计算出介质损值tg。同时测出电流IX与电流In的比值也就可以计算出被试品的电容值。根据该原理，本发明主要由一个标准信号与被测信号输入取样电路，一个标准信号通道、一个被测信号通道、一个光模拟传输系统、一个信号组合电路、一个微处理机、一个介质损显示器、一个升压变压器、一个高压电源控制电路、一个工作电源、一个高频隔离电源、或一个电容值显示器、或一个低温加热器组成。其中标准信号与被测信号输入取样电路可以由若干只标准信号取样电阻和若干只被测信号取样电阻组成，用作对两种信号的幅度选择;标准信号通道和被测信号通道电路可以相同，各可以主要由一个电压跟随器、一个切换器、一个低通滤波器、一个幅度比较器和一个零漂跟踪组合式电压比较器组成，用于对标准信号或被测信号进行滤波，放大和整形;光模拟传输系统，可以由一个切换器、一个光驱动器、四个电压跟随器、一个反相放大器、一个电压比较器、一个放大器、二个激光或发光二极管、二个光探测器、二条光纤组成，使其用于模拟传输被试品高压侧的电流信号和在反接法测量介质损时，对本测定仪内部的低压部分和高压部分起隔离作用;信号组合电路，可以由二个D触发器、三个反相器、二个或非门、一个与非门组成，用于检测标准信号与被测信号之间的相位差;高压控制电路，可以由七个或非门、二个电压比较器、三个可控硅、一个电源互感器、一个整流器、二个继电器组成，用于控制高压电源自动投切及过电流保护;微处理机，可以主要由微处理器(Z80A～CPU)、四块并行输入输出集成块(Z80A～PIO)、四块计数定时器(Z80A～CTC)和12K只读存贮器、2K读写存贮器及相应的集成块组成，其作用为对本测定仪进行自动操纵和数据处理;显示器可以为带锁存器的发光数码管(LED)用于显示测得的介质损数据和电容量;工作电源，可以为一般的市电降压、集成稳压电路，以提供本仪器及微处理机的低压工作电源;低温加热器，可以是电阻式，用于环境温度低时加热，便于本仪器正常工作;高频隔离电源，可以为一般的常规电路，隔离度＞10KV，振荡频率约15千周，用于对本仪器处于反接法测量时被试品的高压侧电子回路提供工作电源。
本发明，在对被试品进行反接法测量时，被试品的高压侧电流可以以光的方式经过光纤向处于低压侧的被测信号通道传送、并能自校。在标准与被测信号通道内又由于采用了零漂组合式比较器，使整形电路具有很高的灵敏度。又由于采用了微处理机操纵，所以具有使用方便、操作简单、精度高、抗电磁场干扰能力强、测量范围宽等优点，一般使用不需要任何附件和辅助接线，特别适用于电力系统大量的现场试验。
附图1，为本发明总电路原理图。图中所示1、标准信号与被测信号输入取样电路，2、标准信号通道，3、被测信号通道，4、光模拟传输系统，5、信号组合电路，6、微处理机，7、电容值显示器，8、介质损显示器，9、高压电源控制电路，10、工作电源，11、低温加热器，12、高频隔离电源，13、电源电压表TH、升压变压器CX、被试品(外接)图2，为标准信号与被测信号采样电路1电路图。图中所示R1～R10与R22～R24为被测信号采样电阻，R11～R18为标准信号采样电阻，RH、R19～R21为分压电阻图3、图4，为标准信号通道2、被测信号通道3的电路图。图中所示21、电压跟随器，22、24、25、31、32、34、35、切换器(受微机6控制)，23、33、低通滤波器，26、36、比较器，27、29、37、39、放大器，28、38、高速电压比较器A1、A2、零漂组合式比较器(虚线框内)图5，为光模拟传输系统4的电路图。图中所示41、切换器(受微机6控制)，42、光驱动器，4A0、4A1、4A3、4A5、电压跟随器，4A2、反相放大器，4A4、电压比较器，4A6、放大器SSJAF、SSJBF、激光器或发光二极管SSJAS、SSJBS、光探测器L1、L2、光纤图6，为高压电源控制电路。图中所示90、92、93、94、95、98、99、或非门，91、97、电压比较器，96、与非门，9G0、光藕合可控硅，9G1、9G2、双向可控硅，9CT、电流互感器，9ZL1、桥式整流器，9D1、过流指示灯，9J1、9J2、9J3、继电器，9R0、限流电阻，9R9、负载电阻，9R11、取样电阻图7，为信号组合电路。图中所示51、52、D触发器，53、54、57、反相器，55、56、或非门，58、与门图8、图9，为本光导微机型电介质损耗测定仪外形图。图中所示K0、电压选择开关，K1、测量项目及标准电容电流幅度选择开关，K2、被试电流幅度选择开关，K3、抗干扰测试开关，K4、电源总开关(220V)，K5、高压开关，K6、加热器开关，K7、带电测试输入电压幅度选择开关，D、加热器指示灯，D1、D2、带电测试电压信号输入接线柱，V、输入电压监视表(220V)，7、电介质损耗显示器电容量显示器，
、工作电源保险丝，
、高压电源保险丝，
、加热器电源保险丝，AN、起动按钮，14、220伏交流电源插座，9D1、过流保护动作信号灯CX(L)、外接被试品的低压端CX(H)、外接被试品的高压端Cnw、外接标准电容器端本图8、图9中所有电器部件与上述图1～7中的电路所示均相同。
图10和图11，为本测定仪的测量原理图和矢量图。图中所示RH、高压侧标准信号取样电阻Rn、标准高压电阻R2、取样电阻AL、电压跟随器CnL、标准电容 、低值标准电阻以下依照附图作实施例说明本测定仪内的整个高压电源的控制是由微机6经高压电源控制电路9操纵的(见图6)。电路9中端子C1、C2的信号来自工作电源10(同见图1)。两极管9D1、9D2构成全波中心抽头式整流电路，其输出的脉冲信号加于电压比较器91的正输入端，由电阻9R1、9R2组成的分压器分得的微量直流电位加于电压比较器91的负输入端，所以比较器91的输出只有在交流信号过零瞬间才变成低电位。此时如果微机6已令P1端为低电位，则或非门92、93、95组成的触发器动作、与非门96输出变为低电位、光耦合可控硅9GO开放(9R12为限流电阻)、双向可控硅9G1导通、使升压变压器TH的初级端m1、h1带电、高压电源开通。为了克服双向可控硅9G1引起的失真，继电器9J2的接点在测定仪进入校正和测量阶段前闭合，将双向可控硅9G1短接(切断高压电源时接点，9J2先断开)。继电器9J2的操纵由或非门98、99，三极管9BG2、限流电阻9R8、微型继电器9J1构成的回路来执行，该回路受微机6输出端P3的控制。当升压变压器TH过流时，电流互感器9CT输出的信号增强，经桥式整器9ZL1整流输出的信号也增强，当此信号电位超过由电阻9R5、9R6分压器分得的电位时，比较器97有正信号输出，单向可控硅9G2受触发而导通，过流指示灯9D1亮。同时，或非门98输出变为高电位。继电器9J2断电，或非门94输出电位变低，光耦合可控硅9G0关闭，整个高压电源被切断。9R4为过流整定电位器。
本测定仪可以进行正接法测量、反接法测量、带电测试、外施高压电测试、抗干扰法测量。
正接法测量时工作情况如下本测定仪使用前将电压选择开关K0和被试品电流IX选择开关K2取在适当位置，功能开关K1置在a位置(见图8)。此时微机6即能识别将要进行的是正接法测量。当按下整机启动按钮AN时，本测定仪进入测量阶段。由标准信号与被测信号输入取样电路1中的标准信号采样电阻R15～R18来的标准取样电压 、经接点n2送到标准信号通道2(图3)中的电压跟随器21，再经标准电容器ZC3、低值标准电阻2R7移相后，输出一个与高压成正比并在相位上超前于高压90°的信号URDL，再经切换器22、低通滤波器23输出。其中一路到比较器26与由电阻2R5、2R6组成的分压器进行比较，输出一对称度与输入信号幅度相关的方波。此方波经接点n7送微机6处理、进行判别输入量的大小。另一路经耦合电容2C1、电阻2R1送到零漂跟踪式组合电压比较器A1进行整形，整行后的对称方波信号经接点n4送信号组合电路5。过被试品CX的电流IX经标准信号与被测信号输入取样电路1中的被测信号采样电阻R6～R10(由开关K26选择)产生一个与电流IX相关的电压UxL(见图2)，此信号经接点n2送到被测信号通道3中。被测信号通道3与上述标准信号通道2电路及作用基本一样，对输入的信号进行滤波和整形。同样输出的信号一路经接点X7输出一个对称度与电流Ix相关的方波送微处理机6，另一路经零漂组合跟踪电压比较器A2整形后方波信号通过接点X4送信号组合电路5。零漂跟踪组合电压比较器A1与A2完全相同。现以组合电压比较器A2为例说明其工作过程整机启动前受微处理机6通过接点X4控制的切换器34在b位置、切换器36在a位置，由于电阻3R2的作用，放大器37输入端无信号输入，其输出端与高速电压比较器38的正向输入端同电位。此时设比较器38输出为高电位即整个A2)，电容3C2经电阻3R3充电，电压跟随器39输出电位逐步上升，当此电位高于放大器37输出的电位时，比较器38输出转为低电位(即A2输出)。电容3C2进入放电(或反向充电状态，放大器39输出电位逐步下降，当此电压降到低于放大器37输出的电位时，比较器38的输出又转为高电位(即A2输出)。如此循环，电压零漂跟踪组合电压比较器A2输出一振荡方波。当仪器启动后，切换器34切到a位置，切换器35切到b位置，由于电阻3R4阻值很大，而整个测量过程的时间又很短，电容3C2的端电压可以认为不变。这样，可使组合电压比较器A2在测量阶段一直处于灵敏状态。
信号组合电路5的作用是将上述两通道2、3送来的对称方波信号进行相位比较，检出与相位差相关的不对称方波信号送微处理机6进行电介质损耗tgo计算。其整个工作过程见图6标准信号通道2与被测信号通道3送来的工频方波脉冲信号分别由接点n4和X4输入到信号组合电路5，经D触发器51和52后，脉冲宽度展宽一倍。标准信号经反向器53后，由接点t输出到微处理机6，用于监视当时工频电源的周期T。当D触发器51输出变零时，与门58输出变正(开门)。而其关门必须具备两个条件;一、标准信号已发出开门脉冲。二、触发器52输出端(Q或Q)有正跃变。此目的由反向器54和57、或非门55和56、微分电路C51与R51或C52与R52、D触发器52实现。当D触发器52输出端(Q或Q)任一点变正时，反向器57输出变零。此时，与门58关闭。微处理机6只要通过接点tx测出与门58的开放时间Tx与当时工频电源的周期T，即可得到被测信号电流与标准信号电流的相位差，从而求得介质损值tgσ。
tgσ＝tg( (Tx)/(T) ·2π)整个测量过程，本测定仪分二步进行。第一步为校正测量，切换器32切到b位置，被测信号通道3通过接点X3引入一个与标准信号通道2接收相同的信号进行第一次测量，并将结果(此值为两通道2、3固有移相差)通过接点X7存入微机6。第二步通过接点X2将从采样电路1来的被测信号引入(切换器31切到b端、切换器32切到a端)进行第二次测量。并将测量结果减去第一次测量结果，即将被试品CX的实际损耗角送微机6运算后以tgσ形式在介质损显示器7显示。同时将电容值送电容量显示器8显示。
反接法测量，工作情况如下本测定仪使用前，电压选择开关K0、电流IX选择开关K2置于适当位置。功能开关K1置于b位置。当按下整机启动按钮AN时，本测定仪即进入反接法测量程序。此时;标准信号通道2及其输入回路工作状态与正接法完全相同。但被测标准信号来自被试品CX的高压侧H、切换器31、32始终处于a位置。取样电路1中的高压侧H标准信号取样电阻(R11～R14、由开关K0b决定工作位置)获得的标准取样电压URH经接点F2送到光模拟传输系统4(见图5)的电压跟随器4A0、再经由标准电容4C1和低值标准电阻4R1组成的移相电路输出一个与高压电压约成90°相位角的信号送到切换器41的b端。被试品CX高压侧电流在取样电路1中的流经电阻R1～R5(由开关K2a选择)后产生一个与通过被试品CX的电流IX成正比的电压UXH，经接点F1送到切换器41的a端。整个测量过程也分两步进行。在校正阶段光模拟传输系统4中的切换器41切到b端、电压跟随器4A1输入与低压侧完全相仿的高压侧标准信号，其输出经由反相放大器4A2、电压跟随器4A3、三极管4BG1、电阻4R4组成的模拟调制器和光源(激光器或发光二极管)SSJF、光纤L1送到处于低压侧的光探测器SSJAS(这里，电阻4R8为负载电阻)。探测器SSTAS输出的电信号经电压跟随器4A5、隔直电容4C2、电阻4R9、放大器4A6从接点F4送到被测信号通道3中的切换器31的a端，在该通道3中进行校正测量。校正过程与上述正接法相同。在测量阶段，微机6操纵的切换器41切到a位置，被测信号引入，进行第二步测量，数据处理也与正接法相同。微机6控制切换器41的过程是，微机6发出的操作指令通过接点F3经光驱动器42、限流电阻4R12、光源(激光器或发光二极管)SSJBF、光纤L2传到处于高压侧的光探测器SSJBS(4R5为负载电阻)。然后，信号经比较器4A4与电阻4R6、4R7组成的分压器分得的电压进行比较，当电阻4R5上的电压大于4R6上的电压时，比较器4A4翻转，从而达到控制切换器41的目的。
带电测试时情况如下本测定仪正式使用前，电压选择开关K7和IX选择开关K2放在适当位置。K1放在C位置，微机6即能判断出将要执行的是带电测试方式。标准信号来自外部与被试品CX处于同一母线的电压互感器的低压绕组(由接点D2、D1引入)。当开关K7打开时，输入电压为100V±20%。当K7闭合时，电阻R21被短接，此时输入电压为57V±20%。电阻R19、R20、R21构成分压器，其输出经接点n2输到标准信号通道2。被测信号的输入途径及整机校正与上述正接法测量情况完成相同。
外施高压测量时情况如下进行外施高压测量，可以模拟交流高压电桥的正接法。所施高压电由外部设备产生。同时用一高压标准电容器与被试品CX并联，被测信号途径与上述正接法完全相同。但标准信号为外接标准电容器低压端抽取的电容电流，由CNW端输入。本测定仪使用前，IX选择开关K2和标准电容电流选择开关K1放在适当位置(d或e或f位置)。电阻R22～R24为取样电阻，其端电压VCNW(见图2)正比于流经外接标准电容器的电流，此电压经接点n3从切换器22的b端引入标准信号通道2。其他的测量过程等与上述正接法相同。
抗干扰法测试时情况如下本测定仪在进行抗干扰测试时，此功能是用内部高压源TH对被试品CX进行正、反接法测量。测量原理与正、反接法时相同。当抗干扰测试开关K3接通时，本测定仪按抗外电场干扰方式执行。这时本测定仪在电源的正反两种极性情况下各测量一次(即通常所用的倒相抗干扰法)，并对两次数据进行处理，最后由显示器7、8分别显示出测得的介质损值和电容量。抗干扰方式的实行整个过程由高压电源控制电路9中的由继电器9J0、9J3、或非门90、三极管9BG0来执行，并由微机6通过接点P2来操纵。
权利要求
1.一种用于电气绝缘试验的设有升压变压器TH的光导微机型电介质损耗测定仪，其特征在于包括一个标准信号与被测信号输入取样电路1，用于选择标准电流信号的幅度和被测电流信号的幅度，一个标准信号通道2，用于对标准信号的滤波、放大和整形，一个被测信号通道3，用于对被测信号的滤波、放大和整形，一个光模拟传输系统4，能模拟传输被试品CX高压侧的电流信号，能在反接法测量介质损时，对本测定仪内部的低压部分和高压部分起隔离作用，一个信号组合电路5，用于检测标准信号与被测信号之间的相位差，一个微处理机6，能对本测定仪进行自动操纵、对测得的数据进行运算和处理，能消除因电源和频率波动、外电场干扰、温度引起的测量误差，一个介质损显示器8，用于显示测得的介质损数据，一个高压电源控制电路9，用于控制高压电源自动投切及过电流保护，一个工作电源10，能提供整台仪器包括微处理机6在内的低压工作电源，一个高频隔离电源12，能为本仪器处于反接法测量时被试品CX高压侧的电子回路提供工作电源，或包括一个电容值显示器7，能对测得的电容量进行显示，或包括一个低温加热器11，能在环境温度较低时对本测定仪进行加热。
2.根据权利要求1所述的光导微机型电介质损耗测定仪，其特征在于所说的标准信号通道2和被测信号通道3的电路相同，各包括一个电压跟随器21(或切换器22(32)，一个低通滤波器23(33)，一个幅度比较器26(36)和一个零漂跟踪组合式电压比较器A1(A2)，其中零漂跟踪组合式电压比较器A1或A2各包括二个切换器24(34)、25(35)和一个比较器28(38)及二个放大器27(37)、29(39)。
3.根据权利要求1或2所述的光导微机型介质损耗测定仪，其特征在于所说的光模拟传输系统4包括一个切换器41，一个光驱动器42，四个电压跟随器4A0、4A1、4A3、4A5，一个反相放大器4A2，一个电压比较器4A4，一个放大器4A6，二个激光器或发光二极管SSJBF，SSJBF，二个光探测器SSJAS、SSJBS，二条光纤L1、L2。
4.根据权利要求1或2所述的光导微机型介质损耗测定仪，其特征在于所说的信号组合电路5，包括二个D触发器51、52，三个反相器53、54、57，二个或非门55、56，一个与非门58。
5.根据权利要求3所述的光导微机型介质损测定仪，其特征在于所说的信号组合电路5，包括二个D触发器51、52，三个反相器53、54、57，二个或非门55、56，一个与非门58。
6.根据权利要求4所述的光导微机型电介质损耗测定仪，其特征在于所说的高压电源控制电路9，包括七个或非门90、92、93、94、95、98、99，二个电压比较器91、97，三个可控硅9G0、9G1、9G2，一个电源互感器9CT，一个整流器9ZL1二个继电器9J1、9J2、9J3。
7.根据权利要求5或6所述的光导微机型电介质损耗测定仪，其特征在于所说的高压电源控制电路9，包括七个或非门90、92、93、94、95、98、99、二个电压比较器91、97，三个可控硅9G0、9G1、9G2，一个电源互感器9CT，一个整流器9ZL1、二个继电器9J1、9J2、9J3。
全文摘要
本发明为一台由微机6操纵并进行数据处理的一体化的电介质损耗测定仪。其内部主要由标准与被测信号输入取样电路1，标准与被测信号通道2、3，光模拟传输系统4、信号组合电路5、微机6、介质损与电容值显示器7、8以及电源系统、升压系统等组成。具有使用方便、操作简单、精度高、抗电磁干扰能力强、测量范围宽等优点。
文档编号G01R27/26GK1043393SQ8910004
公开日1990年6月27日 申请日期1988年12月31日 优先权日1988年12月31日
发明者施亚民 申请人:浙江省送变电工程公司