专利名称：正反接共用通道型现场用介质损耗因素及电容量测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在现场进行高电压绝缘介质试验，以测试介质损耗因素tgδ和电容量C的测试仪，特别是一种正反接共用通道型现场用介质损耗因素及电容量测试仪。
在现场的绝缘介质试验中，广泛使用着高压西林电桥及其变型等手调平衡的测试仪。近年来带有微机的半自动或全自动的测试仪正逐步取代这些传统仪器，例如，中国专利CN2060894U及其产品GWS－1型光导微机介质损耗测试仪。然而这些测试仪在进行正、反接法测试时，其近地侧取样信号和远地侧取样信号所流经的通道不一样。它在正接时由近地侧取样装置取得的试品信号流经具有微机的接地端单元；反接时由远地侧取样装置取得的试品信号却流经高压端单元、模拟光导传输通路与接地端单元。这就造成了(一)仪器电路结构的复杂化，相对地降低了整机可靠性。(二)由于不同的通道的特性参数不可能一致，这就增加了仪器系统误差，并使仪器的调试工作十分繁琐、困难。
本实用新型的任务是提供一种正反接共用通道型现场用介质损耗因素及电容量测试仪。它使得测试仪中取样装置和所有的测控通道对于正、反接法都是共用的，以克服上述已有测试仪之不足之处。
为达此目的，本设计所采取的技术解决方案是，在测试仪内形成一个至少包含前测控通道的浮动单元和至少具有正接法触头组与反接法触头组的耐高压正反接法转换开关，其中浮动单元以如下结构，使之处于悬浮状态，单元中所有元器件装在一个屏蔽盒里，该屏蔽盒用绝缘体支撑，单元中工作电源由耐高压隔离电源提供，该单元与其它单元的联系，通过耐高压数据传输通路、耐高压遥控通路进行；耐高压正反接法转换开关连接于浮动单元与试品、试验电源之间，当该开关置于正接法位时，浮动单元从试品的近地侧取试品信号，当该开关置于反接法位时，浮动单元从试品的远地侧取试品信号。
由于上述解决方案中所有测控通道都成为正反接共用通道，这就具有如下优点(一)仪器的电路结构单一化、大幅度简化了电路，从而相对地提高仪器的可靠性，也降低了成本；(二)该结构减少了正反接法测试时电路特性参数的差异性，相对地增强整机的稳定性，并使调试工作变得容易进行；(三)使用耐高压正反接法转换开关使得现场接线工作更加便捷。
以下结合附图对本设计作详细说明
图1是实施例1的电原理总框图，图2是图1中前测控通道(A)的电原理框图，图3是图1中后测控通道(B)的电原理框图，图4是图1中试验电源输入控制单元(P)的电原理框图，图5是实施例2的电原理总框图，图6是图5中前测控通道(A)和后测控通道(B)的电原理框图，图7是图5中试验电源输入控制单元(P)的电原理框图。
图2、3、4中，标号(1)…(14)表示与图1中相应的联接线编号；图6、7中，标号(15)…(24)表示与图5中相应的联接线编号。
［实施例1］参照图1、图2、图3浮动单元(S)包含前测控通道(A)、驱动电路(G.1.1)和多路遥控组件接收电路(J.2.2)，其中前测控通道(A)包含多路开关(SW1)、(SW2)、试品信号干扰抑制电路(A.1)、试品方波电路(A.2)、试品幅－频变换电路(A.3)。接地端单元(M)包含后测控通道(B)、数码显示器(D)、控制开关(K)、标准信号取样装置(n)、接收电路(G.2.2)和多路遥控组件发送电路(J.1.1)，其中后测控通道(B)包含单片微机(MCU)、标准信号干扰抑制电路(B.1)、标准方波电路(B.2)、试品－标准组合电路(B.3)。在浮动单元(S)与接地端单元(M)之间，有二条耐高压光导通路其一条耐高压数据传输通路(G)的二端是发光管(G.1.2)、光敏管(G.2.1)，发光管(G.1.2)受驱动电路(G.1.1)驱动，光敏管(G.2.1)联接至接收电路(G.2.2)；另一条耐高压遥控通路(J)的二端是发光管(J.1.2)、光敏管(J.2.1)，发光管(J.1.2)受多路遥控组件发送电路(J.1.1)驱动，光敏管(J.2.1)联接至多路遥控组件接收电路(J.2.2)。
为了使浮动单元(S)能处于悬浮状态，采取了以下措施将需要悬浮的电路元器件全部装入一个屏蔽盒(SG)中，并用绝缘柱将此盒悬空地支承在测试仪的机架里，该屏蔽盒可用金属片制作；浮动单元(S)所需的工作电源，由耐高压隔离电源(E)提供，它可以是一个耐高压的工频电源变压器，其次级输出多组交流低压，经整流、稳压供应浮动单元(S)，它也可以是一个耐高压开关隔离电源或者是装在浮动单元(S)里的电池；浮动单元(S)与接地端单元(M)之间通过耐高压数据传输通路(G)、耐高压遥控通路(J)进行联系。
试品近地侧信号取样装置(xl)串接于试品(Cx)的近地端钮(L)与地之间，试品远地侧信号取样装置(xh)串接于试品(Cx)的远地端钮(H)与试验电源(Us)的高压端之间。标准器件(N)的远地端钮(NH)接到试验电源(Us)的高压端，标准器件(N)的近地端钮(NL)接到接地端单元(M)中标准信号取样装置(n)的输入端。
耐高压正反接转换开关的触头分为正接法触头组(Z1－Z1′)、(Z2－Z2′)与反接法触头组(F1－F1′)、(F2－F2′)。其中触头(Z1)与试验电源(Us)的接地端一起接地，触头(F1)接至试验电源(Us)的高压端，触头(Z1′)、(F1′)都接至浮动单元(S)的零端即屏蔽盒(SG)的壳体，触头(F2)接至试品(Cx)的远地端钮(H)，触头(Z2)接至试品(Cx)的近地端钮(L)，触头(F2′)与(Z2′)相联接并接至浮动单元(S)的输入端(6)。
当耐高压正反接法转换开关置于正接法位时，触头组(Z1－Z1′)通、(Z2－Z2′)通、(F1－F1′)断、(F2－F2′)断，浮动单元(S)的输入端(6)接至试品近地侧信号取样装置(xl)，浮动单元(S)的零端接地，浮动单元(S)从试品(Cx)的近地侧取样试品电流信号，这就形成了正接法测试的电路联接关系。单片微机(MCU)通过耐高压遥控通路(J)操纵浮动单元(S)里的多路开关(SW1)，使试品近地侧信号取样装置(xl)取样到的信号经试品信号干扰抑制电路(A.1)去干扰后，进入试品信号方波电路(A.2)以及试品幅－频变换电路(A.3)，分别形成试品方波串以及脉冲重复频率与其幅值成正比的试品幅－频脉冲串。单片微机(MCU)通过耐高压遥控通路(J)控制多路开关(SW2)，先后选通试品方波串和试品幅－频脉冲串，通过耐高压数据传输通路(G)传送至后测控通道(B)。试验电源(Us)激励标准器件(N)和标准信号取样装置(n)所产生的标准信号，经标准信号干扰抑制电路(B.1)进入标准方波电路(B.2)形成标准方波串。上述的试品方波串与标准方波串一起在试品一标准组合电路(B.3)组合成宽度与试品一标准之间相位差成正比的组合方波串。该组合方波串送入单片微机(MCU)的高速输入(HSI.0)及(HSI.1)口。单片微机(MCU)测算出该方波的宽度，从而计算出试品一标准之间的相位差。而且试品幅一频脉冲串送入高速输入(HSI.2)口；标准信号经其干扰抑制电路(B.1)去干扰后送入单片微机(MCU)中(A／D)接口，单片微机(MCU)由此测算出试品一标准信号的幅值比。
根据［日］川口提出的计算方法，可由试品信号与标准信号之间的相位差角及幅值比，进一步计算出tgδ及C来。其具体计算方法可参见水利电力版，［日］电气学会《绝缘试验方法手册》，P543－P544。
在上述测量进程之后，单片微机(MCU)还转入校正进程，对测量结果进行修正，以提高测试精度。
当耐高压正反接法转换开关置于反接法位时，触头组(Z1－Z1′)断、(Z2－Z2′)断，触头组(F1－F1′)通、(F2－F2′)通，浮动单元(S)的输入端接至试品远地侧取样装置(Xh)，浮动单元(S)的零端接至试验电源(Us)的高压端，这样浮动单元(S)从试品(Cx)的远地侧取样试品信号，这就形成了反接法测试的电路联接关系。
反接法测试的远地侧信号进入浮动单元(S)里以后其信号流与正接法测试的相同，这里就不再重复了。
试验电源(Us)由升压变压器(PT)提供，其初级接至普通工频电源，次级高压侧通常升压到10KV－12KV。在升压变压器(PT)的初级侧装有试验电源输入控制单元(P)。
参照图4试验电源输入控制单元(P)具有过流自动控制电源开关(P.1)。过零触发电路(P.2)、过压保护电路(P.3)、以及抗干扰倒相电路(P.4)。过零触发电路(P.2)可采用固态继电器(SSR)模块，过压保护电路(P.3)可采用(TWH33)组件，抗干扰倒相电路(P.4)由继电器构成。倒相电路(P.4)受单片微机(MCU)操纵，在第二次测量时使升压变压器(PT)的输入端倒相接至交流电源，测试仪即以通行的“倒相抗干扰法”进行工作，以提高仪器抗强电场干扰的能力。以上所述的开关和组件在市场上可以购到。
［实施例2］参照图5、图6、图7其浮动单元(S)由试品信号取样装置(x)、标准信号取样装置(n)、前测控通道(A)与后测控通道(B)、数码显示器(D)、操作开关(K)以及发送电路(JP.1)与发光管(JP.2)所组成。前测控通道(A)中具有多路开关(SWI)、试品信号干扰抑制电路(A.Ⅰ)、标准信号干扰抑制电路(A.Ⅱ)、鉴相电路(A.Ⅲ)。后测控通道(B)由带有(HSI)接口和多路(A／D)接口的单片微机(MCU)构成。
耐高压正反接法转换开关的触头分为正接法触头组(Z1－Z1′)、(Z2－Z2′)、(Z3－Z3′)、(Z4－Z4′)、(Z5－Z5′)与反接法触头组(F1－F1′)、(F2－F2′)、(F3－F3′)、(F4－F4′)、(F5－F5′)，其中 触头(F3)、(Z1)、(F5)都与试验电源(US)的接地端一起接地，触头(Z3)、(F1)、(Z5)都接到试验电源(US)的高压端，触头(Z1′)、(F1′)都接至浮动单元(S)的零端即屏蔽盒(SG)的壳体，触头(F3′)与(Z2)相联接并接至试品(Cx)的近地端钮(L)，触头(Z3′)与(F2)相联接并接至试品(Cx)的远地端钮(H)，触头(Z4)与(F5′)相联接并接至标准器件(N)的近地端钮(NL)，触头(F4)与(Z5′)相联接并接至标准器件(N)的远地端钮(NH)，触头(F2′)与(Z2′)相联接并接至浮动单元(S)中试品信号取样装置(x)的输入端，触头(F4′)与(Z4′)相联接并接至浮动单元(S)中标准信号取样装置(n)输入端。
本实施例所用的试验电源(US)与实施例1一样，由升压变压器(PT)提供。其初级侧也装有试验电源输入控制单元(P)，其结构基本与实施例1的相同，区别之处在于具有一个光敏管(JP.3)及其接收电路(JP.4)。它们与浮动单元(S)的发光管(JP.2)及其驱动电路(JP.1)构成了耐高压遥控通路(JP)。
在本实施例中，为了使浮动单元(S)处于悬浮状态，所采取的措施与实施例1中基本一样，区别之处在于(一)操作者通过一个绝缘手柄(KP)来操纵操作开关(K)，这个手柄应能耐受试验最高电压。(二)单片微机(MCU)通过耐高压遥控通路(JP)操纵试验电源输入控制单元(P)中抗干扰倒相电路(P.4)。
当耐高压正反接法转换开关置于正接法位时，触头组(Z1－Z1′)、 (Z2－Z2′)、(Z3－Z3′)、(Z4－Z4′)、(Z5－Z5′)一一接通，而触头组 (F1－F1′)、(F2－F2′)、(F3－F3′)、(F4－F4′)、(F5－F5′)一一断开，端钮(H)、(NH)都接至试验电源的(US)高压端，端钮(L)、(NL)分别接至试品信号取样装置(x)、标准信号取样装置(n)的输入端，浮动单元(S)的零端接地。这样，浮动单元(S)中的取样装置(x)、(n)所取到的是试品(Cx)及标准器件(N)近地侧的电流信号。这就形成了正接法测试的电路联接关系。单片微机(MCU)操纵多路开关(SWⅠ)使试品、标准信号分别经其信号干扰抑制电路(A.Ⅰ)、(A.Ⅱ)去干扰后进入鉴相电路(A.Ⅲ)，组合成宽度与试品一标准之间相位差成正比的方波串，该方波串送入单片微机的(HSI.0)和(HSI.1)接口，检测出试品(Cx)与标准器件(N)之间的相位差角。与此同时，去干扰后的试品、标准信号分别送入单片微机中的(AD.1)和(AD.0)接口，测算出它们之间的幅值比。与实施例1一样，根据［日］川口的计算方法，由单片微机(MCU)计算出tgδ及C。
与实施例1一样，在测量进程之后还进入校正进程，由单片微机(MCU)对测量数据进行修正后送显示。
当耐高压正反接转换开关置于反接法位时，触头组(Z1－Z1′)、 (Z2－Z2′)、(Z3－Z3′)、(Z4－Z4′)、(Z5－Z5′)一一断开，而触头组 (F1－F1′)、(F2－F2′)、(F3－F3′)、(F4－F4′)、(F5－F5′)一一接通。端钮(L)、(NL)接地，端钮(H)、(NH)分别接至试品信号取样装置(x)、标准信号取样装置(n)的输入端，浮动单元(S)的零端接试验电源(US)高压端。这样，取样装置(x)、(n)所取到的是试品(Cx)和标准器件(N)的远地侧电流信号，这就形成了反接法测试的电路联接关系。反接法测试的远地侧信号进入浮动单元(S)以后的信号流与正接法测试的一样，这里就不再重复了。
上述2个实施例中的多路开关(SW1)、(SW2)、(SW3)以及(SWⅠ)可使用MC4066。试品、标准干扰抑制电路(A.1)、(B.1)及(A.Ⅰ)、(A.Ⅱ)各由有源低通滤波器构成。试品信号取样装置(xl)、(xh)、(x)与标准信号取样装置(n)各由一个量程转换开关和若干个精密电阻构成。标准器件(N)采用标准电容器，例如BR－16型。数码显示器(D)可采用LED数码管或其点阵或LCD显示屏。正反接法转换开关可以应用现有开关制造技术来制作，比如其形状可以做成插头插座式，也可以做成旋动组合式的，但不论采取何种形状，其各触头之间的介电强度应能耐受试验最高电压。多路遥控组件发送电路(J.1.1)可采用LC2190集成块，其接收电路(J.2.2)可采用LC2200集成块。驱动电路(G.1.1)、接收电路(G.2.2)及驱动电路(JP.1)、接收电路(JP.4)皆可用NE555集成块构成。耐高压遥控通路(J)、耐高压数据传输通路(G)除了用光导式之外，还可以用其他传导形式，例如无线电波导式。试品幅——频变换电路(A.3)采用V／F变换器，例如VFC32集成块。单片微机(MCU)可以采用带有高速输入(HSI)和(A／D)接口的品种，例如MCS8098；也可以采用具有(I2C)串行总线接口的单片微机品种， 如Philips 83C552系列。相应地上述V／F转换器可换成(I2C)总线接口器件，例如PCF8591A／D转换器。实施例1中的试品、标准方波电路(A.2)、(B.2)可由过零触发比较器构成，组合电路(B.3)可由异或门构成，实施例2中的鉴相电路(A.Ⅲ)由方波电路和组合电路级联而成，以上具体可采用《电测与仪表》1989年第11期“单片微机的数字相位测试仪”一文中电路或者其它电路。
上述实施例1、2所举的仅是将本设计应用于用直接法测tgδ、用比较法测C的测试仪情形。事实上本设计还可以应用于其它测算方法的tgδ、C测试仪。例如对于具有比率变压器的交流比较式自动平衡电桥，可以将其取样装置及前测控通道悬浮起来、或者连同后测控通道(包括单片微机)也悬浮起来，形成浮动单元；并用耐高压正反接法转换开关来进行正反接法测试的转换，使该仪器的取样装置和所有测控通道都成为正反接法测试的共同通道。
权利要求1.一种正反接共用通道型现场用介质损耗因素及电容量测试仪包括试验电源及其输入控制单元、标准器件及标准信号取样装置、试品信号取样装置、前测控通道、后测控通道、数码显示器、耐高压隔离电源、操作开关，其特征在于，具有至少包含前测控通道(A)的浮动单元(S)和至少具有正接法触头组(Z1-Z1′)、(Z2-Z2′)与反接法触头组(F1-F1′)、(F2-F2′)的耐高压正反接法转换开关，其中浮动单元(S)以如下结构，使之处悬浮状态单元中所有元器件装在一个屏蔽盒(SG)里，该屏蔽盒用绝缘体支撑；单元中工作电源由耐高压隔离电源(E)提供；该单元与其它单元的联系，通过耐高压数据传输通路(G)、耐高压遥控通路(J)进行，耐高压正反接法转换开关连接于浮动单元(S)与试品(Cx)、试验电源(Us)之间，当该开关置于正接法位时，浮动单元(S)从试品(Cx)的近地侧取样试品信号，当该开关置于反接法位时，浮动单元(S)从试品(Cx)的远地侧取样试品信号。
2.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于所说的浮动单元(S)还包含试品信号取样装置(x)、标准信号取样装置(n)、后测控通道(B)以及数码显示器(D)。
3.根据权利要求2所述的测试仪，其特征在于所说的浮动单元(S)与操作者、试验电源输入控制单元(P)之间采用带有绝缘手柄(KP)的操作开关(K)以及耐高压遥控通路(JP)进行联系。
4.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于所说的正反接法转换开关还具有正接法触头组(Z3－Z3′)、(Z4－Z4′)、(Z5－Z5′)与反接法触头组(F3－F3′)、(F4－F4′)、(F5－F5′)。
专利摘要正反接共用通道型现场用介质损耗因素及电容量测试仪，其特征在于具有一个至少包含前测控通道(A)的处于悬浮状态的浮动单元(S)和一个至少具有正接法触头组和反接法触头组的耐高压正反接法转换开关。通过该开关的转换，使所有的测控通道都成为正反接测试的共用通道。这就可以大幅度地简化电路、提高可靠性；并可以减少正反接电路参数的差异性，增强整机的稳定性。
文档编号G01R27/26GK2202928SQ9421773
公开日1995年7月5日 申请日期1994年7月25日 优先权日1994年7月25日
发明者张俊扬 申请人:张俊扬