专利名称：一种数字化传输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，自动测试介质损耗因素及电容量的测试仪；特别涉及到一种使用反接法测试接地试品时，采用数字化传输的介质损耗因素及电容量测试仪。
近年来，带有单片微机的可在现场使用的介质损耗因素tgδ及电容量Cx测试仪正在逐步替代传统的高压西林电桥等手调式仪器。实现了tgδ及Cx参数的自动化测试。它们往往采用模拟光导传输系统的结构来实现反接法测试，由于模拟光导普遍存在着非线性失真大，其光电器件易老化等问题，影响了这一类型仪器的稳定性和系统线性度；而且其所用的模拟光导器件需特制加工，既增加了制作工艺的难度又增加了成本。近年来国外也有一些具有数字化光导型的介质损耗因素及电容量测试仪出现，但它结构复杂，造价昂贵，限制了其大面积推广。
本实用新型的目的是提供一种结构简单合理的数字化传输型现场用介质损耗因素及电容量测试仪，以克服上述模拟光导传输型的现场用测试仪以及已有数字化光导型测试仪存在的不足之处，满足现场测试工作的实际需要。
为达此目的，本测试仪总的构思是在单片微机的控制下，在高压端单元将反接的远地侧试品信号和远地侧标准信号变换成与它们之间相位差以及幅值比相关的数字信号，通过数字化传输系统传送到接地端单元，经单片微机计算、显示tgδ及C值。其技术解决方案有如下二种第一种，以双单片微机为主要特征数字化信号串行传输结构，高压端单元具有单片微机、鉴相电路、幅值检测电路以及驱动电路、接收电路，其中鉴相电路和幅值检测电路所产生的信号送入单片微机，单片微机的二个串行口分别联接至驱动电路、接收电路；接地端单元具有单片微机、鉴相电路、幅值检测电路以及驱动电路、接收电路，其中鉴相电路和幅值检测电路所产生的信号送入单片微机，单片微机的二个串行口分别联接至驱动电路与接收电路；在高压端单元与接地端单元之间，有二条互为逆向的数字式耐高压传输通路，其一条是耐高压数据传输通路，另一条是耐高压遥控通路，在它们的每一端具有变送器或收转器。这些变送器或收转器各与其通至高压端单元及接地端单元的单片微机串行口的驱动电路、接收电路相联接，以进行串行数据传输。
第二种，以多路遥控组件－单单片微机为主要特征的数字化信号传输结构。高压端单元具有多路遥控组件接收电路、驱动电路、多路开关、以及鉴相电路、串行模－数转换电路，其中鉴相电路和串行模－数转换电路所产生的信号通过受多路遥控组件接收电路控制的多路开关送至数据驱动电路；接地端单元具有单片微机、数据接收电路、多路遥控组件发送电路以及多路开关、鉴相电路，其中，鉴相电路中产生的信号和数据接收电路接收的信号通过多路开关送入单片微机，另外近地侧取样信号经多路开关送入单片微机；在高压端单元与接地端单元之间有二条互为逆向的数字式耐高压传输通路其一条是耐高压数据传输通路，它的一端是变送器、另一端是收转器，该变送器与高压端单元里数据驱动电路相联接，而该收转器则与接地端单元里数据接收电路相联接，另一条是耐高压遥控通路，其一端是变送器，该变送器与接地端单元里多路遥控组件的发送电路相联接，另一端是收转器，该收转器与高压端单元里的多路遥控组件接收电路相联接。
以上二种结构具有以下优点(一)、高压端单元至接地端单元之间的所传送的是数字化信号，这就克服模拟化传输的非线性失真与易老化等缺陷，提高整机系统线性度与稳定性。(二)、本设计具有制作相对容易的特点，利于测试仪的批量生产并可降低成本。(三)、本测试仪所采用的直接测量电气角与测幅值比求tgδ及C的测量方法，与现有的数字式光导型介质损耗因素及电容量现场用测试仪相比较，它的电路集成度高、显得较简单紧凑、可制成便携式仪器，易于实现全自动测试，也较容易提高它在现场抗强电场干扰能力，其精度可以达到现场的试品测试规范要求。
以下结合附图对本设计作详细说明。
图1是双单片微机结构的原理框图，图2是多路遥控组件－单单片微机结构的原理框图。
［实施例1双单片微机结构］参照图1信号取样装置共有4个串接于标准器件(N)与地之间的近地侧标准信号取样装置(nu)、串接于标准器件(N)与试验电源(US)的高压端之间的远地侧标准信号取样装置(nh)、串接于试品(Cx)与地之间的近地侧试品信号取样装置(xi)及串接于试品(Cx)与试验电源(US)的高压端之间的远地侧试品信号取样装置(xh)。
高压端单元(2)包含有单片微机(2.4)、鉴相电路(2.2)、幅值检测电路(2.3)、以及与单片微机(2.4)串行口相联接的驱动电路(2.5.1)、接收电路(2.5.2)。
接地端单元(3)包含有单片微机(3.4)、鉴相电路(3.2)、幅值检测电路(3.3)、以及与单片微机(3.4)的串行口相联接的接收电路(3.5.2)、驱动电路(3.5.1)。
二条互为逆向的耐高压数据传输通路(5)和耐高压遥控通路(6)联接于高压端单元(2)与接地端单元(3)之间。耐高压数据传输通路(5)的一端是与驱动电路(2.5.1)相联接的发光管(5.1)、另一端是与接收电路(3.5.2)相联接的光敏管(5.2)。耐高压遥控通路(6)的一端是与驱动电路(3.5.1)相连接的发光管(6.1)、另一端是与接收电路(2.5.2)相联接的光敏管(6.2)。这里发光管(5.1)、(6.1)及光敏管(5.2)、(6.2)构成其所在传输通路的变送器、收转器。以上组成了本仪器的数字化光导串行传输系统的基本结构。
为了提高仪器性能，高压端单元(2)还包含有多路开关(SW2.1)、以及试品信号干扰抑制电路(2.1.1)、标准信号干扰抑制电路(2.1.2)。在接地端单元(3)里还包含有多路开关(SW3.1)、以及试品信号干扰抑制电路(3.1.1)、标准信号干扰抑制电路(3.1.2)。
正接法时，多路开关(SW3.1)在单片微机(3.4)的操纵下，触点④接通、触点⑥也接通、触点⑤断开，近地侧试品信号与近地侧标准信号进入试品信号干扰抑制电路(3.1.1)及标准信号干扰抑制电路(3.1.2)，去干扰后信号各分成二路同时进入鉴相电路(3.2)和幅值检测电路(3.3)。在鉴相电路(3.2)和单片微机(3.4)的配合下，单片微机(3.4)测出试品－标准信号之间的相位差角，在幅值检测电路(3.3)和单片微机(3.4)的配合下，单片微机(3.4)测出试品－标准信号之间的幅值比。根据［日］川口所提出的计算方法，可进一步由单片微机(3.4)计算出tgδ及C。其具体计算方法可参见水利电力出版社，［日］电气学会《绝缘试验方法手册》，P543－P544。
反接法时，在单片微机(2.4)操纵下多路开关(SW2.1)中的触点①接通、触点③接通、触点②断开，远地侧试品信号以及远地侧标准信号分别经过其干扰抑制电路(2.1.1)、(2.1.2)去干扰以后输入鉴相电路(2.2)与幅值检测电路(2.3)。经单片微机(2.4)按照上述［日］川口的计算方法，初步计算出tgδ及C的中间结果，然后经过耐高压数据传输通路(5)和耐高压遥控通路(6)的串行通讯传输至单片微机(3.4)进行数据处理后送显示。
在上述测量进程完成之后，正接法时单片微机(3.4)操纵多路开关(SW3.1)；反接时单片微机(3.4)和单片微机(2.4)共同操纵多路开关(SW2.1)进入校正进程，对测量进程的中间结果数据进行修正，以提高仪器的精度。
［实施例2多路遥控组件－单单片微机结构］参照图2高压端单元(2)包含多路遥控组件接收电路(K.2)和受它控制的多路开关(SW2.2)、(SW2.3)、数据驱动电路(G.1)以及鉴相电路(2.2)、串行模－数转换电路(2.3)。接地端单元(3)包含单片微机(3.4)与受它控制的多路遥控组件发送电路(K.1)、数据接收电路(G.2)、多路开关(SW3.2)、(SW3.3)以及鉴相电路(3.2)。在高压端单元(2)与接地端单元(3)之间，有一条耐高压数据传输通路(5)和一条耐高压遥控通路(6)。耐高压数据传输通路(5)的一端是发光管(5.1)，该发光管与数据驱动电路(G.1)相联接；另一端是光敏管(5.2)，该光敏管与数据接收电路(G.2)相联接。耐高压遥控通路(6)的一端是发光管(6.1)，该发光管与多路遥控组件发送电路(K.1)相联接；另一端是光敏管(6.1)，该光敏管与多路遥控组件接收电路(K.2)相联接。这里发光管(5.1)、(6.2)以及光敏管(5.2)、(6.2)构成其所在耐高压传输通路的变送器、收转器。
为提高仪器性能，高压端单元(2)还包含有多路开关(SW2.1)、试品信号干扰抑制电路(2.1.1)、标准信号干扰抑制电路(2.1.2)。接地端单元(3)还包含有多路开关(SW3.1)、试品信号干扰抑制电路(3.1.1)、标准信号干扰抑制电路(3.1.2)。
正接法测试时，近地侧试品取样信号与标准信号分别经其干扰抑制电路(3.1.1)、(3.1.2)，进入鉴相电路(3.2)产生试品－标准相位差组合方波串。这时单片微机(3.4)使多路开关(SW3.2)中的触点 导通、触点 断开，相位差组合方波串进入单片微机的(3.4)(HS1.0)及(HS1.1)接口，由单片微机测出其方波的宽度从而计算出试品－标准相位差。而且，从试品、标准信号干扰抑制电路(3.1.1)、(3.1.2) 输出的试品及标准信号进入多路开关(SW3.3)，在单片微机(3.4)的操纵下，多路开关(SW3.3)中的触点 和触点 分时地交替通断，将近地测试品信号或者标准信号分时选送到单片微机(3.4)的(A／D)接口，从而计算出其幅值比。
根据上述实施例1中的［日］川口的计算方法，单片微机(3.4)可以计算出tgδ及C。
反接法测试时，单片微机(3.4)使多路开关(SW3.2)中触点 接通、并使触点 断开，这时单片微机(3.4)的(HS1)接口转而接收来自高压端单元(2)的数字化信号。在高压端单元(2)里，从远地侧试品信号取样装置(xh)取出的和从远地侧标准信号取样装置(nh)取出的模拟电压信号，经各自的干扰抑制电路(2.1.1)，(2.1.2)去干扰后，一路进入鉴相电路(2.2)产生试品－标准相位差组合方波串；另一路由多路开关(SW2.2)先后选送至串行模－数转换电路(2.3)转换成与取样信号相关的试品串行模－数脉冲串、标准串行模－数脉冲串。单片微机(3.4)操纵多路开关(SW2.2)、(SW2.3)将上述方波串、脉冲串分时轮流选通入其高速输入(HS1.0)与(HS1.2)接口，单片微机(3.4)进行计算得出tgδ及C并送显示。其计算方法与正接法的相同。
为了消除试品与标准信号流程通道之间的差异，在测量进程之后，正接法测试时单片微机(3.4)操纵接地单元(3)中多路开关(SW3.1)；反接法测试时单片微机(3.4)则操纵高压端单元(2)中多路开关(SW2.1)，以进入校正进程。
上述二个实施例中试验电源(US)由升压变压器(PT)提供。其初级接至普通工频电源，次级高压侧通常为10KV－12KV，在2KV处有一个抽头。在升压变压器(PT)的初级侧装有试验电源输入控制单元(1)。该单元(1)具有过流自动控制电源开关(1.1)、过零触发电路(1.2)、过压保护电路(1.3)、和抗干扰倒相电路(1.4)。过零触发电路(1.2)可采用固态继电器(SSR)模块，过压保护电路(1.3)可采用(TWH33)组件，抗干扰倒相电路(1.4)由继电器构成。倒相电路(1.4)受单片微机(3.4)的操纵，在第二次测量时使升压变压器(PT)通工频电源的输入端倒相，使测试仪即以通行的“倒相抗干扰法”进行工作，提高仪器在现场抗强电场干扰的能力。上述开关及组件皆可采用市售商品。标准器件(N)可由高压标准电容器构成，例如BR－16型标准电容器。标准信号取样装置(ni)、(nh)可由无感精密电阻构成。近地侧试品信号取样装置(xi)可由无感精密电阻和量程转换开关构成；而远地侧试品信号取样装置(xh)可由无感精密电阻与带有可耐试验最高电压绝缘手柄的量程转换开关构成。上述各信号干扰抑制电路(2.1.1)、(2.1.2)及(3.1.1)、(3.1.2)各由一个有源低通滤波器组成。高压端单元(2)里的电路是靠耐高压隔离电源(7)对它供电的。耐高压隔离电源(7)既可以用耐高压工频电源变压器，也可以用耐高压开关隔离电源或者用电池装在高压端单元里。多路遥控组件的市售商品型号很多，例如MC145026、MC145027。多路开关可采用模拟开关(例如MC4066)，也可以用继电器构成。上述各通路(5)、(6)既可采用光导式的，也可以采用其它方式、例如感应耦合式、无线电波导式。鉴相电路(2.2)、(3.2)由方波电路与相位差组合电路级联构成，其具体电路可采用《电测与仪表》89年第11期，“单片微机的数字相位测试仪”一文中的电路或者其它的电路。
实施例1中，幅值检测电路(2.3)、(3.3)可由具有多路开关的A／D转换器构成(例如AD0808)，也可以由多路开关与双积分A／D转换器(例如MC14433)或V／F转换器(例如LX331)级联构成。单片微机(2.4)、(3.4)可选用8位或16位单片微机，或在单片微机上配置系统扩展芯片，例如外扩EEPROM、外扩I／O接口以及外扩RAM等等。
实施例2中，单片微机(3.4)选用MOTOROLA公司、PHILIPS公司等增强型8位单片微机芯片或采用INTEL公司MCS－96系列甚至196系列芯片，由于其内部具有高速输入(HSI)，或具有捕捉逻辑的定时器，而且还具有多路A／D转换器，就可以直接利用这些芯片内部硬件资源而大大简化上述鉴相电路与幅值检测电路的外配硬件电路，其具体电路可采用该芯片公司的单片微机应用手册中的典型电路。该实施例中的串行模－数转换电路(2.3.1)可以采用V／F转换器(例如VFC32)，也可以采用具有(I2C)接口的A／D转换器(例如PCF8591)。
权利要求1.一种数字化传输型现场用介质损耗因素及电容量测试仪包括高压端单元、接地端单元，其特征在于高压端单元(2)具有单片微机(2.4)、鉴相电路(2.2)、幅值检测电路(2.3)以及驱动电路(2.5.1)、接收电路(2.5.2)，其中鉴相电路(2.2)和幅值检测电路(2.3)所产生的信号送入单片微机(2.4)，单片微机(2.4)的二个串行口分别联接至驱动电路(2.5.1)、接收电路(2.5.2)；接地端单元(3)具有单片微机(3.4)、鉴相电路(3.2)、幅值检测电路(3.3)以及驱动电路(3.5.1)、接收电路(3.5.2)，其中鉴相电路(3.2)和幅值检测电路(3.3)所产生的信号送入单片微机(3.4)，单片微机(3.4)的二个串行口分别联接至驱动电路(3.5.1)、接收电路(3.5.2)；具有耐高压数据传输通路(5)和耐高压遥控通路(6)，且联接于高压端单元(2)与接地端单元(3)之间。
2.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于所说的高压端单元(2)还包含多路开关(SW2.1)、试品信号干扰抑制电路(2.1.1)、标准信号干扰抑制电路(2.1.2)，其中干扰抑制电路(2.1.1)、(2.1.2)插接在多路开关(SW2.1)与鉴相电路(2.2)、幅值检测电路(2.3)之间，多路开关(SW2.1)受控于单片微机(2.4)。
3.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于所说的接地端单元(3)还包含多路开关(SW.3.1)、试品信号干扰抑制电路(3.1.1)、标准信号干扰抑制电路(3.1.2)，其中干扰抑制电路(3.1.1)、(3.1.2)插接在多路开关(SW3.1)与鉴相电路(3.2)、幅值检测电路(3.3)之间，多路开关(SW3.1)受控于单片微机(3.4)。
4.一种数字化传输型现场用介质损耗因素及电容量测试仪包括高压端单元、接地端单元，其特征在于高压端单元(2)具有多路遥控组件接收电路(K.2)、数据驱动电路(G.1)、多路开关(SW2.2)、(SW2.3)以及鉴相电路(2.2)、串行模－数转换电路(2.3.1)，其中鉴相电路(2.2)和串行模－数转换电路(2.3.1)所产生的信号通过受多路遥控组件接收电路(K.2)控制的多路开关(SW2.2)、(SW2.3)送至数据驱动电路(G.1)；接地端单元(3)具有单片微机(3.4)、数据接收电路(G.2)、多路遥控组件发送电路(K.1)以及多路开关(SW3.2)、(SW3.3)、鉴相电路(3.2)，其中鉴相电路(3.2)产生的信号和数据接收电路(G.2)接收的信号通过多路开关(SW3.3)送入单片微机(3.4)，另外近地侧取样信号经多路开关(SW3.3)送入单片微机(3.4)；具有耐高压数据传输通路(5)和耐高压遥控通路(6)，且联接于高压端单元(2)与接地端单元(3)之间。
5.根据权利要求4所述的测试仪，其特征在于所说的高压端单元(2)还包括有多路开关(SW2.1)、试品干扰信号抑制电路(2.1.1)、标准信号干扰抑制电路(2.1.2)，干扰抑制电路(2.1.1)、(2.1.2)插接在多路开关(SW2.1)与鉴相电路(2.2)、串行模－数转换电路(2.3.1)之间，多路开关(SW2.1)受控于多路遥控组件接收电路(K.2)。
6.根据权利要求4所述的测试仪，其特征在于所说的接地端单元(3)还包含有多路开关(SW3.1)、试品信号干扰抑制电路(3.1.1)、标准信号干扰抑制电路(3.1.2)，干扰抑制电路(3.1.1)、(3.1.2)插接在多路开关(SW3.1)与鉴相电路(3.2)、多路开关(SW3.3)之间，多路开关(SW3.1)受控于单片微机(3.4)。
专利摘要一种数字化传输型现场用介质损耗因素及电容量测试仪，其结构有二种第一种具有由双单片微机、鉴相电路、幅值检测电路以及数字式耐高压串行传输通路所组成的数字化串行传输系统。第二种具有由多路遥控组件—单单片微机、多路开关、鉴相电路、串行模—数转换电路以及数字式耐高压传输通路所组成的数字化传输系统。本设计具有非线性失真小、抗干扰性好、结构较紧凑、测试自动化、制作相对容易等特点。
文档编号G01R27/26GK2200823SQ9421773
公开日1995年6月14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