专利名称：一种基于“主动击穿”方式的绝缘油击穿电压测试仪标准装置及其检定方法
技术领域：
本发明涉及一种绝缘油击穿电压测试仪标准装置及其检定方法，尤其涉及一种基 于“主动击穿”方式的绝缘油击穿电压测试仪标准装置及其检定方法，属于电力测试仪器的 校准、检定与检测领域。
背景技术：
为测量绝缘油的击穿电压，许多电力测试仪器生产厂家研制了绝缘油击穿电压测 试仪。绝缘油击穿电压测试仪作为工作计量器具，本质测量参数是绝缘油的击穿电压值，该 击穿电压值是暂态电压值，即绝缘油在外施工频电场的作用下击穿瞬间的电压值。在日常 检定工作中，一般在计量检定机构对绝缘油击穿电压测试仪的电压测量误差进行检定，以 判断该类仪器是否超差。在电力行业标准《DL/T 849-2004电力设备专用测试仪器通用技 术条件第7部分绝缘油介电强度测试仪》中，明确要求对绝缘油击穿电压测试仪的击穿电 压测量功能进行检定。但和众多预试仪器类似，由于设计针对性较强，接口特殊，其计量特 性很难方便溯源到上级电压计量标准，故需研制专门的标准装置，以助对该类测试仪器开 展检定工作。根据申请人所知，目前，国内仅少数几家单位对绝缘油击穿电压测试仪开展检定 工作，采取检定方法也仅能对该类测试仪器的稳态电压测量功能进行检定，其主要特点在 于以矢量法为基础，对绝缘油击穿电压测试仪的稳态电压测量功能进行检定。参见图1所示，是传统的绝缘油击穿电压测试仪检定方法原理图。其工作原理为 检定人员人工设定并使被检绝缘油击穿电压测试仪6升压至某个检定电压点(比如升压到 IOkV附近)，等电压稳定后，首先读取被检绝缘油击穿电压测试仪6的读数值，定义该读数 值为Uas，同时，矢量U1和矢量U2经过高压标准分压器3、4的分压作用后得到一个小的差 分交流电压信号U’，该信号满足U’ = U/k，其中k为高压标准分压器3、4的标准分压比，并 且k = (Zg3+Zd3)/Zd3 = (Zg4+Zd4)/Zd4，交流小信号U’作为和交流高压信号U成比例对应的矢 量信号输入到低压信号采样模块2，低压信号采样模块2经过信号调理和高速模数采样后， 将实时数据结果传递给控制和显示模块1，控制和显示模块1将测量结果乘以标准分压比 k，进而计算、存储并显示出标准装置的测量结果Ufe e。考虑到Uas和％_分别是被检绝缘 油击穿电压测试仪6和图1所示的检定系统对共同的稳态电压测量对象U的测量结果，所 以可以计算得到被检绝缘油击穿电压测试仪6的示值测量误差Usii= Uas-U ，进而达到 了对被检绝缘油击穿电压测试仪6进行检定的目的。如上所述的传统检定方法存在的不足为被测稳态电压对象U由被检绝缘油击穿 电压测试仪6产生，而图1所示的传统检定方法也仅能在稳态电压下开展检定工作，也就是 必须由被检绝缘油击穿电压测试仪6升压并稳定在某个检定电压点(比如升压到IOkV附 近)后才能开展数据对比，可见，该检定方法并不能对被检绝缘油击穿电压测试仪6的暂态 电压测量功能进行检定；并且，鉴于暂态电压测量功能是被检绝缘油击穿电压测试仪6的主要测量功能，只有暂态电压测量数据才能表征油样品的击穿电压值，所以并不是所有的 被检绝缘油击穿电压测试仪6都支持稳态电压测量功能，具体表现在被检绝缘油击穿电压 测试仪6不都具备升压后稳定在某个检定电压点(比如升压到IOkV附近)的功能，而是在 启动后连续向最高额定电压进行升压(比如不停的向最高输出电压80kV附近)，仅在出现 油样击穿条件下(即检测到击穿电流)才自动电压回零并显示油样击穿电压值，所以，针对 这种被检绝缘油击穿电压测试仪6，如图1所示的检定系统是无法开展检定工作的。传统检定方法仅仅对绝缘油击穿电压测试仪的稳态电压测量功能进行检定，即使 合格，也不能代表该类仪器的暂态电压测量功能是合格的。所以，有必要研制并实现专用的 标准装置，不仅对绝缘油击穿电压测试仪的稳态电压测量功能进行检定，而且可以对该类 仪器的暂态电压测量功能进行检定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对传统绝缘油击穿电压测试仪检定方法的不 足，也就是仅能开展稳态电压测量功能检定工作的不足，首次提出并实现了“主动击穿”设 计思路，利用本发明可以进一步对绝缘油击穿电压测试仪的暂态电压测量功能开展检定工作。本发明所采用的技术方案是本发明提供一种基于“主动击穿”方式的绝缘油击穿 电压测试仪标准装置，其主要包括依次相连的控制和显示模块、低压信号采样模块、甲组高 压标准分压器及乙组高压标准分压器，控制和显示模块与低压信号采样模块相连，甲组高 压标准分压器与乙组高压标准分压器一端分别连接至低压信号采样模块，另一端分别连接 至待测的绝缘油击穿电压测试仪，其特征在于，还包括一个主动击穿模块，主动击穿模块设 置在甲组高压标准分压器与乙组高压标准分压器和待测的绝缘油击穿电压测试仪之间，主 动击穿模块的主要元件是一个高速断路器，该高速断路器的两端一端连接于甲组高压标准 分压器和待测的绝缘油击穿电压测试仪之间，另一端连接于乙组高压标准分压器和待测的 绝缘油击穿电压测试仪之间，由控制和显示模块控制该主动击穿模块的高速断路器的开断 和闭合。如上所述的绝缘油击穿电压测试仪标准装置，其特征在于，所述甲组高压标准分 压器和乙组高压标准分压器的结构相同，高压臂为同轴结构的六氟化硫压缩气体标准电容 器，低压臂为高稳定云母电容。本发明还提供一种如上所述的基于“主动击穿”方式的绝缘油击穿电压测试仪标 准装置的检定方法，其特征在于首先通过控制和显示模块设定一个检定电压点，此时在控 制和显示模块的控制下主动击穿模块处于开断状态，即高速断路器处于开断状态；然后启 动被检绝缘油击穿电压测试仪的进行正常连续升压，在升压过程中被检绝缘油击穿电压测 试仪和低压信号采样模块均对输出电压U进行实时测量，当低压信号采样模块检测到输出 电压U到达检定电压时，将输出闭合控制信号给主动击穿模块，主动击穿模块收到闭合控 制信号后，将操作高速断路器进行高速闭合动作并在60ms内闭合成功，在60ms的闭合过程 中低压信号采样模块和被检绝缘油击穿电压测试仪仍将继续对输出电压U进行数据采集； 当高速断路器闭合成功时，此时被检绝缘油击穿电压测试仪将检测到击穿电流，会停止电 压输出并记录下闭合瞬间的暂态电压值Uas，而控制和显示模块也会实时的存储、计算并显示高速断路器在闭合瞬间的暂态电压标准值U’ ，通过上述过程可计算得到被检绝缘 油击穿电压测试仪的暂态电压测量误差Uaa= Uiis-U' ，进而实现对被检绝缘油击穿电 压测试仪的暂态电压测量功能进行检定。如上所述 的检定方法，其特征在于，所述低压信号采样模块经过甲组及乙组高压 标准分压器分压后的交流低压分量U，i和U’ 2经过基于精密运放构成的缓冲电路，然后分 别输入给16位高速同步采样A/D转换芯片，其模数转换结果作为采样数据发送给后续控制 和显示模块。本发明的有益效果是本发明首次提出并实现了 “主动击穿”设计思路，基于该思 路实现的绝缘油击穿电压测试仪标准装置解决了长期以来在对绝缘油击穿电压测试仪的 检定工作中，仅能对绝缘油击穿电压测试仪的稳态电压测量功能进行检定，而不能对该类 仪器的暂态电压测量功能进行检定的问题，将有利于解决绝缘油击穿电压测试仪的暂态电 压测量功能检定困难问题，对促使电力测试仪器向标准化、规范化方向发展有积极推动作 用。
图1是传统的绝缘油击穿电压测试仪检定方法原理图。图2是本发明实施例的基于“主动击穿”方式的绝缘油击穿电压测试仪标准装置 原理图。图3是图2中甲组高压标准分压器的原理图。图4是图2中乙组高压标准分压器的原理图。图5是图2中低压信号采样模块的原理图。图6是图2中控制和显示模块的原理图。图7是图2中主动击穿模块的原理图。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。图中的标记1-控制和显示模块，2-低压信号采样模块，3-甲组高压标准分压 器，4-乙组高压标准分压器，5-主动击穿模块，51-高速断路器(主动击穿模块5的核心部 件)，6_被检绝缘油击穿电压测试仪，61-放电球隙(被检绝缘油击穿电压测试仪的自带部 件)，U1-被检绝缘油击穿电压测试仪6产生的交流高压分量(施加在甲组高压标准分压器 上的对地电压信号)，U’「交流高压分量U1经过标准分压器3分压后得到的交流低压分 量，U2-被检绝缘油击穿电压测试仪6产生的交流高压分量(施加在乙组高压标准分压器上 的对地电压信号)，U’ 2_交流高压分量U2经过标准分压器4分压后得到的交流低压分量， U-被检绝缘油击穿电压测试仪6产生的交流高压(等于矢量U1减去矢量U2的矢量差，即 施加在放电球隙61两端的交流高压)，Zg3-甲组高压标准分压器3的高压臂阻抗，Zd3-甲组 高压标准分压器3的低压臂阻抗，Zg4-乙组高压标准分压器4的高压臂阻抗，Zd4-乙组高压 标准分压器4的低压臂阻抗。参见图2所示，是本发明实施例的基于“主动击穿”方式的绝缘油击穿电压测试仪 标准装置原理图。本发明实施例基于“主动击穿”的思路，在传统的绝缘油击穿电压测试仪检定方法的基础上添加了一个主动击穿模块5，基于这种方式，可进一步对被检绝缘油击穿电压测试仪6的暂态电压测量功能开展检定工作。其中，对被检绝缘油击穿电压测试仪6的 稳态电压测量功能的检定原理和图1所述传统方法一致；对被检绝缘油击穿电压测试仪6 的暂态电压测量功能的检定原理为检定人员首先通过控制和显示模块1设定某个检定电 压点(比如IOkV检定点)，此时在控制和显示模块1的控制下主动击穿模块5处于开断状 态，具体体现在高速断路器51处于开断状态，然后启动被检绝缘油击穿电压测试仪6的进 行正常连续升压，在升压过程中被检绝缘油击穿电压测试仪6和本发明均对输出电压U进 行实时测量，当本发明检测到U到达IOkV时，也就是Ufes= IOkV时，将输出闭合控制信号 给主动击穿模块5，主动击穿模块5收到闭合控制信号后，将操作高速断路器51进行高速闭 合动作并在60ms内闭合成功，在60ms的闭合过程中本发明和被检绝缘油击穿电压测试仪 6仍将继续对U进行数据采集，当高速断路器51闭合成功时，实际等效于油样的击穿效果， 此时被检绝缘油击穿电压测试仪6将检测到击穿电流，会停止电压输出并记录下闭合瞬间 的暂态电压值Uas，而本发明也会实时的存储、计算并显示高速断路器51在闭合瞬间的暂 态电压标准值U’fe l，通过上述过程可计算得到被检绝缘油击穿电压测试仪6的暂态电压测 量误差Uaa= Uiis-U' ，进而达到了对被检绝缘油击穿电压测试仪6的暂态电压测量功 能进行检定的目的。参见图3-4所示，是图2中高压标准分压器3、4的原理图。其中，甲组高压标准分 压器3和乙组高压标准分压器4的结构方式相同，高压臂Zg3和Zg4为同轴结构的六氟化硫压 缩气体标准电容器，电容量为10pF，低压臂Zd3和Zd4为高稳定云母电容，电容量为0. 1 μ F， 构成的标准分压比分别为 k3 = U1AT1 = (Zg3+Zd3)/Zd3 10000/1,k3 = U2/U，2 = (Zg4+Zd4)/ Zd4 ^ 10000/1。参见图5所示，是图2中低压信号采样模块2的原理图。经过高压标准分压器3、 4分压后得到的交流低压分量U，工和U’ 2经过基于精密运放0PA228构成的缓冲电路，然后 分别输入给A/D转换芯片AD7656的CHl和CH2两个采样通道，该芯片是16位、6通道、高速 同步采样的模数转换器，其模数转换结果作为采样数据发送给后续的控制和显示模块1。参见图6所示，是图2中控制和显示模块1的原理图。来自低压信号采样模块2 的采集数据输入到控制和显示模块1的核心DSP控制器件TMS320F2812，该芯片的主要工 作任务包括接受检定人员通过人机交互界面录入的有关控制信息(比如升压到IOkV附 近)；在检定过程中实时接收来自低压信号采样模块2的采集数据并根据矢量法进行相关 计算和存储，并根据标准分压比k3和k4计算被检绝缘油击穿电压测试仪6产生的交流高 压信号U ；当本发明检测到交流高压信号U到达击穿电压检定点如IOkV时，也就是= IOkV时，将输出闭合控制信号给主动击穿模块5，主动击穿模块5收到闭合控制信号后，将 操作高速断路器51进行高速闭合动作并在60ms内闭合成功，此时被检绝缘油击穿电压测 试仪6将检测到击穿电流，会停止电压输出并记录下闭合瞬间的暂态电压值Uas，而本发明 也会记录并显示高速断路器51闭合瞬间的暂态电压标准值U’ ，通过上述过程可计算得 到被检绝缘油击穿电压测试仪6的暂态电压测量误差Usii= Uiis-U' ，进而达到了对被 检绝缘油击穿电压测试仪6的暂态电压测量功能进行检定的目的。参见图7所示，是图2中主动击穿模块5的原理图。主动击穿模块5受来自控制 和显示模块1的分合闸控制信号的控制，可以进行高速的开断和闭合动作。该模块的主要功能包括当控制和显示模块1给出合闸信号时，该合闸信号首先经过隔离性RS-232接口 输入给高速单片机C8051F020，单片机C8051F020根据该指令向驱动电路发出闭合脉冲信 号，驱动电路产生驱动电流控制高速断路器51实现闭合动作，高速断路器51选用电磁控制 真空触点断路器，闭合时间小于60ms ；当控制和显示模块1给出分闸信号时，该分闸信号首 先经过隔离性RS-232接口输入给高速单片机C8051F020，单片机C8051F020根据该指令向 驱动电路发出分闸脉冲，驱动电 路产生驱动电流控制高速断路器51实现分闸动作，分闸时 间小于60ms。
权利要求
1.一种基于“主动击穿”方式的绝缘油击穿电压测试仪标准装置，其主要包括依次相 连的控制和显示模块、低压信号采样模块、甲组高压标准分压器及乙组高压标准分压器，控 制和显示模块与低压信号采样模块相连，甲组高压标准分压器与乙组高压标准分压器一端 分别连接至低压信号采样模块，另一端分别连接至待测的绝缘油击穿电压测试仪，其特征 在于，还包括一个主动击穿模块，主动击穿模块设置在甲组高压标准分压器与乙组高压标 准分压器和待测的绝缘油击穿电压测试仪之间，主动击穿模块的主要元件是一个高速断路 器，该高速断路器的两端一端连接于甲组高压标准分压器和待测的绝缘油击穿电压测试仪 之间，另一端连接于乙组高压标准分压器和待测的绝缘油击穿电压测试仪之间，由控制和 显示模块控制该主动击穿模块的高速断路器的开断和闭合。
2.根据权利要求1所述的绝缘油击穿电压测试仪标准装置，其特征在于，所述甲组高 压标准分压器和乙组高压标准分压器的结构相同，高压臂为同轴结构的六氟化硫压缩气体 标准电容器，低压臂为高稳定云母电容。
3.一种根据权利要求1所述的基于“主动击穿”方式的绝缘油击穿电压测试仪标准装 置的检定方法，其特征在于 首先通过控制和显示模块设定一个检定电压点，此时在控制和显示模块的控制下主动 击穿模块处于开断状态，即高速断路器处于开断状态；然后启动被检绝缘油击穿电压测试仪的进行正常连续升压，在升压过程中被检绝缘油 击穿电压测试仪和低压信号采样模块均对输出电压U进行实时测量，当低压信号采样模块 检测到输出电压U到达检定电压时，将输出闭合控制信号给主动击穿模块，主动击穿模块 收到闭合控制信号后，将操作高速断路器进行高速闭合动作并在60ms内闭合成功，在60ms 的闭合过程中低压信号采样模块和被检绝缘油击穿电压测试仪仍将继续对输出电压U进 行数据采集；当高速断路器闭合成功时，此时被检绝缘油击穿电压测试仪将检测到击穿电流，会停 止电压输出并记录下闭合瞬间的暂态电压值Uas，而控制和显示模块也会实时的存储、计 算并显示高速断路器在闭合瞬间的暂态电压标准值U’ ，通过上述过程可计算得到被检 绝缘油击穿电压测试仪的暂态电压测量误差Uaa= Uiis-U' ，进而实现对被检绝缘油击 穿电压测试仪的暂态电压测量功能进行检定。
4.根据权利要求3所述的检定方法，其特征在于，所述低压信号采样模块经过甲组及 乙组高压标准分压器分压后的交流低压分量U’工和U’ 2经过基于精密运放构成的缓冲电 路，然后分别输入给16位高速同步采样A/D转换芯片，其模数转换结果作为采样数据发送 给后续控制和显示模块。
全文摘要
本发明提供一种基于“主动击穿”方式的绝缘油击穿电压测试仪标准装置及其检定方法，其主要包括依次相连的控制和显示模块、低压信号采样模块、甲组高压标准分压器及乙组高压标准分压器，其特征在于，还包括一个主动击穿模块，主动击穿模块设置在甲组高压标准分压器与乙组高压标准分压器和待测的绝缘油击穿电压测试仪之间，主动击穿模块的主要元件是一个高速断路器，该高速断路器的两端一端连接于甲组高压标准分压器和待测的绝缘油击穿电压测试仪之间，另一端连接于乙组高压标准分压器和待测的绝缘油击穿电压测试仪之间。本发明首次提出并实现了“主动击穿”设计思路，利用本发明可以对绝缘油击穿电压测试仪的暂态电压测量功能开展检定工作。
文档编号G01R35/00GK102081149SQ20101056092
公开日2011年6月1日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者张军, 朱琦, 王斯琪, 王旭, 陈习文, 陈自年, 雷民 申请人:国网电力科学研究院