电容式电压互感器测试装置的制作方法

本发明涉及互感器测试
技术领域：
，是一种电容式电压互感器测试装置。
背景技术：
：目前对电容式电压互感器检测主要有两种方式。一种是传统方式：传统的检测方式需要将标准电压互感器、互感器校验仪、电压互感器负荷箱以及串联谐振升压装置电连接在一起进行试验。这种检测方式使用的检测设备繁多，体积重量大，对于检测人员工作量大，工作经验要求丰富，并且试验过程中电压高，存在一定的安全隐患。第二种是使用便携式低校高式电压互感器测试仪；现场试验不需要携带大量的设备，现场校验工作量降低。但是国内便携式低校高式电压互感器测试仪主要存在的问题是：1、测试过程繁琐，需要多次拆解被测互感器的一次或二次测试线；测试时间过长，需要10分钟至30分钟才能完成校验一只电压互感器的工作；2、测试电压等级低：测试电压只能达到到220kV。技术实现要素：本发明提供了一种电容式电压互感器测试装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有电压互感器检测装置存在的测试过程繁琐，测试时间长，测试电压等级低的问题。本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种电容式电压互感器测试装置，包括高压继电器组、电压互感器负载模块、升压器、感应分压器、功率放大器、模拟测量电路、公共机和通信模块，所述高压继电器组包括第一高压继电器、第二高压继电器和第三高压继电器，第一高压继电器常开触点与第二高压继电器常开触点电连接，第二高压继电器常开触点与第三高压继电器常开触点电连接，第三高压继电器常开触点的第二端接地；所述模拟测量电路包括差值电压测量电路、标准电压测量电路和A/D转换模块，标准电压测量电路包括锁相环电路、电压互感器、第一精密电阻分压模块、标准电压放大模块、第一滤波电路，差值电压测量电路包括第二精密电阻分压模块、差值电压放大模块和第二滤波电路；公共机包括处理模块和D/A转换模块，处理模块分别与第一高压继电器线圈、第二高压继电器线圈、第三高压继电器线圈、电压互感器负载模块和D/A转换模块电连接，D/A转换模块与功率放大器电连接，功率放大器与升压器的输入端电连接，升压器第一输出接线端子分别与第二高压继电器常开触点的第二端和感应分压器输入高端电连接，升压器第一输出接地端子与感应分压器输入低端均接地，升压器第二输出端子与电压互感器电连接，电压互感器、第一精密电阻分压模块、标准电压放大模块和第一滤波电路依序串联，第一滤波电路的输出端分别与锁相环电路和A/D转换模块电连接，锁相环电路与A/D转换模块电连接，感应分压器输出高端与第二精密电阻分压模块电连接，第二精密电阻分压模块、差值电压放大模块和第二滤波电路依序串联，第二滤波电路与A/D转换模块电连接，A/D转换模块与处理模块电连接，处理模块与通信模块电连接。下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：上述标准电压放大模块可包括依序串联的第一标准电压放大电路和第二标准电压放大电路，第一精密电阻分压模块与第一标准电压放大电路电连接，第二标准电压放大电路与第一滤波电路电连接。上述差值电压放大模块可包括依序串联的第一差值电压放大电路、第三滤波电路、第二差值电压放大电路和第三差值电压放大电路，第二精密电阻分压模块与第一差值电压放大电路电连接，第三差值电压放大电路与第二滤波电路电连接。上述第二精密电阻分压模块可包括第一精密电阻、第二精密电阻和第三精密电阻，第一精密电阻与第二精密电阻电连接，第二精密电阻与第三精密电阻电连接，在第二精密电阻的两端并联有切换模块，感应分压器输出高端与第三精密电阻的第二端电连接，第三精密电阻的第二端和切换模块的输出端均与第一差值电压放大电路电连接。上述电压互感器负载模块可包括第一继电器、第二继电器和第三继电器，第一继电器线圈、第二继电器线圈和第三继电器线圈均与处理模块电连接，第一继电器常开触点、第二继电器常开触点和第三继电器常开触点的第二端均电连接有一个负载电阻。上述电压互感器可为精密电压互感器，通信模块可为RS232模块。上述还可包括绝缘壳体，在绝缘壳体上安装有显示模块、通信接口、三个高压继电器组接线柱、两个测量接线柱和六个负载接线柱，显示模块与处理模块电连接，通信接口与通信模块电连接，三个高压继电器组接线柱分别与第一高压继电器常开触点的第一端、第二高压继电器常开触点的第二端和第三高压继电器常开触点的第二端电连接，两个测量接线柱分别与感应分压器输出低端和第一精密电阻的第一端电连接，六个负载接线柱分别与第一继电器常开触点、第二继电器常开触点和第三继电器常开触点的第一端及三个负载电阻的第二端电连接。本发明的有益效果：1、本发明将高压继电器组中所有高压继电器常开触点的开闭状态进行不同组合，使切换被测电容式电压互感器一次侧接线端子以不同的状态接入升压器和感应分压器，由此则无需人为参与被测电容式电压互感器一次侧接线端子的拆接，避免了人为操作错误，并且高压继电器组只需约100mS的时间即可完成切换动作，减少了测试时间，提高了工作效率；2、本发明中的感应分压器的准确级可以达到0.02级，而采用电子元件做成的测量电路很难达到0.05级，且温度特性不如采用感应分压器，因此本发明提高了测量精度，同时采用感应分压器可以覆盖35kV至765kV的电容式电压互感器的变比，扩大了本发明的测量范围。3、本发明采用了功率放大器，提高了装置升压的稳定性，降低了故障率。4、本发明简化了测试人员的接线工作，最大程度地避免了人为导致接线错误的问题，降低了对测试人员经验和能力的依赖，提高了安全性。5、本发明试验电压不超过10000V，容量不超过500VA，测试仪主机重量不超过35公斤；测试一台电容式电压互感器的时间少于3.5分钟。解决了使用传统校验装置校验电容式电压互感器所带来的设备体积重量大，试验电压不高，容量不大的问题。附图说明附图1为本发明的电路结构示意图。附图2为本发明中高压继电器组的电路示意图。附图3为本发明中电压互感器负载模块的电路示意图。附图4为本发明中第二精密电阻分压模块的电路示意图。附图5为本发明中锁相环电路的电路示意图。附图6为本发明中程控信号放大电路的电路示意图。附图7为本发明中滤波电路的电路示意图。附图8为本发明测试时的电路连接示意图。附图中的编码分别为：S1为第一高压继电器线圈，S1-1为第一高压继电器常开触点，S2为第二高压继电器线圈，S2-1为第二高压继电器常开触点，S3为第三高压继电器线圈，S3-1为第三高压继电器常开触点，K1为第一继电器线圈，K1-1为第一继电器常开触点，K2为第二继电器线圈，S2-1为第二继电器常开触点，K3为第三继电器线圈，K3-1为第三继电器常开触点，R1为第一精密电阻，R2为第二精密电阻，R3为第三精密电阻，A为感应分压器输入高端，X为感应分压器输入低端，a为感应分压器输出高端，n为感应分压器输出低端，1a’为升压器第一输出接线端子，1n’为升压器第一输出接地端子。具体实施方式本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：如附图1、2、3、4、5、6、7、8所示，该电容式电压互感器测试装置，包括高压继电器组、电压互感器负载模块、升压器、感应分压器、功率放大器、模拟测量电路、公共机和通信模块，所述高压继电器组包括第一高压继电器、第二高压继电器和第三高压继电器，第一高压继电器常开触点S1-1与第二高压继电器常开触点S2-1电连接，第二高压继电器常开触点S2-1与第三高压继电器常开触点S3-1电连接，第三高压继电器常开触点S3-1的第二端接地；所述模拟测量电路包括差值电压测量电路、标准电压测量电路和A/D转换模块，标准电压测量电路包括锁相环电路、电压互感器、第一精密电阻分压模块、标准电压放大模块、第一滤波电路，差值电压测量电路包括第二精密电阻分压模块、差值电压放大模块和第二滤波电路；公共机包括处理模块和D/A转换模块，处理模块分别与第一高压继电器线圈S1、第二高压继电器线圈S2、第三高压继电器线圈S3、电压互感器负载模块和D/A转换模块电连接，D/A转换模块与功率放大器电连接，功率放大器与升压器的输入端电连接，升压器第一输出接线端子1a’分别与第二高压继电器常开触点S2-1的第二端和感应分压器输入高端A电连接，升压器第一输出接地端子1n’与感应分压器输入低端X均接地，升压器第二输出端子与电压互感器电连接，电压互感器、第一精密电阻分压模块、标准电压放大模块和第一滤波电路依序串联，第一滤波电路的输出端分别与锁相环电路和A/D转换模块电连接，锁相环电路与A/D转换模块电连接，感应分压器输出高端a与第二精密电阻分压模块电连接，第二精密电阻分压模块、差值电压放大模块和第二滤波电路依序串联，第二滤波电路与A/D转换模块电连接，A/D转换模块与处理模块电连接，处理模块与通信模块电连接。这里标准电压测量电路中锁相环电路、电压互感器、第一精密电阻分压模块、第一滤波电路均为现有公知技术，标准电压测量电路主要用于测量电压互感器输出的标准电压，其中电压互感器用于标准电压信号的取样，其主要指标为电压比2000V/20V，准确级0.02级，二次负载0VA；锁相环电路如图5所示，用于对被测交流信号进行整周波采样，其主要原理是：首先将被测交流信号通过增益为无穷大的放大电路产生一个占空比为50％的正负方波，在通过LM311比较器转换成半波，半波进入锁相环芯片的输入脚，锁相环芯片将方波信号加以倍频，倍频信号经过累加器反馈至锁相环的反馈引脚，使得反馈信号与输入信号一致，此时累加器的对应管脚会有与方波信号成2n倍数的方波信号，管脚输出信号频率如表1所示，若多路选择器74LS151选择锁相环Q8产生的脉冲控制A/D转换模块，则一个50Hz的正弦波测量256个点，由于标准电压和标准电压为同一正弦波，因此处理模块认为将标准电压与差值电压均由有256个点测量数据，从而通过FFT算法以得出标准电压、差值电压的幅度大小以及相位；第一精密电阻分压模块具有阻值误差大小，精密度高的特点，从而减小标准电压测量误差；第一滤波电路可为如图7所示的压控二阶低通滤波器，能够对基波以外的高次谐波有效的抑制，从而在有谐波存在的测试信号中准确测量基波信号。这里差值电压测量电路中第二精密电阻分压模块和第二滤波电路均为现有公知技术，差值电压测量电路主要用于测量感应分压器与被测电容式电压互感器的差值电压；第二精密电阻分压模块可为一个精密电阻；第二滤波电路可为压控二阶低通滤波器，能够对基波以外的高次谐波有效的抑制，从而在有谐波存在的测试信号中准确测量基波信号。这里处理模块为现有公知技术，可采用32位的数字信号处理器，主要用于控制电压互感器负载模块，控制升压器升压，接收标准电压测量电路和差值电压测量电路的测量值，根据接收到的测量值计算被测电容式电压互感器的误差,即被测电容式电压互感器的低压空载比值误差和角度误差，并通过数字量接口即I/O口输出电压控制第一高压继电器、第二高压继电器和第三高压继电器的线圈；D/A转换模块为现有公知技术，可生成50HZ的正弦波，处理模块控制其幅值的大小；功率放大器为现有公知技术，用于根据D/A转换模块输出的幅值进行功率放大，同时功率放大器可由200V直流电源供电；升压器为现有公知技术，用于根据功率放大器输出的功率进行升压，可升至10000V；感应分压器可采用可调整变比、准确级0.02级的标准电工式感应分压器，该标准电工式感应分压器采用6盘调节，具有变比覆盖100至100000000范围能力，变比根据被测电容式电压互感器名牌信息调节；电压互感器负载模块可为电压互感器负载箱，主要用于向被测电容式电压互感器输入负载；通信模块为现有公知技术，用于处理模块和计算机之间的通信。测试步骤如下：1、如图8所示，将被测电容式电压互感器的一次侧接线端子与第一高压继电器常开触点S1-1的第一端连接，使升压器与被测电容式电压互感器的一次侧接线端子电连接，将一次侧接地端子与第二高压继电器常开触点S2-1的第二端连接，使被测电容式电压互感器的一次侧接地端子接地，补偿电抗器的接地端与第三高压继电器常开触点S3-1的第二段电连接，二次一号绕阻接线端子、二次一号绕阻接地端子、二次二号绕阻接线端子、二次二号绕阻接地端子、剩余电压接线端子和剩余电压接地端子均与电压互感器负载模块连接，二次一号绕阻接地端子与感应分压器输出低端n连接，二次一号绕阻接线端子和第二精密电阻分压模块连接；2、工作人员根据被测电容式电压互感器的铭牌信息，将铭牌中的额定负载和下限负载参数通过计算机及通信模块录入到处理模块中，其中录入的功率因数为0.8；3、处理模块通过控制D/A转换模块输出波形的幅值大小调节功率放大器的输出功率，升压器根据功率放大器的输出功率进行升压，标准电压测量电路测量升压器的输出电压，并发送至处理模块，若升压器的输出电压没有达到处理模块要求升高的电压，则继续改变D/A转换模块输出波形的幅值大小，进行升压，直至电压升至所需的高压，使感应分压器与被测电容式电压互感器组成测差线路；4、处理模块给第一高压继电器线圈S1和第三高压继电器线圈S3送电，使第一高压继电器常开触点S1-1和第三高压继电器常开触点S3-1闭合；5、处理模块控制电压互感器负载模块不向被测电容式电压互感器中输入负载，使被测电容式电压互感器处于不带负载的情况下，升压器第二输出端子输出的电压经过电压互感器、第一精密电阻分压模块、标准电压放大模块、第一滤波电路、锁相环电路后为所测得的标准电压，该标准电压经过A/D转换模块送入处理模块，感应分压器输出高端a输出的电压与被测电容式电压互感器二次一号绕阻接线端子输出的电压进入第二精密电阻分压模块形成差值电压，且该差值电压经第二精密电阻分压模块、差值电压放大模块和第二滤波电路后为所测得的差值电压，然后该差值电压经过A/D转换模块送入处理模块，处理模块根据标准电压和差值电压计算此时被测电容式电压互感器的低压空载比值误差和角度误差，记为空载误差；6、处理模块根据输入的铭牌信息，控制电压互感器负载模块向被测电容式电压互感器中输入所需负载，使被测电容式电压互感器处于带负载的情况下，之后重复第4步，测量标准电压和差值电压，最终使处理模块根据标准电压和差值电压计算此时被测电容式电压互感器的低压空载比值误差和角度误差，记为阻性负载误差；7、处理模块将空载误差(f0、δ0)、阻性负载S1误差(f1、δ1)(阻性负载功率因数φ1＝1.0)、额定负荷S2、功率因数φ2＝0.8带入公式，得到额定负荷S2、功率因数φ2＝0.8下的该被测电容式电压互感器的误差,公式如下：这里第四步中处理模块可以根据测试方法的不同，给不同高压继电器线圈送电，使之对应的高压继电器常开触点闭合，从而使被试电容式电压互感器一次侧接线端子以不同的状态接入升压器和感应分压器，例如等值电路测试方法、励磁特性测试方法。本发明的有益效果：1、本发明将高压继电器组中所有高压继电器常开触点的开闭状态进行不同组合，使切换被测电容式电压互感器一次侧接线端子以不同的状态接入升压器和感应分压器，由此则无需人为参与被测电容式电压互感器一次侧接线端子的拆接，避免了人为操作错误，并且高压继电器组只需约100mS的时间即可完成切换动作，减少了测试时间，提高了工作效率；2、本发明中的感应分压器的准确级可以达到0.02级，而采用电子元件做成的测量电路很难达到0.05级，且温度特性不如采用感应分压器，因此本发明提高了测量精度，同时采用感应分压器可以覆盖35kV至765kV的电容式电压互感器的变比，扩大了本发明的测量范围。3、本发明采用了功率放大器，提高了装置升压的稳定性，降低了故障率。4、本发明简化了测试人员的接线工作，最大程度地避免了人为导致接线错误的问题，降低了对测试人员经验和能力的依赖，提高了安全性。5、本发明试验电压不超过10000V，容量不超过500VA，测试仪主机重量不超过35公斤；测试一台电容式电压互感器的时间少于3.5分钟。解决了使用传统校验装置校验电容式电压互感器所带来的设备体积重量大，试验电压不高，容量不大的问题。可根据实际需要，对上述电容式电压互感器测试装置作进一步优化或/和改进：如附图1、6、7所示，所述标准电压放大模块包括依序串联的第一标准电压放大电路和第二标准电压放大电路，第一精密电阻分压模块与第一标准电压放大电路电连接，第二标准电压放大电路与第一滤波电路电连接。这里第一标准电压放大电路和第二标准电压放大电路均为现有公知技术，可为程控信号放大电路，程控信号放大电路如图6所示，采用运算放大器TLE2022，采用ADG409控制反馈信号的比例，从而控制增益，如表2所示其程控放大电路的量程为1倍至64倍。如附图1、4、6、7所示，所述差值电压放大模块包括依序串联的第一差值电压放大电路、第三滤波电路、第二差值电压放大电路和第三差值电压放大电路，第二精密电阻分压模块与第一差值电压放大电路电连接，第三差值电压放大电路与第二滤波电路电连接。这里第一差值电压放大电路、第二差值电压放大电路和第三差值电压放大电路均为程控信号放大电路，这里3个程控放大电路，最高可以放大26万倍，可以将3uV电压1V电压左右，完全满足微弱信号的测量放大需要，使测量准确度可以达到1级。第三滤波电路为现有公知技术，可为压控二阶低通滤波器。如附图1、4所示，所述第二精密电阻分压模块包括第一精密电阻R1、第二精密电阻R2和第三精密电阻R3，第一精密电阻R1与第二精密电阻R2电连接，第二精密电阻R2与第三精密电阻R3电连接，在第二精密电阻R2的两端并联有切换模块，感应分压器输出高端a与第三精密电阻R3的第二端电连接，第三精密电阻R3的第二端和切换模块的输出端均与第一差值电压放大电路电连接。这里第一精密电阻R1、第二精密电阻R2和第三精密电阻R3组成分压电阻网络且均采用精密线绕电阻，其阻值分别为20kΩ、10kΩ以及100Ω；切换模块可为继电器切换模块；当差值电压小于2V的时候，，上臂电阻为20kΩ，下臂电阻为10.1kΩ，其分压系数为0.33555；当测试信号大于等于2V的时候，上臂电阻为30kΩ，下臂电阻为100Ω，其分压系数为0.003322。测试时，第一精密电阻R1的第一端与被测电容式电压互感器的二次一号绕阻接线端子连接。如附图1、3、8所示，所述电压互感器负载模块包括第一继电器、第二继电器和第三继电器，第一继电器线圈K1、第二继电器线圈K2和第三继电器线圈K3均与处理模块电连接，第一继电器常开触点K1-1、第二继电器常开触点S2-1和第三继电器常开触点K3-1的第二端均电连接有一个负载电阻。这里处理模块控制第一继电器线圈K1、第二继电器线圈K2和第三继电器线圈K3是否得电，若线圈得电，则与该线圈对应的常开触点闭合，从而使负载电阻接入被测电容式电压互感器中，这里负载电阻为纯阻性，可为33.33欧姆。本发明通过阻性负载简化了装置，减小了装置重量，无需额外增加电压互感器负载箱。根据需要，所述电压互感器为精密电压互感器，通信模块为RS232模块。如附图1、8所示，还包括绝缘壳体，在绝缘壳体上安装有显示模块、通信接口、三个高压继电器组接线柱、两个测量接线柱和六个负载接线柱，显示模块与处理模块电连接，通信接口与通信模块电连接，三个高压继电器组接线柱分别与第一高压继电器常开触点S1-1的第一端、第二高压继电器常开触点S2-1的第二端和第三高压继电器常开触点S3-1的第二端电连接，两个测量接线柱分别与感应分压器输出低端n和第一精密电阻R1的第一端电连接，六个负载接线柱分别与第一继电器常开触点K1-1、第二继电器常开触点S2-1和第三继电器常开触点K3-1的第一端及三个负载电阻的第二端电连接。这里绝缘壳体可为高分子聚合材料外壳。使用绝缘外壳将电气元件密封在壳体内部，使工作人员触摸不到高压，安全可靠。以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。表1管脚输出信号频率表2程控放大电路的量程控制信号a0控制信号a1上臂电阻(kΩ)下臂电阻(kΩ)放大倍数AV000R2+R3+R4+R5＝64110R2＝48R3+R4+R5＝16401R2+R3＝60R4+R5＝41611R2+R3+R4＝63R5＝164当前第1页1 2 3