本发明涉及电力电气领域，特别涉及一种避雷器高频特性的测试电路、系统及方法。
背景技术：
避雷器由多个阀片组成，用于保护电气设备免受高瞬态过电压危害、限制续流时间和/或续流赋值。测试其高频(频率大于50Hz)特性不仅对过电压防护和构建避雷器数学模型具有重要意义，而且还可以实现对其使用寿命的进一步研究。
在现有技术中，避雷器高频特性的测试方法以单个阀片为测试对象，具体是：先采用阀片特性测试电路对单个阀片进行测试以获得相关参数，然后再依据相关参数经过大量计算得到单个阀片的特性，最后根据单个阀片的特性去推论避雷器高频特性。该测试方法不仅存在计算量大的缺点，而且由于构成避雷器的阀片参数不尽相同，所以构成避雷器的阀片特性也不尽相同，仅通过单个阀片的特性推论得到的避雷器高频特性可靠性较差。并且，如果对构成避雷器的每一个阀片均进行相同测试的话，则会进一步增大计算量。
因此，如何减少在避雷器高频特性的测试过程中的计算量和提升测试结果的可靠性是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种避雷器高频特性的测试电路、系统及方法，减少在避雷器高频特性的测试过程中的计算量和提升测试结果的可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明提供的一种避雷器高频特性的测试电路，包括：
与待测避雷器连接以为所述待测避雷器提供测试电压的电压发生装置；与所述待测避雷器并联以将所述待测避雷器的两端电压转化为第一模拟量信号的电压测量装置；与所述待测避雷器串联以将流经所述待测避雷器的电流转化为第二模拟量信号的电流测量装置；
分别与所述电压测量装置和所述电流测量装置连接，以将所述第一模拟量信号转化为第一数字量信号并存储和将所述第二模拟量信号转化为第二数字量信号并存储的采集装置。
优选地，所述电压测量装置具体为高压差分探头。
优选地，所述电流测量装置具体为霍尔传感器。
优选地，所述采集装置具体为示波器。
优选地，还包括：
与所述待测避雷器串联以当所述电流大于预定值时，断开所述电压发生装置与所述待测避雷器之间的电气连接的保护器件。
优选地，所述保护器件具体为保险丝。
优选地，所述电压发生装置具体包括变频调压电源和原边与所述变频调压电源连接的升压变压器；
所述升压变压器的副边与所述待测避雷器连接。
为了解决上述技术问题，本发明该提供的一种避雷器高频特性的测试系统，包括上述任一种避雷器高频特性的测试电路，还包括设置有分析程序的上位机；
所述上位机与采集装置连接，用于当执行所述分析程序时实现如下步骤：
获取第一数字量信号和第二数字量信号；
分析所述第一数字量信号和所述第二数字量信号，并得到待测避雷器的幅频特性和相频特性。
为了解决上述技术问题，本发明还提供的一种避雷器高频特性的测试方法，包括：
将多个测试电压分别施加于待测避雷器；
采集所述待测避雷器的两端电压和流经所述待测避雷器的电流，并将所述两端电压和所述电流分别转化为对应的数字量信号；
调用预设分析程序对所述数字量信号进行分析，以得到所述待测避雷器的幅频特性和相频特性。
优选地，在所述将所述两端电压和所述电流分别转化为对应的数字量信号之后，还包括：
将所述数字量信号导出至可拆卸存储设备；
则对应的，所述调用预设分析程序对所述数字量信号进行分析具体为：
调用所述预设分析程序对从所述可拆卸存储设备中获取的所述数字量信号进行分析。
本发明提供的避雷器高频特性的测试电路，电压发生装置与待测避雷器连接，能够为待测避雷器提供测试电压；电压测量装置与待测避雷器并联，可以将待测避雷器的两端电压转化为第一模拟量信号；电流测量装置与待测避雷器串联，可以将流经待测避雷器的电流转化为第二模拟量信号；采集装置则分别与电压测量装置和电流测量装置连接，能够将第一模拟量信号和第二模拟量信号分别转化为对应的数字量信号之后进行存储。可见，应用本测试电路，直接以整个避雷器为测试对象，可以直接得到待测避雷器的两端电压和流经待测避雷器的电流，当对待测避雷器的高频特性进行测试时，直接依据存储好的数字量信号推论避雷器高频特性即可，既可以避免以单个阀片为测试对象，也无需以得到单个阀片的特性为目的进行大量计算。因此，应用本测试电路，不仅可以克服由于构成待测避雷器的各阀片参数不尽相同而导致的测试结果可靠性较低的缺点，而且还可以减少在避雷器高频特性的测试过程中的计算量。此外，本发明还提供了一种避雷器高频特性的测试系统和方法，具有如上效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的一种避雷器高频特性的测试电路的示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种避雷器高频特性的测试电路的电路图；
图3为本发明实施例提供的一种避雷器高频特性的测试系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种避雷器高频特性的测试方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
本发明的目的是提供一种避雷器高频特性的测试电路、系统及方法，减少在避雷器高频特性的测试过程中的计算量和提升测试结果的可靠性。
为了使本领域的技术人员更好的理解本发明技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明实施例提供的一种避雷器高频特性的测试电路的示意图。如图1所示，本实施例提供的避雷器高频特性的测试电路包括：
与待测避雷器10连接以为待测避雷器10提供测试电压的电压发生装置11；与待测避雷器10并联以将待测避雷器10的两端电压转化为第一模拟量信号的电压测量装置12；与待测避雷器10串联以将流经待测避雷器10的电流转化为第二模拟量信号的电流测量装置13；
分别与电压测量装置12和电流测量装置13连接，以将第一模拟量信号转化为第一数字量信号并存储和将第二模拟量信号转化为第二数字量信号并存储的采集装置14。
需要说明的是，电压发生装置11与待测避雷器10连接具体指：电压发生装置11的高压侧与待测避雷器10的高压侧连接，电压发生装置11的低压侧与待测避雷器10的低压侧连接，并接地，电压发生装置11为可以为待测避雷器10提供高频次、高电压等级的测试电压的装置，其中，高频次测试电压指频率大于50Hz的测试电压，高电压等级的测试电压指幅值大于1KV的测试电压。第一模拟量信号指与待测避雷器10的两端电压对应的模拟量信号，第一数字量信号指与待测避雷器10的两端电压对应的波形参数；第二模拟量信号至与流经待测避雷器10的电流对应的模拟量信号，第二数字量信号指与流经待测避雷器10的电流对应的波形参数。
电压测量装置12设置有用于将采集到的电压信号转化为模拟量信号的电压测量电路，其与待测避雷器10并联，用于采集施加在待测避雷器10两端的实际电压。具体地，电压测量装置12可以依据待测避雷器10的两端电压得到对应的第一模拟量信号。电流测量装置13设置有用于将采集到的电流信号转化为模拟量信号的电流测量电路，其与待测避雷器10串联，用于采集流经待测避雷器10的实际电流。具体地，电流测量装置13可以依据流经待测避雷器10的电流得到对应的第二模拟量信号。采集装置14设置有用于将模拟量信号转化为数字量信号的模数转换电路和用于存储数据的存储单元，其分别与电压测量装置12和电流测量装置13连接，用于将自身采集到的模拟量信号转化为数字量信号并进行存储。具体地，一方面，采集装置14可以从电压测量装置12获取到第一模拟量信号，并将第一模拟量信号转化为第一数字量信号之后进行存储；另一方面，采集装置14还可以从电流测量装置13获取到第二模拟量信号，并将第二模拟量信号转换为第二数字量信号之后进行存储。
可见，应用本实施例提供的避雷器高频特性的测试电路，是以整个待测避雷器10为测试对象的，通过电压测量装置12和采集装置14配合，最终可以直接得到反映待测避雷器10的两端电压的第一数字量信号和通过电流测量装置13和采集装置14配合，最终可以直接得到反映流经待测避雷器10的电流的第二数字量信号，相当于应用本测试电路直接测得了待测避雷器10的两端电压和流经待测避雷器10的电流。并通过采集装置14对第一数字量信号和第二数字量信号进行了存储，可以便于后期的提取和分析。当对待测避雷器的高频特性进行测试时，直接依据存储好的数字量信号推论避雷器高频特性即可，既可以避免以单个阀片为测试对象，也无需以得到单个阀片的特性为目的进行大量计算。因此，应用本测试电路，不仅可以克服由于构成待测避雷器的各阀片参数不尽相同而导致的测试结果可靠性较低的缺点，而且还可以减少在避雷器高频特性的测试过程中的计算量。
而且，在应用本测试电路获取到第一数字量信号和第二数字量信号这些数据之后，可以基于这些数据在MATLAB/simulink中搭建避雷器的RLC模拟电路，利用simulink仿真为模拟避雷器施加不同频率和不同电压等级的测试电压，通过模拟避雷器的电压电流参数测试避雷器的高频特性，能够实现全频段、不同电压等级下的避雷器高频特性测试。
基于上述实施例，作为一种优选的实施方式，电压测量装置12具体为高压差分探头。高压差分探头指适用于千伏级电压的差分探头，在50Hz-2500Hz谐波下，综合测试精度能够控制在2％以内，因此，选用高压差分探头作为电压测量装置12能够提升本测试电路精度和可靠性。此外，选用高压差分探头作为电压测量装置12仅为一种优选实施方式，而并不代表电压测量装置12只能选用高压差分探头。
基于上述实施例，作为一种优选的实施方式，电流测量装置13具体为霍尔传感器。霍尔传感器可以精确测量毫安级小电流，其误差在0.5％以内，选用霍尔传感器作为电流测量装置13能够提升本测试电路的精度和可靠性。此外，选用霍尔传感器作为电流测量装置13仅为一种优选实施方式，而并不代表电流测量装置13只能选用霍尔传感器。
基于上述实施例，作为一种优选的实施方式，采集装置14具体为示波器。需要说明的是，该示波器具有存储数据的功能。此外，选用示波器作为采集装置14仅为一种优选实施方式，而并不代表采集装置14只能选用示波器，例如，在具体实施中，还可以采用合适的数据采集器替换作为采集装置14，当然，该数据采集优选为配置有多通道同步触发的USB接口的数据采集器。
图2为本发明实施例提供的另一种避雷器高频特性的测试电路的电路图。如图2所示，为了进一步提高本发明提供的测试电路的安全性和可靠性，基于上述实施例，作为一种优选的实施方式，测试电路还包括：
与待测避雷器10串联以当电流大于预定值时，断开电压发生装置11与待测避雷器10之间的电气连接的保护器件20。
需要说明的是，在本实施例中提到的电流为流经待测避雷器10的电流，预定值为确定待测避雷器10是否发生损坏的临界值，应根据实际情况预先设定。当流经待测避雷器10的电流大于该预定值时，则待测避雷器10可能已经损坏，此时，利用保护器件20及时断开待测避雷器10与电压发生装置11之间的电气连接，可以保证测试人员的安全。
基于上述实施例，作为一种选有的实施方式，保护器件20具体为保险丝。
在现有技术中，直接采用高压发生器为阀片特性测试电路提供测试电压，由于高压发生器自身性能限制，很难为阀片特性测试电路提供高频且高电压等级的测试电压，往往是，为了提高电压等级而只能降低试验频率，或为了提升试验频率而只能降低电压等级。此外，如果现有阀片特性测试电路一经确定，其提供的电压大小和电压频率均是不可调的，只能对单个阀片进行固定电压的测试，当需要对阀片进行多个电压的测试时，就必须要更改阀片特性测试电路，使得整个测试过程变得更为复杂。
如图2所示，基于上述实施例，本实施例提供了另一种避雷器高频特性的测试电路，电压发生装置11具体包括变频调压电源111和原边与变频调压电源连接的升压变压器112；
升压变压器112的副边与待测避雷器10连接。
在本实施例中，可以先通过变频调压电源111为测试电路提供高频的测试电压，然后利用升压变压器112提升测试电压的电压等级，达到为测试电路提供高频高电压等级的测试电压(频率在50Hz-3000Hz之间、电压等级在1KV-20KV之间的测试电压)。
上文对本发明提供的一种避雷器高频特性的测试电路进行了详细描述，本发明还提供了一种包括上述任一种避雷器高频特性的测试电路的避雷器高频特性的测试系统，由于该测试系统部分的实施例与测试电路部分的实施例相互照应，所以，避雷器高频特性的测试系统部分的实施例可以参考避雷器高频特性的测试电路部分的实施例的描述，对于相同的部分，下文不再赘述。
图3为本发明实施例提供的一种避雷器高频特性的测试系统的结构示意图。如图3所示，本实施例提供的避雷器高频特性的测试系统包括上述任一种避雷器高频特性的测试电路30，还包括设置有分析程序的上位机31；
上位机与采集装置14连接，用于当执行分析程序时实现如下步骤：
获取第一数字量信号和第二数字量信号；
分析第一数字量信号和第二数字量信号，并得到待测避雷器10的幅频特性和相频特性。
由于本实施例中提到的分析程序为现有技术，所以本发明对分析程序不再赘述。
本实施例提供的避雷器高频特性的测试系统包括上述任一种避雷器高频特性的测试电路，所以，本避雷器高频特性的测试系统具有同上述任一种避雷器高频特性的测试电路同样的有益效果，本发明不再赘述。
为了使本领域的技术人员更好的理解本发明提供的技术方案，下面以测试避雷器高频特性的整个过程为例进行纤细说明。
需要说明的是，本实施例中，以变频调压电源111和变比可调的升压变压器作为电压发生装置11，以高压差分探头作为电压测量装置12，以霍尔传感器作为电流测量装置13，以示波器作为采集装置14，采用基于MATLAB的分析程序。
则测试避雷器高频特性的整个过程包括以下步骤：
一、在将待测避雷器10接入测试电路30之后，打开变频调压电源111，使得变频调压电源111提供的高频测试电压传输至变比可调的升压变压器的原边；
二、高频测试电压在经升压变压器升压后，由变比可调的升压变压器的副边将高频且高电压等级的测试电压施加于待测避雷器10；
三、通过调节变频调压电源111的频率或升压变压器的变比或变频调压电源111的电压幅值改变测试电压的频率或幅值，即采用单一变量法为待测避雷器10提供不同频率不同幅值的测试电压；
四、高压差分探头与示波器配合工作以获取第一数字量信号并进行存储，霍尔传感器与示波器配合工作以获取第二数字量信号并进行存储；
五、上位机通过通讯线缆或可拆卸存储设备获取第一数字量信号和第二数字量信号，并调用基于MATLAB的分析程序，分析第一数字量信号和第二数字量信号，得到待测避雷器10在高次谐波下的幅频期曲线和相频曲线。
上文对本发明提供的一种避雷器高频特性的测试电路和系统进行了详细描述，本发明还提供了一种与任一种避雷器高频特性的测试系统对应的避雷器高频特性的测试方法，由于该测试方法统部分的实施例与测试系统部分的实施例相互照应，所以，避雷器高频特性的测试方法部分的实施例可以参考避雷器高频特性的测试系统部分的实施例的描述，对于相同的部分，下文不再赘述。
图4为本发明实施例提供的一种避雷器高频特性的测试方法的流程图。如图4所示，本实施例提供的避雷器高频特性的测试方法包括：
S40：将多个测试电压分别施加于待测避雷器；
S41：采集待测避雷器的两端电压和流经待测避雷器的电流，并将两端电压和电流分别转化为对应的数字量信号；
S42：调用预设分析程序对数字量信号进行分析，以得到待测避雷器的幅频特性和相频特性。
其中，数字量信号具体包括第一数字量信号和第二数字量信号，预设分析程序即为预先设置于上位机的分析程序。
应用本实施例提供的避雷器高频特性的测试方法，以整个待测避雷器10为测试对象，直接获得数字量信号，并依据数字量信号分析待测避雷器的幅频特性和相频特性，既可以避免以单个阀片为测试对象，也无需以得到单个阀片的特性为目的进行大量计算。因此，应用本测试方法，不仅可以克服由于构成待测避雷器的各阀片参数不尽相同而导致的测试结果可靠性较低的缺点，而且还可以减少在避雷器高频特性的测试过程中的计算量。
为了使本发明提供的测试方法更加灵活，基于上述实施例，作为一种优选的实施方式，在将两端电压和电流分别转化为对应的数字量信号之后，本测试方法还包括：
将数字量信号导出至可拆卸存储设备；
则对应的，调用预设分析程序对数字量信号进行分析具体为：
调用预设分析程序对从可拆卸存储设备中获取的数字量信号进行分析。
其中可拆卸存储设备即为可以供存储器，如U盘或硬盘等。另外，为了使技术人员可以更直观查看获取到的数字量信号，提升用户体验，所以，上位机在获取到数字量信号之后，优选将数字量信号存储为CSV文件。
以上对本发明所提供的一种避雷器高频特性的测试电路、系统及方法进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列的要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。