一种谐波测试系统的制作方法

本实用新型涉及谐波分析领域，更具体地，涉及一种谐波测试系统。

背景技术：

电容式电压互感器（Capacitor Voltage Transformer, CVT）广泛地应用于电力系统中，其主要作用在于监测电力母线和线路的电压情况。其实物图和结构原理图如图1.1所示，是供电压测量、功率测控、自动控制、继电保护并兼作电力线载波电容之用的电力设备，由于其冲击强度小、体积小、重量轻，在实际应用中又能可靠阻尼铁磁谐振和具备优良的瞬变响应特性的优点，逐渐取代电磁式电压互感器，是电网中一种必不可少的设备。

CVT主要通过电容分压的方式来获取母线或者线路的电压，然后通过电磁互感器将实际的母线或线路电压降压到最大100V/57.7V的二次侧。然后再由调度和继保等系统来获取此电压，再反推出母线或线路的实际电压。实际运行时，调度和继保等系统从CVT获取的电压只能用于监测母线或线路的运行情况，对CVT设备本身的状况并不关心，而如果CVT出现了故障会导致电压监测出现异常，可能对调度和继保系统造成误判。因此保证CVT健康运行对电力系统的稳定运行非常重要。

电网电能质量的检测一般都会从CVT二次端子引入。即使CVT本身处于正常运行状况，由于其本身复杂的杂散电容、补偿电抗器、中间变压器等机构会对电网电能的频率响应造成影响，即使电网出现了较高的谐波比例可能经过CVT以后就无法检测出来，影响了电能质量检测的灵敏度。另外，CVT的电磁机构包括电磁互感器、载波装置、放电间隙、谐振电路等，如果电磁机构出现了缺陷，会使得谐波比例增加。因此，如果没有一套针对CVT谐波的测试装置，无论是电能质量的正常测试还是CVT设备的故障诊断，都会导致诊断结果的不准确。

技术实现要素：

本实用新型克服了现有针对CVT谐波检测的缺陷，提供了一种新的谐波测试系统。本实用新型通过对三种信号进行比对，从而得到CVT设备内部的谐波产出情况。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种谐波测试系统，包括检定仪、第一三相变压器、第一录波仪、CVT设备、第二录波仪、分压电路、第三录波仪和第一微处理芯片，其中，

检定仪用于模拟各种电网故障信号的波形，检定仪的输出级与第一录波仪的输入级电连接；

第一录波仪的输出级与第一微处理芯片的第一输入级电连接；

检定仪的输出级与第一三相变压器的一次侧电连接；

第一三相变压器的二次侧与CVT设备的输入级电连接；

CVT设备的输出级与第二录波仪的输入级电连接；

第二录波仪的输出级与第一微处理芯片的第二输入级电连接；

第一三相变压器的二次侧与分压电路的输入级电连接；

分压电路的输出级与第三录波仪的输入级电连接；

第三录波仪的输出级与第一微处理芯片的第三输入级电连接。

本实用新型工作过程：

信号源由检定仪提供，并通过检定仪模拟各种可能的电网故障信号。然后由第一录波仪记录故障信号波形。另外再通过第一三相变压器将故障信号升至CVT设备的运行电压。然后升压后的故障信号一方面经过CVT设备，经过二次侧后录入第二录波仪。另一方面直接通过分压电路进入第三录波仪。最后通过第一微处理芯片将上述三路波形进行对比，得到关于CVT设备内部的谐波产出情况。

本实用新型的好处在于：当检定仪提供的电压直接通过第一录波仪后可以在此处记录信号源各种工况下本身产生的谐波，作为信号1；当故障信号通过升压后经过CVT设备输出，作为信号2；当故障信号通过升压后经过分压电路输出，作为信号3；上述三个信号中分别有不同的谐波成分。信号1的谐波直接来自信号源，可以通过此来判断信号源本身的谐波占比。信号2、3通过升压，而升压本身具有一定的削弱谐波的功能，所以信号3和信号1的对比可以判断升压削弱谐波的能力。而信号2通过了CVT内部的比较复杂的电磁机构，其内部可能增强或者削弱谐波成分，将之与信号1、3对比，则可以判断CVT设备正常情况下的谐波产出情况。可通过记录CVT设备正常情况下的谐波信息，作为诊断CVT内部电磁机构是否发生故障的参考信息。

在一种优选的方案中，分压电路是电容式分压电路。

本优选方案中，电容式分压电路不会产生谐波，因此不会增加故障信号里面的谐波信息，对比结果更精准。

在一种优选的方案中，电容式分压电路的输入级包括三个输入端，包括第一输入端、第二输入端和第三输入端；电容式分压电路的输出级包括三个输出端，包括第一输出端、第二输出端和第三输出端；电容式分压电路包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容，其中，

第一电容的一端作为电容式分压电路的第一输入端，第一电容的另一端与第二电容的一端电连接；

第二电容的另一端接地，第二电容的一端作为电容式分压电路的第一输出端；

第三电容的一端作为电容式分压电路的第二输入端，第三电容的另一端与第四电容的一端电连接；

第四电容的另一端接地，第四电容的一端作为电容式分压电路的第二输出端；

第五电容的一端作为电容式分压电路的第三输入端，第五电容的另一端与第六电容的一端电连接；

第六电容的另一端接地，第六电容的一端作为电容式分压电路的第二输出端。

在一种优选的方案中，检定仪包括第二微处理芯片、第二三相变压器、第一可调电阻、第二可调电阻、第三可调电阻、第四可调电阻、第一继电器和第二继电器，其中，

第一继电器同时控制三对开关，设为第一开关、第二开关和第三开关；

第二继电器控制一对开关，设为第四开关；

第二微处理芯片的第一输出端与第二三相变压器的第一相的一次侧电连接；

第二微处理芯片的第二输出端与第二三相变压器的第二相的一次侧电连接；

第二微处理芯片的第三输出端与第二三相变压器的第三相的一次侧电连接；

第二微处理芯片的第四输出端与第一继电器的控制侧电连接；

第二微处理芯片的第五输出端与第二继电器的控制侧电连接；

第二三相变压器的第一相的二次侧的一端与第一可调电阻的一端电连接；

第二三相变压器的第一相的二次侧的另一端与第一开关的一端电连接；

第一开关的另一端与第一可调电阻的另一端电连接；

第一可调电阻的控制端作为检定仪的第一输出端；

第二三相变压器的第二相的二次侧的一端与第二可调电阻的一端电连接；

第二三相变压器的第二相的二次侧的另一端与第二开关的一端电连接；

第二开关的另一端与第二可调电阻的另一端电连接；

第二可调电阻的控制端作为检定仪的第二输出端；

第二三相变压器的第三相的二次侧的一端与第三可调电阻的一端电连接；

第二三相变压器的第三相的二次侧的另一端与第三开关的一端电连接；

第三开关的另一端与第三可调电阻的另一端电连接；

第三可调电阻的控制端作为检定仪的第三输出端；

第二三相变压器的第三相的二次侧的一端与第四开关的一端电连接；

第四开关的另一端与第四可调电阻的一端电连接；

第四可调电阻的另一端与第二三相变压器的第一相的二次侧的另一端电连接；

可调电阻的另一端接地；

第四可调电阻的控制端作为检定仪的第四输出端。

本优选方案中，第二三相变压器的二次侧接入第一可调电阻、第二可调电阻、第三可调电阻，三个可变电阻可选择相同型号。上述三个可变电阻一边接变压器二次侧的相电位侧，另一端通过第一继电器的常开节点第一开关、第二开关和第三开关接到变压器的中性点。这三组接点可以来模拟三相电压突变，或者两相短路，三相接地等故障。而第四开关是第二继电器的常开接点用来模拟单相瞬时接地故障。第一继电器和第二继电器的线圈接到单片机的输出端和地，当该输出端输出高电平时，线圈动作，常开接点闭合。

要模拟电压瞬变，实现步骤如下：首先当电压处于三相正常状态时，第一继电器和第二继电器都不工作，调节第四可调电阻使连接到变压器中性点。当要模拟三相电压瞬变时，可先调节第一可调电阻、第二可调电阻、第三可调电阻的电阻值，使测到的电压为设定值。

模拟三相电压短路延时n毫秒后恢复：调节第一可调电阻、第二可调电阻、第三可调电阻接到中性点。单片机接到第一继电器的输出端输出n毫秒的脉冲。此时第一开关、第二开关和第三开关会闭合n个毫秒后断开。当闭合时测到的三相电压为0，断开后恢复正常状态。此时可检验是否可以监测到三相瞬时短路的情况。

模拟两相短路延时n毫秒后恢复：只需调节第一可调电阻、第二可调电阻、第三可调电阻，将任两相作为短路相将电阻调到最低，而另外一相作为正常相将对应的可调电阻调到最上即可，则此时非短路相的对地电压为正常电压，所以此法可模拟两相短路故障。其余瞬时恢复步骤与模拟三相电压短路相同。

模拟单相接地短路延时n毫秒后恢复：只需调节第四可调电阻，将第四可调电阻的控制端调到最上，其余瞬时恢复步骤与三相短路相同。

但需注意的是当为金属性接地时才使接地相电压为0，如果为高阻接地，只需调节相应的可调电阻使该相电压降低一定幅值即可。

模拟中性点突变n毫秒恢复，只需调节第四可调电阻，其余瞬时恢复步骤与三相短路相同，即可检测中性点电压突变。

在一种优选的方案中，第二微处理芯片是MSP430F149。

本优选方案中，MSP430F149的主频为8MHZ，可根据时钟主频，编写延时函数，（延时可精确到0.125微秒）来获得频率为50Hz，相位差为120度的三相对称信号。同时MSP430F149内置有DA数模转换模块，结合编程，MSP430F149可以将三相数字方波信号转换为模拟的正弦波信号输出。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

本实用新型通过模拟各种故障信号，然后故障信号通过三种不同的路径得到三种不同信号，对三种不同信号进行比对，从而得到CVT设备内部的谐波产出情况。

附图说明

图1为实施例的模块图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，一种谐波测试系统，包括检定仪、第一三相变压器、第一录波仪、CVT设备、第二录波仪、电容式分压电路、第三录波仪和增强型STM32芯片，其中，

检定仪的输出级与第一录波仪的输入级电连接；

第一录波仪的输出级与增强型STM32芯片的第一输入级电连接；

检定仪的输出级与第一三相变压器的一次侧电连接；

第一三相变压器的二次侧与CVT设备的输入级电连接；

CVT设备的输出级与第二录波仪的输入级电连接；

第二录波仪的输出级与增强型STM32芯片的第二输入级电连接；

第一三相变压器的二次侧与电容式分压电路的输入级电连接；

电容式分压电路的输出级与第三录波仪的输入级电连接；

第三录波仪的输出级与增强型STM32芯片的第三输入级电连接。

其中，电容式分压电路的输入级包括三个输入端，包括第一输入端、第二输入端和第三输入端；电容分压电路的输出级包括三个输出端，包括第一输出端、第二输出端和第三输出端；电容分压电路包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容，其中，

第一电容的一端作为电容分压电路的第一输入端，第一电容的另一端与第二电容的一端电连接；

第二电容的另一端接地，第二电容的一端作为电容式分压电路的第一输出端；

第三电容的一端作为电容式分压电路的第二输入端，第三电容的另一端与第四电容的一端电连接；

第四电容的另一端接地，第四电容的一端作为电容式分压电路的第二输出端；

第五电容的一端作为电容式分压电路的第三输入端，第五电容的另一端与第六电容的一端电连接；

第六电容的另一端接地，第六电容的一端作为电容式分压电路的第二输出端。

其中，检定仪包括MSP430F149、第二三相变压器、第一可调电阻、第二可调电阻、第三可调电阻、第四可调电阻、第一继电器和第二继电器，其中，

第一继电器同时控制三对开关，设为第一开关、第二开关和第三开关；

第二继电器控制一对开关，设为第四开关；

MSP430F149的第一输出端与第二三相变压器的第一相的一次侧电连接；

MSP430F149的第二输出端与第二三相变压器的第二相的一次侧电连接；

MSP430F149的第三输出端与第二三相变压器的第三相的一次侧电连接；

MSP430F149的第四输出端与第一继电器的控制侧电连接；

MSP430F149的第五输出端与第二继电器的控制侧电连接；

第二三相变压器的第一相的二次侧的一端与第一可调电阻的一端电连接；

第二三相变压器的第一相的二次侧的另一端与第一开关的一端电连接；

第一开关的另一端与第一可调电阻的另一端电连接；

第一可调电阻的控制端作为检定仪的第一输出端；

第二三相变压器的第二相的二次侧的一端与第二可调电阻的一端电连接；

第二三相变压器的第二相的二次侧的另一端与第二开关的一端电连接；

第二开关的另一端与第二可调电阻的另一端电连接；

第二可调电阻的控制端作为检定仪的第二输出端；

第二三相变压器的第三相的二次侧的一端与第三可调电阻的一端电连接；

第二三相变压器的第三相的二次侧的另一端与第三开关的一端电连接；

第三开关的另一端与第三可调电阻的另一端电连接；

第三可调电阻的控制端作为检定仪的第三输出端；

第二三相变压器的第三相的二次侧的一端与第四开关的一端电连接；

第四开关的另一端与第四可调电阻的一端电连接；

第四可调电阻的另一端与第二三相变压器的第一相的二次侧的另一端电连接；

第四可调电阻的另一端接地；

第四可调电阻的控制端作为检定仪的第四输出端。

本实施例工作过程：

信号源由检定仪提供，并通过检定仪模拟各种可能的电网故障信号。然后由第一录波仪记录故障信号波形。另外再通过第一三相变压器将故障信号升至CVT设备的运行电压。然后升压后的故障信号一方面经过CVT设备，经过二次侧后录入第二录波仪。另一方面直接通过分压电路进入第三录波仪。最后通过增强型STM32芯片将上述三路波形进行对比，得到关于CVT设备内部的谐波产出情况。

本实施例还可以增加2G/4G通信模块、定位模块和LCD显示屏，数据存储器等，增加装置提供更全面的功能。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。