专利名称：电力变压器有载分接开关综合测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电参数测试仪器，特别是变压器有载分接开关参数的综合测试仪。
有载分接开关是与变压器高压回路连接的唯一运动部件，其故障率较高。根据1990年的统计，有载分接开关的故障发生次数占变压器故障总次数23.2％，且随着有载调压变压器台数的增多和运行年份的增长，故障率呈上升趋势，因此对有载分接开关的检查试验越来越引起重视。在电力设备预防性试验规程中要求检查有载分接开关的动作顺序、动作角度，测量切换时间。但目前国内外尚无比较完善的测量仪器，过去曾采用万用表测量和刻度盘测量分离角，用示波器测取过渡时间波形，但测量精度差，测试方法落后，费事费时，测试很麻烦。
本实用新型的目的在于提供一种电力变压器有载分接开关综合测试仪，以便解决目前采用普通检测手段和示波器测试既缺乏精确度，又很麻烦等方面的问题，并填补这方面的空白。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的一种电力变压器有载分接开关综合测试仪，它的仪器机箱前面板上装有动作指示灯、辅选择键、主选择键、功能键、执行键、复位键、移动键，并装有零位调节钮，机箱侧面设有外部接口，在仪器机箱(22)的前面板上还装有打印机(1)和显示器(2)，在仪器机箱(22)内部装有微处理机板(20)、模拟信号处理板1(18)、模拟信号处理板2(19)，以及系统电源(15)、测量电源(14)和保护板(13)，其中，模拟信号处理板1(18)上具有主测量电路，并设有一个专门用来测量角度的CPU；在仪器机箱(22)的外部接口(12)上还插接有一个角度传感器(23)，在仪器机箱(22)的另一侧装有RS-232接口。测量电源(14)具有三个独立的恒流源和三个独立的恒压源，并且有一个用来测量接触电阻的恒流源。所说的三个独立的恒流源为0.2A，40V，所说的三个独立的恒压源为10V，5A，所说的用来测量接触电阻的恒流源为10A。所说的模拟信号处理板1(18)上的主测量电路包括在线测量电路和非在线测量电路。所说的在线测量电路，以A相为例是将仪器的X1、X2接到被测变压器(T)高压套管的A相，仪器地与被测变压器中性点(O)连接，测量电源(14)输出的0.2A，40V电源接到限流电阻R13，R13与JA1连接，接到JA2的常闭点，将恒流电源接到被测变压器(T)高压绕组A端，在被测变压器(T)的内部经绕组接到被测有载分接开关(K)上；信号经WV和R20并通过R6连接到运放IC3A接成的跟随器的正输入端；IC3A的输出端与微处理机板(20)相接。所说的非在线测量电路是将仪器的X1，X2接到被测有载分接开关(K)的X1，X2上，仪器地与被测变器中性点(O)连接，继电器JA2的常开点接测量电源)(14)的10V，5A恒压源，被测有载分接开关(K)切换过程中的电流变化经取样电阻PR1，和与PR1并联的WI，R21连接到R14上，R14的另一端接到运放IC1A的正输入端，IC1A接成跟随器方式，IC1A的输出端与微处理机板(20)相接。
本实用新型具有以下突出的优点和效果该仪器的研制成功，解块了目前电力变压器有载分接开关测量方法落后，没有专用测量手段的问题，在电力设备预防性试验中及时诊断出有载分接开关潜在的故障，对提高电力系统运行的可靠性具有重要意义。
1、综合测量能力在一台仪器内实现对有载分接开关的各种参数的测量，过渡时间、过渡波形、过渡电阻、三相同期性、分离角、接触电阻等。
2、测量结果分析仪器自动将开关切换过渡过程的数据存入内存。用户可根据需要在仪器的大屏幕图形液晶显示器上重现波形，分析切换过渡过程中，每个瞬间三相开关各种参数的变化情况。
3、具有两套独立的测量电路由于有载分接开关的带绕组测量和不带绕组测量具有很大差别，为保证测量精度，而采用了两套不同的测试线路。
4、外部数据通讯可将所有测试结果，通过RS-232通讯接口，送入主计算机，利用我们提供的软件或自主开发的软件对测试数据进行分析或存档。
5、高速打印输出仪器上配有一台微型高速打印机，几秒钟内即可打印出所有测试数据和曲线。
6、仪器内设有冲击、过压保护电路所有外部引线均经过保护系统送入测量电路，这样可防止由于大电感的瞬间放电或接线错误而损坏仪器。
7、结构紧凑、便于携带仪器的体积只有长410mm，宽280mm，高460mm，重11kg，适合单人携带，现场测量。
附图的图面说明如下
图1为本实用新型的结构图图2为本实用新型的电路原理框图图3为被测开关原理图图4为主测量电路图请参阅图1，本实用新型的仪器机箱22前面板上设有打印机1，显示器2、功能指示3、多个辅选择键4、主选择健10和功能键5，并有零位调节钮6、移动键7、执行键8、复位键9和电源开关11。机箱22侧面设有外部接口12，内部有保护板13、测量电源14、系统电源15、风扇16、RS-232接口17，并有模拟信号板18、19微处理机板20和机笼21。上述备部件的连接关系见图2的框图。下面结合测量原理将结构特点和测量电路以及技术数据作进一步说明测量原理本仪器主要用于测量电力变压器有载分接开关各项电气性能参数。由于这种开关动作速度快、切换电流大、工作电压高。对切换过渡电阻、触头接触电阻、过渡时间、过渡波形及三相同期性都有较高要求。整个开关一般装在充满油的密闭壳体内。给直接测量带来困难。被测开关的原理图见图3。图中T为变压器本体，K为有载分接开关。为测量上述参数，需要在有载分接开关上加信号源。由于变压器绕组是一个非常大的电感(几百亨)，且有直流电阻，因此，带绕阻(与变压器本体连接)与不带绕阻(脱离变压器本体仅测开关)测量，对信号源及测量方法的要求有很大区别。对此我们采用了两套独立的测量信号源和检测电路。带绕阻测量时，由测量电源14提供的三个独立的恒流源0.2A，40V，分别接到变压器高压出线端A、B、C上。中性点O与模拟地连接。三个独立的检测电路分别接入变压器高压出线端。待系统稳定后，开关动作时，通过采集变压器高压出线端A、B、C三点随时间的电位变化而测得分接开关动作参数。
不带绕阻测量时，由于没有大电感和绕组直流电阻的影响，为保证较高的测量精度和真实的过渡波形，我们采用大电流、电压源(10V，5A)，通过检测回路电流的变化，得到开关的各种参数。由测量电源14提供的三个独立的电压源经限流电阻分别接入有载分接开关的6个引出线上(X1，X2)，(Y1，Y2)，(Z1，Z2)。开关切换动作时，通过采集三个独立回路的电流随时间的变化，而测得分接开关的动作参数。
分离角的测量是将信号源分别加入有载分接开关的引出线(X1，X2)，(Y1，Y2)，(Z1，Z2)端上。在有载分接开关主传动轴上放置角度传感器23，开关动作时记录(X1，X2)，(Y1，Y2)，(Z1，Z2)各点电位变化时刻的角度值，而得到有载分接开关A、B、C三相的选择开关断开、闭合、切换开关切换的角度值。
有载分接开关触头接触电阻测量是通过在开关动、静触头两端(X1，X2)，(Y1，Y2)，(Z1，Z2)和O之间加入10A恒流源，并检测此两端的电位，由微处理计算出接触电阻。
在我们研制的仪器中，上述各种测量功能及数据处理、计算、存贮、显示、打印、参数修正都由仪器内的微处理机系统完成。仪器原理框图见图1。
结构特点整个仪器由一系列的单元模块组成，各电路板之间用统一的可扩充总线互联。微处理机板、模拟信号处理板和扩充板装在一个屏蔽的机笼内。图1、2分别是仪器的结构框图和原理框图。为提高抗震性，仪器采用双层机箱结构。结构框图中没有画出外层机箱。各单元模块、固定在内机箱上。外机箱是一个适合野外作业的铝合金箱体。内外机箱之间用8mm厚的软防震材料隔离，并固定。使其具有良好的抗震性能。仪器的各单元模块功能如下1、打印机这是一个TPμP-AF-40型高速面板式打印机，通过并行口与微处理机板20联接，用于输出测量结果或打印曲线、图形。
2、显示器240×128点大屏幕图形液晶显示器，控制器是T6963C，通过专用并行口与微处理机板20联接，用于显示仪器的功能菜单、测量结果、参数设置、故障指示、波形曲线等。并实现人机交互。
3、动作指示由6个LED指示灯，分三组接在模拟信号处理板1上。用于指示有载分接开关选择开关动作情况。
4、辅选择键共4个键，仪器根据不同的测量目的，在显示下方显示相应的操作功能，用户根据需要按动选择键，进行相应的操作。
5、功能键在辅选择键的下方有4个功能键，分别是菜单、恢复、选择、确认。当仪器进行某种特定参数的测量时，用户可随时将操作菜单弹出，对测试结果进行处理或分析。
6、零位调节钮有载开关在线测量(带绕阻测量)时，由于被测开关所接变压器绕阻电感和直流电阻的存在，会影响测量的准确性，测量时，系统稳定后通过调节此钮，使被测量初值为零。
7、移动键由4个键组成，用于参数设置、修改、波形分析时的标线移动和图形移动。
8、执行键用于起动仪器，开始测量，在测量过渡波形、分离角等参数时，按此键，仪器进入测量状态。
9、复位键仪器复位到初始状态。
10、主选择键4个键，每一个键对应一个主测量功能，仪器开机后，按动相应的键进行选择。如带绕阻测量，不带绕组测量，测量接触电阻等。
11、电源开关仪器的主电源开关，220V双联开关控制。
12、外部接口所有测量及电源都通过此口引入仪器内部，它由多个专用插座及接线柱组成。
13、保护板为防止外部高压进入仪器，特别是在带绕阻测量时，由于变压器绕组是一个很大的电感，很容易产生高压，使仪器损坏。为此我们采用特殊的保护电路，使仪器能耐受几万伏的高压，而不损坏。所有外部进线都通过保护板送入仪器内部。
14、测量电源这是一个多路输出的线性电源，在测量原理中我们提到了为实现带绕组测量须使用电流源，而不带绕组测量时为提高测量精度，须使用电压源。为减少三相之间的交叉干扰，我们采用了三个独立的电流源(0.2A，40V)和三个独立的电压源(10V，5A)。另一路是用来测量接触电阻的(10A，6V)恒流源。采用多路独立的测量电源不但可实现有载分接开关参数的单相测量，而且使测量精度大大提高，这是此仪器的主要特点之一。
15、系统电源为仪器内的各种电子线路及打印、显示设备提供电源。这是一个小功率开关电源，有+5V、+12V、-12V输出。
16、风扇仪器散热用，12V直流风扇。
17、RS-232接口数据通讯及仪器控制接口，这是一个D型9针连接插座。通过此口与计算机或测试系统连接，可实现数据通讯或同步测量。将测试结果数据送入计算机进行分析、存档。
18、模拟信号处理板1此板在微处理机板20的控制下，根据不同的测量目的，向被测试开关施加信号源，同时将检测信号经处理后送回微处理机板20。此板是我们这台仪器的关键部件，实际电路在测量电路部分详细说明。为实现角度和过渡波形的同时测量，板上设有一个专用来测量角度的CPU(89C2051)。其它电子元件包括LM324，74LS04，MC1416，74HC4060，74LS123，74LS14，74LS00，TLP521-4，继电器、电阻、电容、稳压器、可调电阻等。
19、模拟信号处理板2此板主要用于测量有载分接开关触头接触电阻。在微处理机板20的控制下，向被测试开关施加10A恒流信号源。检测结果经放大，高精度A/D转换后，由本板CPU进行误差校正，将测试结果送回微处理机板20。此板的主要部件是运放7650，18位A/D-MAX132和CPU-89C51等。
20、微处理机板这是此仪器的功能控制及管理中心，它负责接受用户操作，向各功能板发送指令，接收各功能板的测试结果。对测试数据进行分析、显示、打印、存贮或传送等。。此板主要由8098CPU，27256ROM，62256RAM、DS12887时钟、8255接口等芯片组成。
21、机笼为使仪器扩充灵活、维修方便，仪器功能板之间采用总线连接，用工业标准96针插座将总线板与各功能板联接，总线板在机笼的底部。使用机笼，将各功能板封在内部，提高了抗干扰能力和机械强度。
22、仪器机箱仪器的内层机箱。它采用铝合金框架结构。各单元模块都固定在机箱的底层衬板上、表面喷塑处理。
23、角度传感器角度传感器是一个由旋转脉冲编码器和机械结构组成的专用部件。测量时接在仪器的专用外部接口上，并将传感器卡在被测开关的主传动轴上。
在仪器面板上除打印机和大屏幕图形液晶显示器外，所有按键全部采用轻触键，这些键分成两类，一类是定义键，在键上标有文字或符号。另一类是无定义键，这些键的意义显示在液晶屏上。根据不同的功能，有不同的含义，大大减少了面板上按键的数量。选择开关动作操作指示，采用形象的绕组图形，使用户一目了然。液晶对比度，一般不需要调整，放大仪器内部，通过螺丝刀，在面板的小孔内调节。电源开关放在右上角，并有指示灯。
仪器的所有引出线放在右侧，数据接口放在左侧，野外现场作业时，可以直接使用。操作非常简单。
三、测量电路在测量原理部分叙述了有载分接开关在线测量与非在线测量的重要区别，在我们的仪器中同时实现了这两种测量方法，这里的关键是模拟信号处理板1。图4是其中的A相原理图，B、C相与此相同。在线测量时(带绕组测量)，将仪器的X1，X2接到变压器高压套管的A相。仪器地与变压器中性点O连接。测量时，继电器JA1闭合，测量电源14提供的恒流源IA+(02A，40V)经限流电阻R13→JA1→JA2的常闭点接到被测变压器高压绕组A端，在被测变压器内部经绕组加到被测有载分接开关上。取出的信号经WV和R20分压后，通过R6送入由运放IC3A接成的跟随器的正输入端。待被测变压器绕组电感过渡过程完成后，通过调节电位器WB使跟随器IC3A的输出AV为零。有载开关切换动作时，AV的输出反映了开关的动作过程。微处理机板20以8千次/秒的速度将此信号转换成数字信号记录下来。供分折、计算用。本电路的特点是采用恒流源供电，而采用衰减电路取得电压信号，并经跟随器隔离后取得测量信号AV。非在线测量时(不带绕线测量)，将仪器的X1，X2接到被测开关的X1，X2上。仪器地与变压器中性点O连接。测量时，继电器JA2闭合，测量电源提供的恒压源(10V，5A)，的VA经继电器加到被测开关的X1，X2上。VA+经限流电阻PR2，取样电阻PR1、仪器地接到被测开关的中性点O上。被测开关切换过程中电流的变化经取样电阻PR1取出后由WI、R21分压，通过R14送入跟随器IC1A的正端输入端。输出信号AI反映了开关动作过程中触头的接触情况。微处理机板14以8千次/秒的速度将此信号转换成数字信号记录下来。供分析、计算用。本电路的特别是采用恒压源供电，而经过电流取样电阻取得电流信号，经衰减，隔离后得到测量信号AI。AI的另一路送入一个带有回滞的比较器IC2A的负输入端。用于测量切换开关动作角度。
被测有载分接开关的选择开关动作信号由X1，X2取出后经JA1，JA2的常闭接点DZ1，DZ2、R4、R5送入光耦T1A，T1B，输出信号X11，X12用于测量选择开关动作角度。
模拟信号处理板1是该仪器的关键部件。它采用了两种不同的测量方法(电压测量和电流测量法)，而实现的对有载分接开关，带绕组和不带绕组的测量，为提高测量精度，而采用了强信号源，衰减检出信号的方法。比采用弱信号源、放大输出信号的方法抗干扰能力强、失真小。
四、技术数据1、型号3168C2、带绕组测量信号源三路独立恒流源、每路0.2A/40V 1％取样方式 电压取样过渡电阻测量范围 0-50Ω测量误差 ±1％采样频率 8KHZ记录过渡波形时间 0-120ms测量同期性误差0.1ms3、不带绕组测量信号源三路独立恒压源、每路10V/5A 1％取样方式电流取样过渡电阻测量范围 0-1kΩ测量误差 ±1％采样频率 8KHZ记录过渡波形时间 0-120ms测量同期性误差0.1ms分离角测量误差±14、触头接触电阻测量信号源10A恒流源接触电阻测量范围 0-1Ω测量分辩率1μΩ电源 交流220V 50HZ耗电 ＜500W5、外部接口标准通讯 RS-232C 2400，n，8，1并行接口 8位标准打印机并行接口6、外形尺寸 长410mm，宽260mm，高460mm。7、重量 ≤11kg8、工作环境操作温度 0-40℃相对湿度 ＜85％
权利要求1.一种电力变压器有载分接开关综合测试仪，它的仪器机箱前面板上装有动作指示灯、辅选择键、主选择键、功能键、执行键、复位键、移动键，并装有零位调节钮，机箱侧面设有外部接口，其特征在于在仪器机箱(22)的前面板上还装有打印机(1)和显示器(2)，在仪器机箱(22)内部装有微处理机板(20)、模拟信号处理板1(18)、模拟信号处理板2(19)，以及系统电源(15)、测量电源(14)和保护板(13)，其中，模拟信号处理板1(18)上具有主测量电路，并设有一个专门用来测量角度的CPU；在仪器机箱(22)的外部接口(12)上还插接有一个角度传感器(23)，在仪器机箱(22)的另一侧装有RS-232接口。
2.根据权利要求1所述的电力变压器有载分接开关综合测试仪，其特征在于测量电源(14)具有三个独立的恒流源和三个独立的恒压源，并且有一个用来测量接触电阻的恒流源。
3.根据权利要求1或2所述的电力变压器有载分接开关综合测试仪，其特征在于所说的三个独立的恒流源为0.2A，40V，所说的三个独立的恒压源为10V，5A，所说的用来测量接触电阻的恒流源为10A。
4.根据权利要求1所述的电力变压器有载接开关综合测试仪，其特征在于所说的模拟信号处理板1(18)上的主测量电路包括在线测量电路和非在线测量电路。
5.根据权利要求1或4所述的电力变压器有载接开关综合测试仪，其特征在于所说的在线测量电路，以A相为例是将仪器的X1、X2接到被测变压器(T)高压套管的A相，仪器地与被测变压器中性点(O)连接，测量电源(14)输出的0.2A，40V电源接到限流电阻R13，R13与JA1连接，接到JA2的常闭点，将恒流电源接到被测变压器(T)高压绕组A端，在被测变压器(T)的内部经绕组接到被测有载分接开关(K)上；信号经WV和R20并通过R6连接到运放IC3A接成的跟随器的正输入端；IC3A的输出端与微处理机板(20)相接。
6.根据权利要求1或4所述的电力变压器有载接开关综合测试仪，其特征在于所说的非在线测量电路是将仪器的X1，X2接到被测有载分接开关(K)的X1，X2上，仪器地与被测变器中性点(O)连接，继电器JA2的常开点接测量电源(14)的10V，5A恒压源，被测有载分接开关(K)切换过程中的电流变化经取样电阻PR1，和与PR1并联的WI，R21连接到R14上，R14的另一端接到运放IC1A的正输入端，IC1A接成跟随器方式，IC1A的输出端与微处理机板(20)相接。
专利摘要一种电力变压器有载分接开关综合测试仪,它的机箱面板上装有显示器、打印机和各种按键,在机箱内部装有模拟信号处理板、微处理机板、系统电源、测量电源和保护板,在机箱的外部接口上还插接一个角度传感器。该仪器采用计算机控制,通过特殊设计的测量电路,可实现对有载分接开关的过渡时间、过渡波形、过渡电阻、三相同期性、分离角和接触电阻等参数的自动测量,并可在线测量(在变压器三相套管上直接接线测量)出有载分接开关的过渡波形,过渡时间、过渡电阻和三相同期性。测试数据在仪器内自动分析或通过RS－232接口送入微机,进行综合分析。
文档编号G01R29/00GK2279615SQ9621897
公开日1998年4月22日 申请日期1996年9月13日 优先权日1996年9月13日
发明者何平, 李建 申请人:张正平