一種氧化鋅避雷器測試儀校準裝置的製作方法
2023-04-23 04:35:11 1
本實用新型涉及裝置校準領域，尤其涉及一種氧化鋅避雷器測試儀校準裝置。
背景技術：
氧化鋅避雷器(MOA)利用氧化鋅的非線性特性進行開斷電流，是電力系統中使用廣泛的一次過電壓保護設備。作用於MOA的電壓不同，將會引起MOA中的氧化鋅閥片性質發生劇烈變化。在雷電電壓作用下，閥片呈現低阻狀態，且電壓消失後，可恢復為高阻態。正常工作電壓下，MOA處於高阻狀態但會有電流流過閥片。由於長期在大電壓等級以及戶外的環境下(使其內部受潮、表面汙穢、熱擊穿等影響)運行，避雷器的工作性能會出現變化，並且極易發生損壞。而避雷器發生故障的後果非常嚴重，不僅會喪失保護設備及線路的基本功能，甚至還會造成電力系統過壓事故。為保證MOA正常運行，必須對其進行定期檢測。在正常情況下，氧化鋅避雷器等效於一個電阻和一個電容並聯，氧化鋅避雷器在施加工頻交流電壓時，產生洩露電流(全電流)，該電流含有容性成分和阻性成分(即容性電流和阻性電流)，阻性電流約佔全電流的10％～20％；由於高壓線路(6KV以上線路)的供電電壓失真度很小，容性電流和阻性電流的三次諧波很小(小於5％)。當氧化鋅避雷器內部受潮或有汙漬時，其等效電路相當於在原等效電路旁多並聯了一個線性電阻，全電流會明顯增大，而三次諧波電流變化很小。當避雷器老化後，避雷器的耐壓值降低，在線路額定電壓下，基波阻性電流增大；同時，避雷器的等效電阻進入非線性區，從而產生高次阻性電流諧波，其中三次阻性電流諧波增大幅度最明顯。因此，測試全電流和三次諧波電流的變化情況，就可以及時判斷氧化鋅避雷器的工作狀況。
現有的MOA校準儀的校準方法主要是通過標準信號發生器法和RC阻容網絡法，而現有的RC阻容網絡法如圖2所示，其中C為可調電容箱，R為可調電阻箱，PV為測量參比電壓的交流電壓表，PA3為測量全電流的交流電流表，PA2為測量阻性電流的交流電流表，PA1為測量容性電流的交流電流表。
而現有技術有一定缺陷，就是由自偶式調壓器、交流電壓表、交流電流表、交流電阻箱和交流電容箱等部件組成的非一體化設計難以模擬氧化鋅避雷器非線性特性所產生的三次諧波阻性電流，而三次諧波阻性電流是反應氧化鋅避雷器絕緣的一項重要參數，所以使得校驗結果的參考性較低。
技術實現要素：
本實用新型實施例公開了一種氧化鋅避雷器測試儀校準裝置，通過微處理器CPU控制數位訊號發生器產生數位訊號，然後經過採樣模塊的D/A將數位訊號轉化成穩定的正弦波電壓信號和電流信號並提供過輸出反饋模塊輸出，並通過輸出反饋模塊將輸出的穩定的正弦波電壓信號和電流信號反饋到採樣模塊的A/D，然後將正弦波電壓信號和電流信號轉換成數位訊號傳遞給數位訊號發生器FPGA，從而調節並精確產生所需的任何電壓信號和電流信號，解決了現有技術難以模擬氧化鋅避雷器非線性特性所產生的三次諧波阻性電流造成的校驗結果參考性較低的技術問題。
本實用新型實施例提供了一種氧化鋅避雷器測試儀校準裝置，包括：微處理器CPU、數位訊號發生器FPGA、採樣模塊、輸出反饋模塊；
所述微處理器CPU用於與外部設備通信，同時進行數據顯示、相應按鍵操作，並且與所述數位訊號發生器FPGA協議約定，控制所述數位訊號發生器FPGA進行數位訊號處理；
所述數位訊號發生器FPGA與所述微處理器CPU通信連接，用於產生離散的數位訊號並控制採樣模塊的A/D、D/A進行模數、數模轉換，同時用於對輸出信號進行幅值和相位調節以及對信號進行頻譜分析，在信號發生時用於疊加反向諧波信號抵消由於硬體電路引入的噪聲及高次諧波，降低波形的失真度；
所述採樣模塊包括A/D和D/A，用於模數和數模轉換，其中A/D用於將所述輸出反饋模塊傳遞來的電壓、電流信號轉換為離散的數位訊號供所述數位訊號發生器FPGA處理，D/A用於將離散的數位訊號轉換成穩定的正弦波電壓信號和電流信號，並且A/D和D/A的解析度與所述數位訊號發生器FPGA的採樣頻率匹配；
所述輸出反饋模塊用於輸出穩定的正弦交流信號和參比電壓信號並將穩定的正弦交流信號和參比電壓信號反饋至所述採樣模塊的A/D。
從以上技術方案可以看出，本實用新型實施例具有以下優點：
1、通過微處理器CPU控制數位訊號發生器產生數位訊號，然後經過採樣模塊的D/A將數位訊號轉化成穩定的正弦波電壓信號和電流信號並提供過輸出反饋模塊輸出，並通過輸出反饋模塊將輸出的穩定的正弦波電壓信號和電流信號反饋到採樣模塊的A/D，然後將正弦波電壓信號和電流信號轉換成數位訊號傳遞給高性能可編程的數位訊號發生器FPGA，從而通過數位訊號發生器FPGA對輸出信號進行幅值和相位調節等，進而可以精確產生所需的任何電壓信號和電流信號，解決了現有技術難以模擬氧化鋅避雷器非線性特性所產生的三次諧波阻性電流造成的校驗結果參考性較低的技術問題，同時可以完全模擬氧化鋅避雷器的工作狀況。
2、本實用新型實施例提供的氧化鋅避雷器測試儀校準裝置體積小、重量輕，便於攜帶，且連線簡單、操作便捷，可同時適用於現場和實驗室檢測。
附圖說明
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。
圖1為本實用新型實施例中提供的一種氧化鋅避雷器測試儀校準裝置的結構示意圖；
圖2為現有技術中的RC阻容網絡法。
具體實施方式
本實用新型實施例公開了一種氧化鋅避雷器測試儀校準裝置，通過微處理器CPU控制數位訊號發生器產生數位訊號，然後經過採樣模塊的D/A將數位訊號轉化成穩定的正弦波電壓信號和電流信號並提供過輸出反饋模塊輸出，並通過輸出反饋模塊將輸出的穩定的正弦波電壓信號和電流信號反饋到採樣模塊的A/D，然後將正弦波電壓信號和電流信號轉換成數位訊號傳遞給數位訊號發生器FPGA，從而調節並精確產生所需的任何電壓信號和電流信號，解決了現有技術難以模擬氧化鋅避雷器非線性特性所產生的三次諧波阻性電流造成的校驗結果參考性較低的技術問題。
請參閱圖1，本實用新型實施例中提供的一種氧化鋅避雷器測試儀校準裝置的一個實施例包括：
微處理器CPU1、數位訊號發生器FPGA2、採樣模塊3、輸出反饋模塊4；
微處理器CPU1用於與外部設備通信，同時進行數據顯示、相應按鍵操作，並且與數位訊號發生器FPGA2協議約定，控制數位訊號發生器FPGA2進行數位訊號處理；
數位訊號發生器FPGA2與微處理器CPU1通過SPI通信連接，用於產生離散的數位訊號並控制採樣模塊3的A/D、D/A進行模數、數模轉換，同時用於對輸出信號進行幅值和相位調節以及對信號進行頻譜分析，在信號發生時用於疊加反向諧波信號抵消由於硬體電路引入的噪聲及高次諧波，降低波形的失真度；
採樣模塊3包括A/D和D/A，用於模數和數模轉換，其中A/D用於將輸出反饋模塊傳遞來的電壓、電流信號轉換為離散的數位訊號供數位訊號發生器FPGA2處理，D/A用於將離散的數位訊號轉換成穩定的正弦波電壓信號和電流信號，並且A/D和D/A的解析度與數位訊號發生器FPGA2的採樣頻率匹配；
輸出反饋模塊4用於輸出穩定的正弦交流信號和參比電壓信號並將穩定的正弦交流信號和參比電壓信號反饋至採樣模塊3的A/D，從而形成穩定的閉環反饋控制電路。
上面是對一種氧化鋅避雷器測試儀校準裝置的結構和連接方式進行的詳細說明，為便於理解，下面將以一具體應用場景對一種氧化鋅避雷器測試儀校準裝置的應用進行說明，應用例包括：
通過微處理器CPU1控制數位訊號發生器FPGA2產生數位訊號，然後經過採樣模塊3的D/A將數位訊號轉化成由阻性基波電流、阻性三次諧波電流和容性基波電流三部分合成的全電流正弦波和f＝50Hz的電壓正弦波，即u＝UP sinωt，i＝IpR1 sinωt+IpR3 sin(3ωt+π)+IpC1 sin(ωt+π/2)，其中u為參比電壓，Up為參比電壓峰值，ω為基波角頻率，ω＝2πf，i為全電流，IpR1為阻性基波電流峰值，IpR3為阻性三次諧波電流峰值，IpC1為容性基波電流峰值，輸出反饋模塊4將輸出的穩定的正弦波電壓信號和電流信號反饋到採樣模塊3的A/D，然後將正弦波電壓信號和電流信號轉換成數位訊號傳遞給高性能可編程的數位訊號發生器FPGA2，並通過數位訊號發生器FPGA2對輸出信號的幅值和相位等進行調節，最終產生與氧化鋅避雷器測試儀的測量功能相對應的全電流，模擬氧化鋅避雷器的各種工作狀況，通過將氧化鋅避雷器測試儀測量的電流結果與氧化鋅避雷器測試儀校準裝置產生的全電流對比從而對氧化鋅避雷器測試儀的多個參數進行校準。
本實用新型實施例提供的氧化鋅避雷器測試儀校準裝置可以進行阻性電流測量誤差試驗、全電流測量誤差試驗、容性電流測量誤差試驗、參比電壓測量誤差試驗、有功功率測量誤差試驗和參比電壓波形畸變對測量誤差影響試驗，實現對氧化鋅避雷器測試儀在工頻電壓下的頻率、全電流、基波阻性電流、基波容性電流、三次諧波電流、有功功率及電壓等量值的有效校準。
以上對本實用新型所提供的一種氧化鋅避雷器測試儀校準裝置進行了詳細介紹，對於本領域的一般技術人員，依據本實用新型實施例的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。