一種三相電容分壓測量裝置及測量方法
2023-11-09 04:30:57
一種三相電容分壓測量裝置及測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種三相電容分壓測量裝置及測量方法，該裝置與變壓設備的高壓側連接，包括第一分壓臂、第二分壓臂，測量主機，其中測量主機包括：第一電阻、第二電阻、檔位切換放大裝置、濾波裝置、控制單元，控制單元還包括一個數模轉換器；顯示裝置，包括一顯示器，以及一鍵盤。本發明的有益效果在於專門為採用無中性點輸出配電變壓器感應耐壓試驗設計，採用標準電容器，輸入阻抗高，電容量穩定；本裝置可以同時測量三相電壓及頻率，採用微機控制，並可聯機使用，實現自動控制；使用簡便，性能穩定，重複性好。
【專利說明】一種三相電容分壓測量裝置及測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種測量裝置，特別涉及一種三相電容分壓測量裝置及測量方法。
【背景技術】
[0002]隨著電力工業的飛速發展，電氣設備的絕緣強度、系統過電壓的限制水平對系統安全經濟運行的影響日益突出。三相配電變壓器是電力系統中的關鍵設備，對三相配電變壓器進行倍頻感應耐壓試驗可以幫助相關工作人員及時地發現設備絕緣問題以免造成嚴重的後果。
[0003]在對三相配電變壓器進行倍頻感應耐壓試驗時，通常情況下只是根據變壓器變壓t匕，通過變頻電源施加於低壓側的電壓大小去計算高壓側電壓的理論值，但實際的試驗電壓會因為分布參數及容升效應等的影響與理論值存在偏差，為了準確檢測量檢驗高壓電，可以在三相變壓器的高壓側用分壓器來實時監測。但目前的高壓分壓器都是單相工作的，特別是在測量無中性點輸出的變壓器時，無法採用傳統的三臺單相分壓器同時監測三相電壓。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種用於測量無中性點輸出配電變壓器的三相電容分壓測量裝置及測量方法，通過採用測量主機控制分壓電容，克服了傳統技術中的不足，從而實現本發明的目的。
[0005]本發明所解決的技術問題可以採用以下技術方案來實現:
[0006]一種三相電容分壓測量裝置，用於測量無中性點輸出配電變壓器設備，變壓器設備的高壓側依次設有A、B、C三個末端；該裝置包括:
[0007]串接有第一分壓器的第一分壓臂以及串接有第二分壓器的第二分壓臂，第一、第二分壓器用於將信號分壓，其中:
[0008]第一分壓臂的輸入端與變壓器設備的A端串接,輸出端與一測量主機的第一輸入端連接；
[0009]第二分壓臂的輸入端與變壓器設備的C端串接，輸入端與測量主機的第二輸入端連接；
[0010]變壓器設備的B端接地；
[0011]測量主機包括:
[0012]串接在第一輸入端的第一電阻，以及串接在第二輸入端的第二電阻，第一、第二電阻用於對經過第一、第二分壓器的信號進行電壓取樣；
[0013]檔位切換放大裝置，該裝置通過接收指令以切換測量檔位，該檔位切換放大裝置還包括一放大電路，用於對檔位切換放大裝置所輸出的信號進行放大；
[0014]濾波裝置，用於對經過放大後信號進行濾波；
[0015]控制單元，其分別對兩路信號進行採集，根據採集到的信號對檔位切換放大裝置發出指令使其切換測量檔位；該控制單元還包括一個數模轉換器，用於對濾波後的信號進行數模轉換以生成測量數據；
[0016]顯示裝置，其輸入端與控制單元連接，該顯示裝置包括一顯示器以及一鍵盤，顯示器用於顯示測量數據；控制單元對鍵盤定時掃描以讀取鍵盤的操作。
[0017]在本發明的一個優選實施例中，分壓器為採用同軸結構的標準電容分壓器，其內部充有SF6氣體，上端設置有用以觀察的壓力表以及氣閥。
[0018]在本發明的一個優選實施例中，檔位切換放大裝置具體設有四種測量檔位，該測量裝置包括兩路電壓檔位切換電路，分別對來自分壓器的兩路信號進行處理；電壓檔位切換電路包括一個0PA2277集成塊與一個CD4053集成塊，其中0PA2277集成塊用於放大電壓信號，CD4053集成塊用於接收指令並切換測量檔位。
[0019]在本發明的一個優選實施例中，濾波裝置具體為一個二階低通濾波器。
[0020]在本發明的一個優選實施例中，控制單元具體為一個型號為C8051F060的MCU。
[0021]在本發明的一個優選實施例中,MCU包括一電平移位電路,用於在進行信號的數模轉換之前對信號進行電平移位處理。
[0022]一種三相電容分壓測量方法，包括以下步驟:
[0023]I)在配電變壓器設備的低壓側輸入一定電壓，並在高壓側得到相應的感應電壓；
[0024]2)將變壓器的B端接地，A、C端分別與第一、第二分壓臂連接，得到兩路信號；
[0025]3)將兩路信號分別連入第一、第二分壓器進行分壓，並將分壓後的兩路信號分別與第一、第二電阻串接進行取樣；
[0026]4)控制單元對取樣後的兩路信號進行判斷並向檔位切換放大裝置發出指令使其選擇相應的測量檔位；
[0027]5)檔位切換放大裝置將信號放大；
[0028]6)濾波裝置將放大後的信號進行濾波；
[0029]7)控制單元對濾波後的信號進行電平移位，並進行數模轉換生成測量數據；
[0030]8)顯示裝置將測量數據通過顯示器顯示給用戶，控制單元對進行鍵盤定時掃描以讀取鍵盤的操作。
[0031]本發明的有益效果在於:
[0032]專門為採用無中性點輸出配電變壓器感應耐壓試驗設計，採用標準電容器，輸入阻抗高，電容量穩定；本裝置可以同時測量三相電壓及頻率，採用微機控制，並可聯機使用，實現自動控制；使用簡便，性能穩定，重複性好。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1為本發明在具體實施時的系統原理圖。
[0034]圖2為本發明所述的分壓器在具體實施時所採用的電容分壓器的結構示意圖。
[0035]圖3為本發明所述的分壓器在具體實施時所採用的電容分壓器的原理圖。
[0036]圖4為本發明所述的檔位切換放大裝置在具體實施時的電路圖。
[0037]圖5為本發明所述的濾波裝置在具體實施時所採用的二階低通濾波器的電路圖。
[0038]圖6為本發明所述的控制單元在具體實施時所採用的MCU主控部分的電路圖。
[0039]圖7為本發明所述的電平移位電路在具體實施時的電路圖。[0040]圖8為本發明所述的鍵盤在具體實施時的電路圖。
[0041]圖9為本發明所述的顯示器在具體實施時的電路圖。
【具體實施方式】
[0042]為使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合【具體實施方式】，進一步闡述本發明。
[0043]如圖1所示，配電變壓器設備50的連接方式為無中性點輸出的三角形連接，配電變壓器設備50上端的高壓側依次設有A、B、C三個末端，第一分壓臂100的輸入端與A端連接，第二分壓臂200的輸入端與B端連接，其中第一分壓臂100上設置有第一分壓器110，第二分壓臂200上設置有第二分壓器210，第一、第二分壓臂100、200的輸出端分別與測量主機60相連接；其中第一分壓器110的輸出端與第一電阻120串接,第二分壓器210的輸出端與第二電阻220串接，第一、第二電阻120、220則分別與檔位切換放大裝置300的輸入端串接；濾波器400的輸入端與檔位切換放大裝置300的輸出端連接，其輸出端與控制單元500的輸入端連接；顯示裝置600的輸入端與控制單元500的輸出端串接，其中顯示裝置600還包括鍵盤610和液晶顯示器620。
[0044]第一分壓器110以及第二分壓器210均為由兩個分壓電容並聯形成的標準電容分壓器，該標準電容分壓器為同軸結構，如圖2和圖3所示，蓋14和底座15分別用螺栓和環緊固在絕緣套筒16的上下兩端，標準電容分壓器內安裝有同軸高度並經過拋光的圓柱形高低壓電極12並充有SF6氣體；在標準電容分壓器上端安裝有壓力表及氣閥，供觀察分壓器內部的壓力以及衝放氣使用。
[0045]兩路信號經過第一、第二分壓器100、210分壓後，分別由第一、第二電阻120、220
進行電壓取樣，再輸入檔位切換放大裝置300。
[0046]如圖4所示，檔位切換放大裝置300包括兩路電壓檔位切換電路310、320，分別流經第一、第二電阻120、220的信號分別流入該兩路電路；兩路電壓檔位切換電路310、320中分別包括CD4053集成塊311、321以及0PA2277集成塊312、322，其中:
[0047]⑶4053集成塊311、321用於測量檔位的選擇，這種集成塊包括三組單刀雙擲開關，設置有四種檔位供選擇，具體選擇哪一個檔位由控制單元500控制該集成塊的輸入碼來決定；
[0048]0PA2277集成塊312、322用於放大信號，該集成塊內包括兩個運放電路，在⑶4053集成塊311、321確定檔位後，在信號輸出檔位切換放大裝置300前對信號進行放大。
[0049]如圖5所示，濾波器400為一個二階低通濾波器，從檔位切換放大裝置300輸出的兩路放大後的信號分別從濾波器400的兩個輸入端410、420流入並進行濾波處理；濾波器400中的電阻、電容參數可事先進行調整，從而對信號進行濾波處理，避免信號進入控制單元500時產生混疊效應。
[0050]如圖6所示，控制單元500為一型號為C801R)60的系統型MCU，其具有以下特點:
[0051](I)內核採用流水線結構，速度可達25MIPS(25MHz晶振)，比普通的51單片機快10倍；其指令與標準系列51單片機兼容，因而掌握開發過程非常容易；該晶片的JTAG調試方式支持在系統、全速、非插入調試和編程，且不佔用片內資源；
[0052](2)片上集成有 64kB Flash,4352B 內部 RAM(256+4kB，可外擴至 64kB)、59 個 I/O 口、2通道16位IMSPS的可編程增益ADC、8通道10位200kSPS可編程增益ADC、2路12位DAC、3路模擬比較器、內部電壓基準以及片內電源監視、降壓檢測和看門狗等功能。由於C8051F060 的高集成度，無需外擴 ROM、RAM、AD、DA、watchdog、可編程 I/O 口和 EEPR0M(用片內Flash實現)。
[0053]經過濾波後的信號通過埠 510、520進入MCU並被MCU採集，MCU中設有一個數模轉換電路，用於將經濾波後的模擬信號轉化為數位訊號；由於該數模轉換器是單極性輸入的，在信號進入數模轉換電路之前，需要將信號做電平移位處理。
[0054]信號將先通過一電平移位電路，如圖7所示，模擬信號從埠 530、540進入，其中端550的電壓Ur為基準電壓，端530、540的電壓Ui為雙極性輸入電壓，端531、541的電壓Uo為經過移位的輸出電壓。當電阻達到平衡時，Uo=U1-Ur, Ur輸入一個直流參考電壓，作為直流偏移電壓，使得輸出電壓Uo滿足數模轉換電路的輸入電壓範圍要求。
[0055]信號經過電平移位電路處理後，進入數模轉換電路生成測量數據，並通過MCU輸入到顯示裝置600.[0056]如圖8和圖9所示，顯示裝置600設置有鍵盤610以及液晶顯示器620，顯示裝置600將所有按鍵操作輸入到MCU總線，其採用定時掃描方式讀取鍵盤610的操作。
[0057]MCU將顯示的內容通過總線的方式傳送給液晶顯示器620。
[0058]實際操作時，在配電變壓器設備的低壓側輸入一定電壓後在高壓側得到相應的感應電壓，將變壓器的B端接地，A、C端分別與第一、第二分壓臂100、200連接，便得到兩路電壓信號，將兩路信號分壓後，測量主機60對信號進行取樣並選擇相應的測量檔位，通過將信號放大、濾波、電平移位和數模轉換後生成測量數據，顯示在液晶顯示器620上，用戶可通過液晶顯示器620直觀的得到測量配電變壓器設備50的電壓測量數據，並通過鍵盤610進行測量操作。
[0059]本裝置採用的標準電容分壓器優化了內部結構，整體重量小且外殼承壓能力以及屏蔽性能好，抗幹擾能力強；由於該分壓器內部為充氣式結構，受環境影響較小，且後期維護方便，通用性強；
[0060]再者，本裝置採用的檔位切換放大裝置300設有四種檔位可供選擇，滿足了電信號的放大需要。
[0061]再者，顯示裝置600的液晶顯示器620擁有良好的人機互動界面，客戶只要按屏幕提示信息操作即可。
[0062]本裝置可同時測量三相電壓及頻率，並可聯機使用，實現自動控制，使用簡便，性能穩定，重複性好。
[0063]以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種三相電容分壓測量裝置，用於測量無中性點輸出配電變壓器設備，變壓器設備的高壓側依次設有A、B、C三個末端；其特徵在於，該裝置包括: 串接有第一分壓器的第一分壓臂以及串接有第二分壓器的第二分壓臂，所述第一、第二分壓器用於將信號分壓，其中: 所述第一分壓臂的輸入端與所述變壓器設備的A端串接，輸出端與一測量主機的第一輸入端連接； 所述第二分壓臂的輸入端與所述變壓器設備的C端串接，輸入端與所述測量主機的第二輸入端連接； 所述變壓器設備的B端接地； 所述測量主機包括: 串接在所述第一輸入端的第一電阻，以及串接在所述第二輸入端的第二電阻，所述第一、第二電阻用於對經過第一、第二分壓器的信號進行電壓取樣； 檔位切換放大裝置，該裝置通過接收指令以切換測量檔位，該檔位切換放大裝置還包括一放大電路，用於對所述檔位切換放大裝置所輸出的信號進行放大； 濾波裝置，其與檔位切換放大裝置連接，用於對經過放大後信號進行濾波； 控制單元，其分別 對兩路信號進行採集，根據採集到的信號對所述檔位切換放大裝置發出指令使其切換測量檔位；該控制單元還包括一個數模轉換器，用於對濾波後的信號進行數模轉換以生成測量數據； 顯示裝置，其輸入端與所述控制單元連接，該顯示裝置包括一顯示器以及一鍵盤，所述顯示器用於顯示測量數據；所述控制單元對所述鍵盤定時掃描以讀取鍵盤的操作。
2.如權利要求1所述的一種三相電容分壓測量裝置，其特徵在於，所述分壓器為採用同軸結構的標準電容分壓器，其內部充有SF6氣體，上端設置有用以觀察的壓力表以及氣閥。
3.如權利要求1所述的一種三相電容分壓測量裝置，其特徵在於，所述檔位切換放大裝置具體設有四種測量檔位，該測量裝置包括兩路電壓檔位切換電路，分別對來自分壓器的兩路信號進行處理；所述電壓檔位切換電路包括一個0PA2277集成塊與一個⑶4053集成塊，其中OPA2277集成塊用於放大電壓信號，CD4053集成塊用於接收指令並切換測量檔位。
4.如權利要求1所述的一種三相電容分壓測量裝置，其特徵在於，所述濾波裝置具體為一個二階低通濾波器。
5.如權利要求1所述的一種三相電容分壓測量裝置，其特徵在於，所述控制單元具體為一個型號為C8051F060的MCU。
6.如權利要求5所述的一種三相電容分壓測量裝置，其特徵在於，所述MCU包括一電平移位電路，用於在進行信號的數模轉換之前對信號進行電平移位處理。
7.—種三相電容分壓測量方法，其特徵在於，包括以下步驟: 1)在配電變壓器設備的低壓側輸入一定電壓，並在高壓側得到相應的感應電壓； 2)將變壓器的B端接地，A、C端分別與第一、第二分壓臂連接，得到兩路信號； 3)將兩路信號分別連入第一、第二分壓器進行分壓，並將分壓後的兩路信號分別與第一、第二電阻串接進行取樣； 4)控制單元對取樣後的兩路信號進行判斷並向檔位切換放大裝置發出指令使其選擇相應的測量檔位； 5)檔位切換放大裝置將信號放大； 6)濾波裝置將放大後的信號進行濾波； 7)控制單元對濾波後的信號進行電平移位，並進行數模轉換生成測量數據； 8)顯示裝置將測量數據通過顯示器顯示給用戶，控制單元對進行鍵盤定時掃描以讀取鍵盤 的操作。
【文檔編號】G01R15/08GK103969499SQ201310039599
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月31日 優先權日:2013年1月31日
【發明者】盧國筠, 蔣瑞金, 李濤, 王廣濤, 繆中章, 姚琪 申請人:山東電力集團公司物資供應公司, 上海思創電器設備有限公司