專利名稱：高壓沖擊電壓量值溯源用沖擊電壓標準波源的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種高壓沖擊電壓量值溯源用沖擊電壓標準波源，屬于雷電全波、操作全波等沖擊電壓峰值和時間參數(shù)量值溯源標準器，及對沖擊電壓二次測量儀器(沖擊電壓數(shù)字記錄儀、沖擊電壓峰值表等設備)的校準、檢定和檢測領域。
背景技術(shù)：
電力設備的耐壓試驗包括交流電壓、直流電壓和沖擊電壓三種，其中沖擊電壓為模擬電力系統(tǒng)輸電線路遭受的雷電沖擊電壓以及開合刀閘時產(chǎn)生的操作沖擊電壓。隨著特高壓輸電技術(shù)的不斷發(fā)展，沖擊電壓發(fā)生器及其測量裝置的電壓等級也大大提高以滿足變壓器、互感器、電容器等設備的沖擊耐壓試驗要求。該試驗是保證電力設備質(zhì)量的重要組成部分，其結(jié)果的準確性直接影響電力設備的安全性和經(jīng)濟性。保證高電壓量值準確性、一致性的有效方法就是量值溯源，即通過具有規(guī)定不確定度的不間斷的鎖鏈，使測量結(jié)果溯源到國家標準或國際標準。國際上德國、美國、加拿大、澳大利亞、英國等均完成了沖擊電壓的量值溯源研究，建立了測量不確定度小于1%的沖擊電壓標準測量系統(tǒng)。目前我國已經(jīng)建立了直流、交流高電壓的國家標準，但沖擊電壓測量設備的校驗還停留在理論分析階段，尚未建立沖擊電壓的測量標準和相應的檢定規(guī)程。隨著我國電力行業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的單位要求其沖擊測試設備能夠獲得權(quán)威單位的認證或溯源到國家標準。因此沖擊電壓標準裝置的研制和溯源問題更加緊迫。沖擊電壓測量系統(tǒng)包括高壓分壓器和二次測量設備如數(shù)字記錄儀、示波器、峰值表等。其中高壓分壓器的性能可通過階躍波響應、線性度、短時、長期穩(wěn)定性等特性試驗來證明其刻度因數(shù)的準確性和穩(wěn)定性 ，但波前/波尾時間參數(shù)以及二次測量設備的沖擊刻度因數(shù)、波前/波尾時間參數(shù)都無法進行溯源，只能進行部分驗證試驗，這樣大大放大了測量不確定度，無法建立高準確度等級的沖擊電壓標準測量系統(tǒng)。有鑒于此，本實用新型提供一種高壓沖擊電壓量值溯源用沖擊電壓標準波源，以滿足實際應用需要。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是，針對目前我國沖擊電壓溯源中面臨的沖擊電壓測量系統(tǒng)的時間參數(shù)和二次測量設備的幅值參數(shù)溯源困難的情況，研制溯源用沖擊電壓標準波源，用于實現(xiàn)沖擊電壓的量值溯源。本實用新型所采用的技術(shù)方案是:一種高壓沖擊電壓量值溯源用沖擊電壓標準波源，其特征在于，由觸發(fā)回路、脈沖形成回路、電源和測量儀器、測控模塊組成，觸發(fā)回路由觸發(fā)信號發(fā)生器和開關(guān)組成；脈沖形成回路由標準電容、電阻元件和觸發(fā)MOSFET開關(guān)組成，用于產(chǎn)生特定時間參數(shù)的標準波形；電源和測量儀器包括直流電源、數(shù)字多用表、示波器；測控模塊包括控制模塊和測量模塊，控制模塊根據(jù)負載和要求輸出峰值的不同控制直流源需要輸出的直流電壓，測量模塊與示波器通訊，測量得到負載上的輸出波形，并計算該波形的時間和峰值參數(shù)。如上所述的高壓沖擊電壓量值溯源用沖擊電壓標準波源，其特征在于:觸發(fā)回路和脈沖形成回路集成在全屏蔽的金屬盒中，電源和測量設備通過盒上的端口相連，使用過程中采用全電腦控制。本實用新型的有益效果是:本實用新型的高壓沖擊電壓量值溯源用沖擊電壓標準波源，該波源可產(chǎn)生峰值0-1000V、特定波前時間、半峰值時間如:(0.84/60) μ S、(1.56/60) μ s、(200/2500) μ s的標準雷電全波和操作全波。根據(jù)負載的不同該沖擊電壓標準波源分為高阻抗標準波源和低阻抗標準波源，高阻抗標準波源的負載一般為入口電阻大于250kQ的數(shù)字記錄儀，而低阻抗校準器帶載能力更強，可使用IOkQ沖擊電阻分壓器作為負載。

圖1是本實用新型實施例中高壓沖擊電壓量值溯源用沖擊電壓標準波源的實施框圖。圖2是本實用新型實施例中高壓沖擊電壓量值溯源用沖擊電壓標準波源的電路原理圖。圖3是本實用新型實施例中高壓沖擊電壓量值溯源用沖擊電壓標準波源的控制模塊流程框圖。圖4是本實用新型實施例中高壓沖擊電壓量值溯源用沖擊電壓標準波源的測量模塊流程框圖。
具體實施方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。本領域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣在本申請所列權(quán)利要求書限定范圍之內(nèi)。圖2中的標記說明:1 —電源和電壓表，II —脈沖形成回路，III —傳輸電纜，IV —電纜，V—觸發(fā)回路-,U — 1100V直流電源KeithleyZAlOJ1 —數(shù)字多用表Agilent34401A，R0 一充電電阻，W11 —電壓裳減器電阻，W11 —電壓裳減器電阻，Ct1 一主電容(充電電容)，# 一MOSFET開關(guān),Ls —回路雜散電感，Rs —回路雜散電阻，Rt —波尾電阻，Rf —波頭電阻，C2 —放電電容，G —同軸電纜電容，G —負載入口電容，& 一負載電阻。本實用新型實施例中高壓沖擊電壓量值溯源用沖擊電壓標準波源原理框圖如圖1所示，該裝置包括控制系統(tǒng)、電源和電壓表、脈沖形成回路、觸發(fā)回路、負載和測量系統(tǒng)組成。其中，控制系統(tǒng)主要為控制軟件；電源和電壓表包括直流電源Keithley2410和數(shù)字多用表Agilent34401A ;脈沖形成回路包括主開關(guān)、充電電容、負載電容、波前電阻和波尾電阻；觸發(fā)回路在充電電容充電完成后向主開關(guān)提供觸發(fā)信號；負載為數(shù)字記錄儀、衰減器+數(shù)字示波器或者沖擊電阻分壓器；測量系統(tǒng)為數(shù)字示波器和測量軟件。脈沖形成回路可根據(jù)等效電路，利用數(shù)值計算的方法計算時間和峰值參數(shù)。在雜散電感不可忽略的低阻抗標準波源，也可利用該方法理論計算時間和峰值參數(shù)。[0018]觸發(fā)回路和脈沖形成回路集成在全屏蔽的金屬盒中，電源和測量設備通過盒上的端口相連，使用過程中采用全電腦控制。脈沖形成回路的各元器件都進行性能測試，滿足精度要求。各元器件在布置上盡量緊湊，減小雜散電感的影響，如果雜散電感不能忽略，進行合理估計。控制軟件和測量軟件采用Labview語言編制，控制軟件和測量軟件完全獨立，測量軟件不局限于測量標準波源的輸出波形，也可在其他試驗中測量沖擊電壓波形。本實用新型的高壓沖擊電壓量值溯源用沖擊電壓標準波源的使用步驟為:步驟一，確定負載電容、電阻值和需輸出的電壓峰值，根據(jù)以上參數(shù)計算直流源的輸出電壓；步驟二，控制軟件控制直流源輸出該電壓值，并根據(jù)數(shù)字多用表的讀數(shù)來反饋主電容的充電電壓；步驟三，電壓充滿后，觸發(fā)回路切斷直流源的同時，發(fā)出觸發(fā)MOSFET開關(guān)的觸發(fā)信號，開關(guān)導通；步驟四，測量軟件與數(shù)字示波器通訊，測量負載上的輸出波形，并計算該波形的時間和峰值參數(shù)。在校準數(shù)字記錄儀等二次測量設備時，直接測量數(shù)字記錄儀的輸出波形，與要求輸出的電壓峰值和時間參數(shù)進行比對，判斷數(shù)字記錄儀是否滿足測量要求。本實用新型實施例中高壓沖擊電壓量值溯源用沖擊電壓標準波源的電路原理圖如圖2所示，V直流電壓通過慫對C1充電，V1檢測TP12上的直流電壓，當C]上的電壓充滿之后，觸發(fā)信號V觸發(fā)主開關(guān)L K導通，C1通過兄、Rf對Q+G+G放電，然后C1和Q+G+G對<放電，在G+G+G上產(chǎn)生標準沖擊電壓波形。本實用新型實施例中高壓沖擊電壓量值溯源用沖擊電壓標準波源的控制系統(tǒng)流程框圖如圖3所示。①通過安裝相關(guān)驅(qū)動程序控制軟件首先與直流源和數(shù)字多用表建立通訊，②確定負載電容、電阻值和需輸出的電壓峰值，根據(jù)以上參數(shù)計算直流源的輸出電壓。③控制直流源輸出該電壓值，并根據(jù)數(shù)字多用表的讀數(shù)來反饋主電容的充電電壓。④當數(shù)字多用表的示值與直流源需要輸出的電壓值相差一個較小的值S即判定電壓充滿，此時切斷直流源的同時，觸發(fā)回路發(fā)出觸發(fā)信號，主開關(guān)導通。⑤判定單次觸發(fā)還是重復觸發(fā)，如果為重復觸發(fā)繼續(xù)控制直流源充電，否則程序結(jié)束。本實用新型實施例中高壓沖擊電壓量值溯源用沖擊電壓標準波源的測量軟件流程框圖如圖4所示。①測量軟件與數(shù)字示波器建立通訊，如果軟件提示沒有正確連接，檢查示波器和電腦的IP地址是否已經(jīng)正確修改。②在參數(shù)設置中設置測量波形類型、正負極性、峰值大小和記錄時間。③程序根據(jù)參數(shù)設置選擇測量計算方法并初始化示波器，示波器等待觸發(fā)。④讀取示波器采集到的數(shù)據(jù)后，根據(jù)IEC60060標準的要求對數(shù)據(jù)進行處理和計算。⑤輸出處理后的波形和波形峰值和時間參數(shù)值。⑥結(jié)束采集后，對波形和測量結(jié)果進行保存，保存格式可以為excel、word、.lvm。以上僅為本實用新型的實施例而已，并不用于限制本實用新型，因此，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種高壓沖擊電壓量值溯源用沖擊電壓標準波源，其特征在于，由觸發(fā)回路、脈沖形成回路、電源和測量儀器、測控模塊組成，觸發(fā)回路由觸發(fā)信號發(fā)生器和開關(guān)組成；脈沖形成回路由標準電容、電阻元件和觸發(fā)MOSFET開關(guān)組成，用于產(chǎn)生特定時間參數(shù)的標準波形；電源和測量儀器包括直流電源、數(shù)字多用表、示波器；測控模塊包括控制模塊和測量模塊，控制模塊根據(jù)負載和要求輸出峰值的不同控制直流源需要輸出的直流電壓，測量模塊與示波器通訊，測量得到負載上的輸出波形，并計算該波形的時間和峰值參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓沖擊電壓量值溯源用沖擊電壓標準波源，其特征在于:觸發(fā)回路和脈沖形成回路集成在全屏蔽的金屬盒中，電源和測量設備通過盒上的端口相連，使用過 程中采用全電腦控制。
專利摘要本實用新型涉及一種高壓沖擊電壓量值溯源用沖擊電壓標準波源，其特征在于，由觸發(fā)回路、脈沖形成回路、電源和測量儀器、測控模塊組成，觸發(fā)回路由觸發(fā)信號發(fā)生器和開關(guān)組成；脈沖形成回路由標準電容、電阻元件和觸發(fā)MOSFET開關(guān)組成，用于產(chǎn)生特定時間參數(shù)的標準波形；電源和測量儀器包括直流電源、數(shù)字多用表、示波器；測控模塊包括控制模塊和測量模塊，控制模塊根據(jù)負載和要求輸出峰值的不同控制直流源需要輸出的直流電壓，測量模塊與示波器通訊，測量得到負載上的輸出波形，并計算該波形的時間和峰值參數(shù)。本實用新型的波源可產(chǎn)生峰值0-1000V、特定波前時間、特定半峰值時間的標準雷電全波和操作全波。
文檔編號G01R35/00GK203133260SQ20122064181
公開日2013年8月14日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者劉少波, 雷民, 章述漢, 龍兆芝, 李文婷, 盧云, 肖凱 申請人:中國電力科學研究院, 國家電網(wǎng)公司