一種三相電容分壓測量裝置及測量方法
【專利摘要】本發(fā)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(shè)備的高壓側(cè)連接，包括第一分壓臂、第二分壓臂，測量主機(jī)，其中測量主機(jī)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(shù)模轉(zhuǎn)換器；顯示裝置，包括一顯示器，以及一鍵盤。本發(fā)明的有益效果在于專門為采用無中性點輸出配電變壓器感應(yīng)耐壓試驗設(shè)計，采用標(biāo)準(zhǔn)電容器，輸入阻抗高，電容量穩(wěn)定；本裝置可以同時測量三相電壓及頻率，采用微機(jī)控制，并可聯(lián)機(jī)使用，實現(xiàn)自動控制；使用簡便，性能穩(wěn)定，重復(fù)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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)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(shù)】
[0002]隨著電力工業(yè)的飛速發(fā)展，電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度、系統(tǒng)過電壓的限制水平對系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運行的影響日益突出。三相配電變壓器是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，對三相配電變壓器進(jìn)行倍頻感應(yīng)耐壓試驗可以幫助相關(guān)工作人員及時地發(fā)現(xiàn)設(shè)備絕緣問題以免造成嚴(yán)重的后果。
[0003]在對三相配電變壓器進(jìn)行倍頻感應(yīng)耐壓試驗時，通常情況下只是根據(jù)變壓器變壓t匕，通過變頻電源施加于低壓側(cè)的電壓大小去計算高壓側(cè)電壓的理論值，但實際的試驗電壓會因為分布參數(shù)及容升效應(yīng)等的影響與理論值存在偏差，為了準(zhǔn)確檢測量檢驗高壓電，可以在三相變壓器的高壓側(cè)用分壓器來實時監(jiān)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，無法采用傳統(tǒng)的三臺單相分壓器同時監(jiān)測三相電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種用于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，通過采用測量主機(jī)控制分壓電容，克服了傳統(tǒng)技術(shù)中的不足，從而實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0005]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]一種三相電容分壓測量裝置，用于測量無中性點輸出配電變壓器設(shè)備，變壓器設(shè)備的高壓側(cè)依次設(shè)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、第二分壓器用于將信號分壓，其中:
[0008]第一分壓臂的輸入端與變壓器設(shè)備的A端串接,輸出端與一測量主機(jī)的第一輸入端連接；
[0009]第二分壓臂的輸入端與變壓器設(shè)備的C端串接，輸入端與測量主機(jī)的第二輸入端連接；
[0010]變壓器設(shè)備的B端接地；
[0011]測量主機(jī)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、第二電阻用于對經(jīng)過第一、第二分壓器的信號進(jìn)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，用于對檔位切換放大裝置所輸出的信號進(jìn)行放大；
[0014]濾波裝置，用于對經(jīng)過放大后信號進(jìn)行濾波；
[0015]控制單元，其分別對兩路信號進(jìn)行采集，根據(jù)采集到的信號對檔位切換放大裝置發(fā)出指令使其切換測量檔位；該控制單元還包括一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于對濾波后的信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換以生成測量數(shù)據(jù)；
[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，顯示器用于顯示測量數(shù)據(jù)；控制單元對鍵盤定時掃描以讀取鍵盤的操作。
[0017]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，分壓器為采用同軸結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器，其內(nèi)部充有SF6氣體，上端設(shè)置有用以觀察的壓力表以及氣閥。
[0018]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，檔位切換放大裝置具體設(shè)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(jìn)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集成塊用于放大電壓信號，CD4053集成塊用于接收指令并切換測量檔位。
[0019]在本發(fā)明的一個優(yōu)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(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，控制單元具體為一個型號為C8051F060的MCU。
[0021]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中,MCU包括一電平移位電路,用于在進(jìn)行信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換之前對信號進(jìn)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(shè)備的低壓側(cè)輸入一定電壓，并在高壓側(cè)得到相應(yīng)的感應(yīng)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(jìn)行分壓，并將分壓后的兩路信號分別與第一、第二電阻串接進(jìn)行取樣；
[0026]4)控制單元對取樣后的兩路信號進(jìn)行判斷并向檔位切換放大裝置發(fā)出指令使其選擇相應(yīng)的測量檔位；
[0027]5)檔位切換放大裝置將信號放大；
[0028]6)濾波裝置將放大后的信號進(jìn)行濾波；
[0029]7)控制單元對濾波后的信號進(jìn)行電平移位，并進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換生成測量數(shù)據(jù)；
[0030]8)顯示裝置將測量數(shù)據(jù)通過顯示器顯示給用戶，控制單元對進(jìn)行鍵盤定時掃描以讀取鍵盤的操作。
[0031]本發(fā)明的有益效果在于:
[0032]專門為采用無中性點輸出配電變壓器感應(yīng)耐壓試驗設(shè)計，采用標(biāo)準(zhǔn)電容器，輸入阻抗高，電容量穩(wěn)定；本裝置可以同時測量三相電壓及頻率，采用微機(jī)控制，并可聯(lián)機(jī)使用，實現(xiàn)自動控制；使用簡便，性能穩(wěn)定，重復(fù)性好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明在具體實施時的系統(tǒng)原理圖。
[0034]圖2為本發(fā)明所述的分壓器在具體實施時所采用的電容分壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖3為本發(fā)明所述的分壓器在具體實施時所采用的電容分壓器的原理圖。
[0036]圖4為本發(fā)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(fā)明所述的濾波裝置在具體實施時所采用的二階低通濾波器的電路圖。
[0038]圖6為本發(fā)明所述的控制單元在具體實施時所采用的MCU主控部分的電路圖。
[0039]圖7為本發(fā)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(fā)明所述的鍵盤在具體實施時的電路圖。
[0041]圖9為本發(fā)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(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合【具體實施方式】，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0043]如圖1所示，配電變壓器設(shè)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(shè)備50上端的高壓側(cè)依次設(shè)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(shè)置有第一分壓器110，第二分壓臂200上設(shè)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(jī)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并聯(lián)形成的標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器，該標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器為同軸結(jié)構(gòu)，如圖2和圖3所示，蓋14和底座15分別用螺栓和環(huán)緊固在絕緣套筒16的上下兩端，標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器內(nèi)安裝有同軸高度并經(jīng)過拋光的圓柱形高低壓電極12并充有SF6氣體；在標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器上端安裝有壓力表及氣閥，供觀察分壓器內(nèi)部的壓力以及沖放氣使用。
[0045]兩路信號經(jīng)過第一、第二分壓器100、210分壓后，分別由第一、第二電阻120、220
進(jìn)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(jīng)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用于測量檔位的選擇，這種集成塊包括三組單刀雙擲開關(guān)，設(shè)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用于放大信號，該集成塊內(nèi)包括兩個運放電路，在⑶4053集成塊311、321確定檔位后，在信號輸出檔位切換放大裝置300前對信號進(jìn)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輸出的兩路放大后的信號分別從濾波器400的兩個輸入端410、420流入并進(jìn)行濾波處理；濾波器400中的電阻、電容參數(shù)可事先進(jìn)行調(diào)整，從而對信號進(jìn)行濾波處理，避免信號進(jìn)入控制單元500時產(chǎn)生混疊效應(yīng)。
[0050]如圖6所示，控制單元500為一型號為C801R)60的系統(tǒng)型MCU，其具有以下特點:
[0051](I)內(nèi)核采用流水線結(jié)構(gòu)，速度可達(dá)25MIPS(25MHz晶振)，比普通的51單片機(jī)快10倍；其指令與標(biāo)準(zhǔn)系列51單片機(jī)兼容，因而掌握開發(fā)過程非常容易；該芯片的JTAG調(diào)試方式支持在系統(tǒng)、全速、非插入調(diào)試和編程，且不占用片內(nèi)資源；
[0052](2)片上集成有 64kB Flash,4352B 內(nèi)部 RAM(256+4kB，可外擴(kuò)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(nèi)部電壓基準(zhǔn)以及片內(nèi)電源監(jiān)視、降壓檢測和看門狗等功能。由于C8051F060 的高集成度，無需外擴(kuò) ROM、RAM、AD、DA、watchdog、可編程 I/O 口和 EEPR0M(用片內(nèi)Flash實現(xiàn))。
[0053]經(jīng)過濾波后的信號通過端口 510、520進(jìn)入MCU并被MCU采集，MCU中設(shè)有一個數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，用于將經(jīng)濾波后的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；由于該數(shù)模轉(zhuǎn)換器是單極性輸入的，在信號進(jìn)入數(shù)模轉(zhuǎn)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，模擬信號從端口 530、540進(jìn)入，其中端550的電壓Ur為基準(zhǔn)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(jīng)過移位的輸出電壓。當(dāng)電阻達(dá)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(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓范圍要求。
[0055]信號經(jīng)過電平移位電路處理后，進(jìn)入數(shù)模轉(zhuǎn)換電路生成測量數(shù)據(jù)，并通過MCU輸入到顯示裝置600.[0056]如圖8和圖9所示，顯示裝置600設(shè)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，其采用定時掃描方式讀取鍵盤610的操作。
[0057]MCU將顯示的內(nèi)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(shè)備的低壓側(cè)輸入一定電壓后在高壓側(cè)得到相應(yīng)的感應(yīng)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，將兩路信號分壓后，測量主機(jī)60對信號進(jìn)行取樣并選擇相應(yīng)的測量檔位，通過將信號放大、濾波、電平移位和數(shù)模轉(zhuǎn)換后生成測量數(shù)據(jù)，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(shè)備50的電壓測量數(shù)據(jù)，并通過鍵盤610進(jìn)行測量操作。
[0059]本裝置采用的標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器優(yōu)化了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，整體重量小且外殼承壓能力以及屏蔽性能好，抗干擾能力強(qiáng)；由于該分壓器內(nèi)部為充氣式結(jié)構(gòu)，受環(huán)境影響較小，且后期維護(hù)方便，通用性強(qiáng)；
[0060]再者，本裝置采用的檔位切換放大裝置300設(shè)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(jī)交互界面，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，并可聯(lián)機(jī)使用，實現(xiàn)自動控制，使用簡便，性能穩(wěn)定，重復(fù)性好。
[0063]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)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(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種三相電容分壓測量裝置，用于測量無中性點輸出配電變壓器設(shè)備，變壓器設(shè)備的高壓側(cè)依次設(shè)有A、B、C三個末端；其特征在于，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、第二分壓器用于將信號分壓，其中: 所述第一分壓臂的輸入端與所述變壓器設(shè)備的A端串接，輸出端與一測量主機(jī)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(shè)備的C端串接，輸入端與所述測量主機(jī)的第二輸入端連接； 所述變壓器設(shè)備的B端接地； 所述測量主機(jī)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、第二電阻用于對經(jīng)過第一、第二分壓器的信號進(jìn)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，用于對所述檔位切換放大裝置所輸出的信號進(jìn)行放大； 濾波裝置，其與檔位切換放大裝置連接，用于對經(jīng)過放大后信號進(jìn)行濾波； 控制單元，其分別 對兩路信號進(jìn)行采集，根據(jù)采集到的信號對所述檔位切換放大裝置發(fā)出指令使其切換測量檔位；該控制單元還包括一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于對濾波后的信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換以生成測量數(shù)據(jù)； 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，所述顯示器用于顯示測量數(shù)據(jù)；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(quán)利要求1所述的一種三相電容分壓測量裝置，其特征在于，所述分壓器為采用同軸結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器，其內(nèi)部充有SF6氣體，上端設(shè)置有用以觀察的壓力表以及氣閥。
3.如權(quán)利要求1所述的一種三相電容分壓測量裝置，其特征在于，所述檔位切換放大裝置具體設(shè)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(jìn)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集成塊用于放大電壓信號，CD4053集成塊用于接收指令并切換測量檔位。
4.如權(quán)利要求1所述的一種三相電容分壓測量裝置，其特征在于，所述濾波裝置具體為一個二階低通濾波器。
5.如權(quán)利要求1所述的一種三相電容分壓測量裝置，其特征在于，所述控制單元具體為一個型號為C8051F060的MCU。
6.如權(quán)利要求5所述的一種三相電容分壓測量裝置，其特征在于，所述MCU包括一電平移位電路，用于在進(jìn)行信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換之前對信號進(jìn)行電平移位處理。
7.—種三相電容分壓測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)在配電變壓器設(shè)備的低壓側(cè)輸入一定電壓，并在高壓側(cè)得到相應(yīng)的感應(yīng)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(jìn)行分壓，并將分壓后的兩路信號分別與第一、第二電阻串接進(jìn)行取樣； 4)控制單元對取樣后的兩路信號進(jìn)行判斷并向檔位切換放大裝置發(fā)出指令使其選擇相應(yīng)的測量檔位； 5)檔位切換放大裝置將信號放大； 6)濾波裝置將放大后的信號進(jìn)行濾波； 7)控制單元對濾波后的信號進(jìn)行電平移位，并進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換生成測量數(shù)據(jù)； 8)顯示裝置將測量數(shù)據(jù)通過顯示器顯示給用戶，控制單元對進(jìn)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(yōu)先權(quán)日:2013年1月31日
【發(fā)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(tuán)公司物資供應(yīng)公司, 上海思創(chuàng)電器設(shè)備有限公司