專利名稱：工頻絕緣試驗(yàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為控制中心的工頻絕緣試驗(yàn)計(jì)算機(jī)控制系 統(tǒng)，屬于高電壓試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。背景技術(shù)：
現(xiàn)有的傳統(tǒng)工頻絕緣試驗(yàn)控制系統(tǒng)采用試驗(yàn)變壓器提供試驗(yàn)電壓、調(diào)壓器整定試驗(yàn)電 壓、傳統(tǒng)儀表測(cè)量試驗(yàn)參數(shù)和結(jié)果，用按鈕操作、繼電器和接觸器實(shí)施控制，試驗(yàn)電壓靠手 動(dòng)控制調(diào)整調(diào)壓器升降壓實(shí)現(xiàn)，試驗(yàn)電壓作用(耐壓)時(shí)間由時(shí)間繼電器整定，試驗(yàn)過程中 的保護(hù)依靠過流繼電器，對(duì)于試驗(yàn)電壓波形，雖然試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有明確的規(guī)定，但是一般用戶一 直未給予足夠的重視，試驗(yàn)控制系統(tǒng)中沒有試驗(yàn)電壓波形分析功能。工頻絕緣試驗(yàn)屬于破 壞性試驗(yàn)，而且高壓電氣設(shè)備價(jià)格昂貴，傳統(tǒng)的人工控制、人工讀取參數(shù)和繼電控制與保護(hù) 方法不可避免地存在控制誤操作、讀數(shù)出現(xiàn)誤差和保護(hù)不可靠等缺陷。這樣，合格試品在試 驗(yàn)過程中其絕緣可能遭到破壞，造成損失；不合格試品可能通過試驗(yàn)，是電力系統(tǒng)安全可靠 運(yùn)行的隱患。另外試驗(yàn)報(bào)告人工填寫，不可避免地存在人為因素。這樣，現(xiàn)有的傳統(tǒng)工頻絕 緣試驗(yàn)控制系統(tǒng)已經(jīng)不適合電力工業(yè)的發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的
本發(fā)明是一種工頻絕緣試驗(yàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其主要目的在于在現(xiàn)有的工頻絕緣試驗(yàn) 控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將工業(yè)控制計(jì)算機(jī)應(yīng)用到高電壓試驗(yàn)控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)高 壓電氣設(shè)備工頻絕緣試驗(yàn)的設(shè)定、控制、保護(hù)、測(cè)量、存儲(chǔ)、輸出、波形分析、濾波及試品絕緣 擊穿機(jī)理分析于一體，統(tǒng)一由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制完成。2、技術(shù)方案
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的
一種工頻絕緣試驗(yàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于整個(gè)系統(tǒng)由工控機(jī)控制管理，所述系 統(tǒng)主要包括工控機(jī)、接口電路和主電路；工控機(jī)上連接有顯示器、打印機(jī)、鍵盤和鼠標(biāo)，參 數(shù)輸入模塊與試驗(yàn)程序模塊均工控機(jī)相連接，工控機(jī)與接口電路相連；接口電路經(jīng)信號(hào)輸 出模塊、隔離電路和驅(qū)動(dòng)電路連接到主電路上；主電路經(jīng)電壓測(cè)量模塊、取樣電路、模擬隔 離模塊、整流/濾波模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊連接到接口電路上；主電路經(jīng)電流測(cè)量模塊、轉(zhuǎn)換 電路、模擬隔離模塊、整流/濾波模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊連接到接口電路上；主電路的輸入/ 輸出模塊與接口電路的輸入/輸出模塊之間分別連接有處理電路、邏輯電路和隔離電路； 主電路還與過電壓測(cè)量模塊相連，并經(jīng)微分電路、脈沖形成模塊和放大觸發(fā)模塊后連回主 電路；接口電路與主電路之間還設(shè)有保護(hù)電路。所述主電路通過試驗(yàn)電壓波形測(cè)量模塊與接口電路相連接，接口電路再經(jīng)濾波電 路模塊連接到主電路上。所述主電路通過試品擊穿時(shí)的電壓測(cè)量模塊與接口電路相連接。該系統(tǒng)采用屏蔽設(shè)計(jì)防止空間電磁干擾，采用電位懸浮設(shè)計(jì)防止地電位抬高對(duì)控 制系統(tǒng)的破壞。該抗干擾模塊結(jié)構(gòu)如下連接有顯示器和打印機(jī)的工控機(jī)經(jīng)光電隔離模塊連接到與電源濾波器1相連的控制電路上，控制電路經(jīng)光電隔離模塊與主電路相連；工控 機(jī)經(jīng)光電隔離模塊連接到與電源濾波器1相連的保護(hù)電路上；電源經(jīng)電源濾波器1、電源濾 波器2連接到工控機(jī)上；電源濾波器1經(jīng)變頻器和調(diào)壓器連接試驗(yàn)變壓器；一次分壓器模 塊連接V/F轉(zhuǎn)換模塊，通過光纜傳輸?shù)紽/V轉(zhuǎn)換模塊，再經(jīng)模擬隔離模塊、測(cè)量電路模塊和 A/D轉(zhuǎn)換模塊與工控機(jī)相連。控制電路與光電隔離模塊和主電路之間均采用同軸電纜相連；工控機(jī)與光電隔離 模塊和保護(hù)電路之間均采用同軸電纜連接。3、優(yōu)點(diǎn)及效果
本發(fā)明提出的一種工頻絕緣試驗(yàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn) 既能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)手動(dòng)控制、傳統(tǒng)儀表測(cè)量與保護(hù)的工頻絕緣試驗(yàn)控制系統(tǒng)的試驗(yàn)功能， 又能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)所不能實(shí)現(xiàn)的試驗(yàn)參數(shù)和試驗(yàn)程序(手動(dòng)、自動(dòng)、分步試驗(yàn))設(shè)定、試 驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)存儲(chǔ)與輸出(試驗(yàn)結(jié)果不可人為修改)、試品閃絡(luò)產(chǎn)生暫態(tài)恢復(fù)過電壓保護(hù)、波 形分析與濾波、絕緣擊穿機(jī)理分析等功能的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，使得試驗(yàn)程序更合理、參數(shù)測(cè) 量更準(zhǔn)確、保護(hù)措施更完善、試驗(yàn)結(jié)果更客觀、試驗(yàn)效率更高，確保試驗(yàn)電壓波形滿足試驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)還可以開展試品擊穿機(jī)理分析。四

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明控制系統(tǒng)抗干擾結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明試驗(yàn)電壓波形分析與濾波流程圖； 圖4為本發(fā)明試品擊穿機(jī)理分析結(jié)構(gòu)示意圖。五具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明
本發(fā)明提供一種工頻絕緣試驗(yàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)由工控機(jī)控制管理，如圖1 中所示，該系統(tǒng)主要包括工控機(jī)、接口電路和主電路，主電路包括電源回路、調(diào)壓器輸出回 路和試驗(yàn)回路；工控機(jī)上連接有顯示器、打印機(jī)、鍵盤和鼠標(biāo)，參數(shù)輸入模塊與試驗(yàn)程序模 塊均工控機(jī)相連接，工控機(jī)與接口電路相連；接口電路經(jīng)信號(hào)輸出模塊、隔離電路和驅(qū)動(dòng)電 路連接到主電路上；主電路經(jīng)電壓測(cè)量模塊、取樣電路、模擬隔離模塊、整流/濾波模塊和 A/D轉(zhuǎn)換模塊連接到接口電路上；主電路經(jīng)電流測(cè)量模塊、轉(zhuǎn)換電路、模擬隔離模塊、整流/ 濾波模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊連接到接口電路上；主電路的輸入/輸出模塊與接口電路的輸入 /輸出模塊之間分別連接有處理電路、邏輯電路和隔離電路；主電路還與過電壓測(cè)量模塊 相連，并經(jīng)微分電路、脈沖形成模塊和放大觸發(fā)模塊后連回主電路；接口電路與主電路之間 還設(shè)有保護(hù)電路。主電路通過試驗(yàn)電壓波形測(cè)量模塊與接口電路相連接，接口電路再經(jīng)濾波電路模 塊連接到主電路上。主電路通過試品擊穿時(shí)的電壓測(cè)量模塊與接口電路相連接。該系統(tǒng)采用屏蔽設(shè)計(jì)防止空間電磁干擾，采用電位懸浮設(shè)計(jì)防止地電位抬高對(duì)控 制系統(tǒng)的破壞。如圖2中所示，該抗干擾模塊結(jié)構(gòu)如下連接有顯示器和打印機(jī)的工控機(jī)經(jīng) 光電隔離模塊連接到與電源濾波器1相連的控制電路上，控制電路經(jīng)光電隔離模塊與主電 路相連；工控機(jī)經(jīng)光電隔離模塊連接到與電源濾波器1相連的保護(hù)電路上；電源經(jīng)電源濾波器1、電源濾波器2連接到工控機(jī)上；電源濾波器1經(jīng)變頻器和調(diào)壓器連接試驗(yàn)變壓器； 一次分壓器模塊連接V/F轉(zhuǎn)換模塊，通過光纜傳輸?shù)紽/V轉(zhuǎn)換模塊，再經(jīng)模擬隔離模塊、測(cè) 量電路模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊與工控機(jī)相連。控制電路與光電隔離模塊和主電路之間均采用同軸電纜相連；工控機(jī)與光電隔離 模塊和保護(hù)電路之間均采用同軸電纜連接。本發(fā)明這種工頻絕緣試驗(yàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，整個(gè)試驗(yàn)過程包括控制、測(cè)量、保護(hù)、 波形分析和試品擊穿機(jī)理分析環(huán)節(jié)，統(tǒng)一由工控機(jī)即工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制管理。如圖1所示，將工業(yè)控制計(jì)算機(jī)應(yīng)用在工頻絕緣試驗(yàn)控制系統(tǒng)中作為系統(tǒng)控制、 測(cè)量、保護(hù)、波形分析和試品擊穿機(jī)理分析中心。工控機(jī)首先通過參數(shù)輸入模塊和試驗(yàn)程序 模塊接受指令，如試驗(yàn)電壓、試驗(yàn)時(shí)間、試驗(yàn)程序(包括手動(dòng)、自動(dòng)、分步試驗(yàn))等，然后工控 機(jī)按照試驗(yàn)參數(shù)和試驗(yàn)程序設(shè)定通過接口電路輸出控制信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過隔離電路光電隔 離并通過驅(qū)動(dòng)電路放大后對(duì)主電路實(shí)施控制，使整個(gè)試驗(yàn)過程按照設(shè)定完成。試驗(yàn)過程中， 工控機(jī)實(shí)時(shí)通過電壓/電流測(cè)量模塊、取樣與轉(zhuǎn)換電路模塊、模擬隔離模塊、整流/濾波 模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊測(cè)量來(lái)自主電路的電源電壓與電流、調(diào)壓器輸出電路電壓與電流和試 驗(yàn)電壓與電流，這些電壓與電流通過工控機(jī)送顯示器顯示、送存儲(chǔ)器儲(chǔ)存，并作為保護(hù)電路 實(shí)施保護(hù)的依據(jù)。如圖1所示，系統(tǒng)保護(hù)分兩種情況一是當(dāng)測(cè)量環(huán)節(jié)測(cè)量到電源回路、調(diào) 壓器輸出回路或試驗(yàn)回路中任何一個(gè)回路出現(xiàn)過流或欠壓與過壓時(shí)，工控機(jī)均通過接口電 路和保護(hù)電路輸出保護(hù)命令實(shí)施保護(hù)，確保試驗(yàn)系統(tǒng)本身和試品安全；二是試品閃絡(luò)出現(xiàn) 暫態(tài)恢復(fù)過電壓時(shí)，系統(tǒng)通過過電壓測(cè)量模塊測(cè)量到該過電壓后經(jīng)微分電路、脈沖形成模 塊形成觸發(fā)脈沖，該觸發(fā)脈沖經(jīng)放大觸發(fā)模塊放大后，觸發(fā)調(diào)壓器輸出回路中的電力電子 元件實(shí)施保護(hù)。波形分析環(huán)節(jié)通過試驗(yàn)電壓波形測(cè)量模塊測(cè)量到試驗(yàn)電壓波形，通過接口 電路輸入給計(jì)算機(jī)實(shí)施波形分析，當(dāng)諧波總含量超過試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，通過濾波電路模塊 濾波使試驗(yàn)電壓波形滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。試品擊穿機(jī)理分析環(huán)節(jié)通過試品擊穿時(shí)的電壓測(cè) 量模塊測(cè)量到帶有試品擊穿機(jī)理信息的電壓波形，通過接口電路輸入給工控機(jī)實(shí)施試品擊 穿機(jī)理分析。本發(fā)明在高壓靜電干擾、電暈放電和試品擊穿或閃絡(luò)下的電磁場(chǎng)干擾、放電電流 引起地電位抬高和暫態(tài)恢復(fù)過電壓工況下的抗干擾設(shè)計(jì)，如圖2中所示，通過一次分壓器 模塊測(cè)量到被測(cè)電壓，通過V/F轉(zhuǎn)換模塊實(shí)施電壓/頻率轉(zhuǎn)換，經(jīng)光纜傳輸，經(jīng)過F/V轉(zhuǎn)換 模塊實(shí)施頻率/電壓轉(zhuǎn)換，經(jīng)過模擬隔離模塊、測(cè)量電路模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊輸入工控機(jī)實(shí) 施測(cè)量；來(lái)自電源的干擾采用電源濾波器模塊濾波；控制信號(hào)采用光電隔離模塊隔離，同 軸電纜傳輸；整個(gè)控制系統(tǒng)采用屏蔽設(shè)計(jì)防止空間電磁干擾，采用電位懸浮設(shè)計(jì)防止地電 位抬高對(duì)控制系統(tǒng)的破壞。試驗(yàn)電壓波形分析與濾波設(shè)計(jì)，如圖3中所示，試驗(yàn)時(shí)，該控制系統(tǒng)通過試驗(yàn)電壓 波形測(cè)量模塊測(cè)量得到試驗(yàn)電壓波形，通過波形分析模塊實(shí)施分析試驗(yàn)電壓波形，當(dāng)試驗(yàn) 電壓波形不滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，獲得試驗(yàn)電壓的諧波成份和含量，通過濾波模塊濾波使試驗(yàn) 電壓波形滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行試品擊穿機(jī)理分析，指導(dǎo)高壓電氣設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與設(shè) 計(jì)如圖4中所示，試品擊穿或閃絡(luò)產(chǎn)生的暫態(tài)恢復(fù)過電壓中含有豐富的與絕緣擊穿機(jī)理 有關(guān)的信息且具有突變特性。控制系統(tǒng)通過試品擊穿時(shí)的電壓測(cè)量模塊實(shí)施測(cè)量含有豐富的與絕緣擊穿機(jī)理有關(guān)信息的暫態(tài)恢復(fù)過電壓，通過試品擊穿機(jī)理分析模塊分析其擊穿機(jī) 理，得出結(jié)論用于指導(dǎo)高壓電氣設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與設(shè)計(jì)。 該系統(tǒng)除了具有傳統(tǒng)試驗(yàn)控制系統(tǒng)的功能以外，還具有試驗(yàn)參數(shù)和試驗(yàn)程序(手 動(dòng)、自動(dòng)、分步試驗(yàn))設(shè)定、試驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)存儲(chǔ)與輸出(試驗(yàn)結(jié)果不可人為修改)、試品閃絡(luò)產(chǎn) 生暫態(tài)恢復(fù)過電壓保護(hù)、波形分析與濾波和絕緣擊穿機(jī)理分析等功能；實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明， 該系統(tǒng)滿足相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程要求，可以在專業(yè)高壓試驗(yàn)站和電力公司、各類高壓電氣設(shè) 備生產(chǎn)企業(yè)的試驗(yàn)室運(yùn)行，考核各類高壓電氣設(shè)備的絕緣能力，開展高電壓絕緣理論和技 術(shù)的試驗(yàn)研究。
權(quán)利要求
1.一種工頻絕緣試驗(yàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于整個(gè)系統(tǒng)由工控機(jī)控制管理，所 述系統(tǒng)主要包括工控機(jī)、接口電路和主電路；工控機(jī)上連接有顯示器、打印機(jī)、鍵盤和鼠 標(biāo)，參數(shù)輸入模塊、試驗(yàn)程序模塊均與工控機(jī)相連接，工控機(jī)與接口電路相連；接口電路經(jīng) 信號(hào)輸出模塊、隔離電路和驅(qū)動(dòng)電路連接到主電路上；主電路經(jīng)電壓測(cè)量模塊、取樣電路、 模擬隔離模塊、整流/濾波模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊連接到接口電路上；主電路經(jīng)電流測(cè)量模 塊、轉(zhuǎn)換電路、模擬隔離模塊、整流/濾波模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊連接到接口電路上；主電路的 輸入/輸出模塊與接口電路的輸入/輸出模塊之間分別連接有處理電路、邏輯電路和隔離 電路；主電路還與過電壓測(cè)量模塊相連，并經(jīng)微分電路、脈沖形成模塊和放大觸發(fā)模塊后連 回主電路；接口電路與主電路之間還設(shè)有保護(hù)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工頻絕緣試驗(yàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述主電路通 過試驗(yàn)電壓波形測(cè)量模塊與接口電路相連接，接口電路再經(jīng)濾波電路模塊連接到主電路 上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工頻絕緣試驗(yàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述主電 路通過試品擊穿時(shí)的電壓測(cè)量模塊與接口電路相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工頻絕緣試驗(yàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)采 用屏蔽設(shè)計(jì)防止空間電磁干擾，該抗干擾模塊結(jié)構(gòu)如下連接有顯示器和打印機(jī)的工控機(jī) 經(jīng)光電隔離模塊連接到與電源濾波器(1)相連的控制電路上，控制電路經(jīng)光電隔離模塊與 主電路相連；工控機(jī)經(jīng)光電隔離模塊連接到與電源濾波器(1)相連的保護(hù)電路上；電源經(jīng) 電源濾波器(1 )、電源濾波器(2)連接到工控機(jī)上；電源濾波器(1)經(jīng)變頻器和調(diào)壓器連接 試驗(yàn)變壓器；一次分壓器模塊連接V/F轉(zhuǎn)換模塊，通過光纜傳輸?shù)紽/V轉(zhuǎn)換模塊，再經(jīng)模擬 隔離模塊、測(cè)量電路模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊與工控機(jī)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工頻絕緣試驗(yàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于控制電路與光 電隔離模塊和主電路之間均采用同軸電纜相連；工控機(jī)與光電隔離模塊和保護(hù)電路之間均 采用同軸電纜連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種工頻絕緣試驗(yàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為控制中心，應(yīng)用計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)、信號(hào)檢測(cè)與處理技術(shù)、數(shù)字與模擬隔離技術(shù)、電位懸浮技術(shù)、光纜傳輸與屏蔽技術(shù)、傅立葉變換和小波變換技術(shù)等設(shè)計(jì)完成的高壓電氣設(shè)備工頻絕緣試驗(yàn)控制系統(tǒng)，替代目前應(yīng)用的以手動(dòng)控制、傳統(tǒng)儀表測(cè)量與保護(hù)的工頻絕緣試驗(yàn)控制系統(tǒng)。具有試驗(yàn)程序更合理、參數(shù)測(cè)量更準(zhǔn)確、保護(hù)措施更完善、試驗(yàn)結(jié)果更客觀、試驗(yàn)效率更高等優(yōu)點(diǎn)，能夠確保試驗(yàn)電壓波形滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。
文檔編號(hào)G05B15/02GK102073277SQ20101056378
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者厲偉, 王儉, 蔡志遠(yuǎn), 馬少華 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)