CN107449970A - 绝缘电阻与介质损耗测试一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绝缘电阻与介质损耗测试一体化装置，主要包括CPU、信号输入模块、与CPU相连的高压输出模块、介质损耗测量模块、绝缘电阻测量模块、人机交互模块，高压输出模块的输出端与被试设备的高压侧连接，被试设备的低压侧通过信号输入模块分别与介质损耗测量模块、绝缘电阻测量模块的输入端相连；所述高压输出模块输入单相交流市电，输出高压交流电源或/和高压直流电源。本发明通过高压输出模块仅需输入单相交流市电，就能够同时输出高压交流电源和高压直流电源，在开展介质损耗及绝缘电阻的测试时，不用改变测试接线，即可完成两个试验项目的测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压试验测试装置，特别是涉及一种绝缘电阻与介质损耗测试一体化装置。
背景技术
电容型电力设备是重要的输变电设备，主要包括电流互感器、套管、耦合电容器、电容式电压互感器等，其安全运行是影响电力系统安全、稳定和经济运行的主要因素之一，对其开展预防性试验能够及时发现设备隐患。介质损耗及绝缘电阻的测试是电容性设备预防性试验的两项基本试验项目，现场工作时，需要使用介损测试仪和兆欧表两套测试仪器来完成，介损测试仪需外接交流电源，兆欧表需采用直流电输入，每套仪器的测试电缆也不相同，在开展预防性试验时，试验项目切换时需改变测试接线，造成工作量大，工作效率低。
因此亟需提供一种新型的绝缘电阻与介质损耗测试装置来解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种绝缘电阻与介质损耗测试一体化装置，在开展介质损耗及绝缘电阻的测试时，不用改变测试接线，即可完成两个试验项目的测试。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种绝缘电阻与介质损耗测试一体化装置，主要包括CPU、与CPU相连的信号输入模块、高压输出模块、介质损耗测量模块、绝缘电阻测量模块、人机交互模块，高压输出模块的输出端与被试设备的高压侧连接，被试设备的低压侧通过信号输入模块分别与介质损耗测量模块、绝缘电阻测量模块的输入端相连；
所述高压输出模块输入单相交流市电，输出高压交流电源或/和高压直流电源。
在本发明一个较佳实施例中，所述高压输出模块包括可控硅调压电路、隔离变压器、全桥整流电路、Buck变换器、逆变电路、高频滤波电路、升压变压器、串级倍压整流电路、控制电路，隔离调压变压器、全桥整流电路、BUCK变换器、逆变电路、高频滤波电路依次相连，高频滤波电路的输出端分别与串级倍压整流电路、升压变压器相连，控制电路与逆变电路并联，可控硅调压电路、控制电路均与CPU相连。所述高压输出模块能够输出高压交流电源和高压直流电源。
在本发明一个较佳实施例中，所述高压输出模块包括可控硅调压电路、隔离变压器、全桥整流电路、Buck变换器、逆变电路、高频滤波电路、双向切换开关、升压变压器、串级倍压整流电路、PWM电路、控制电路，隔离变压器、全桥整流电路、BUCK变换器、逆变电路、高频滤波电路、双向切换开关依次相连，双向切换开关的输出端分别与串级倍压整流电路、升压变压器相连，控制电路与逆变电路并联，可控硅调压电路、控制电路、双向切换开关均与CPU相连。通过双向切换开关的切换，所述高压输出模块能够输出高压交流电源或高压直流电源。
在本发明一个较佳实施例中，所述绝缘电阻测量模块主要包括取样电阻网络电路、程控增益电路、A/D转换电路，取样电阻网络电路、程控增益电路、A/D转换电路依次连接，取样电阻网络电路、程控增益电路、A/D转换电路均与CPU相连；
所述取样电阻网络电路，通过改变取样电阻的阻值得到被测绝缘电阻两端的输出电压；
所述程控增益电路，对取样电阻网络电路输出的电压信号放大至适合A/D转换电路的精度；
所述A/D转换电路，将程控增益电路的输出电压转换为数字信号。
所述绝缘电阻测量模块具有较大的测量量程，精确度高，适用于所有电力设备的绝缘电阻测量。
进一步的，所述取样电阻网络电路包括被测绝缘电阻Rx、取样电阻R1—R4、电阻R5—R8、运算放大器U1、电容C1、C2、继电器K1—K3，被测绝缘电阻Rx、取样电阻R1—R4依次串联，继电器K1—K3分别与取样电阻R1—R3并联，取样电阻R1—R4两端的电压分别输入U1的反向输入端与正向输入端，R6与反向输入端相连，R7与正向输入端相连，C1与R5并联后连接在U1的反向输入端与输出端之间，C2与R8并联后连接在U1的正向输入端。
本发明的有益效果是：本发明通过高压输出模块仅需输入单相交流市电，就能够同时输出高压交流电源和高压直流电源，在开展介质损耗及绝缘电阻的测试时，不用改变测试接线，即可完成两个试验项目的测试。
附图说明
图1是本发明绝缘电阻与介质损耗测试一体化装置一较佳实施例的结构框图；
图2是所述高压输出模块一较佳实施例的电路框图；
图3是所述高压输出模块另一较佳实施例的电路框图；
图4是所述串级倍压整流电路的电路图；
图5是所述控制电路的原理框图；
图6是所述取样电阻网络电路的电路图；
图7是所述程控增益电路的电路图；
图8是所述A/D转换电路的电路图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，本发明实施例包括：
一种绝缘电阻与介质损耗测试一体化装置，主要包括CPU、与CPU相连的信号输入模块、高压输出模块、介质损耗测量模块、绝缘电阻测量模块、人机交互模块，高压输出模块的输出端与被试设备的高压侧连接，被试设备的低压侧通过信号输入模块分别与介质损耗测量模块、绝缘电阻测量模块的输入端相连。
所述CPU为该装置的控制核心，采用C8051F020型单片机，体积小，功能强大。所述高压输出模块输入单相交流市电，输出高压交流电源或/和高压直流电源。所述信号输入模块由CPU控制，将高压输出模块输出的电源切换至绝缘电阻测量模块或介质损耗测量模块。所述绝缘电阻测量模块用于测量被试品的输出电压u、取样电阻值r、程控增益的放大倍数x和高压电压值U，通过CPU计算出被试品的绝缘电阻，并显示在人机交互模块上。所述介质损耗测量模块测得标准回路电流与被试回路电流幅值及其相位等，通过CPU计算出试品的电容值和介质损耗正切值，并显示在人机交互模块上。所述人机交互模块包括键盘、液晶显示屏，便于操作和观察测量结果。
在一个实施例中，结合图2，所述高压输出模块能够同时输出高压交流电源和高压直流电源，其包括可控硅调压电路、隔离变压器、全桥整流电路、Buck变换器、逆变电路、高频滤波电路、升压变压器、串级倍压整流电路、控制电路，隔离调压变压器、全桥整流电路、BUCK变换器、逆变电路、高频滤波电路依次相连，高频滤波电路的输出端分别与串级倍压整流电路、升压变压器相连，控制电路与逆变电路并联，可控硅调压电路、控制电路均与CPU相连。
其中，所述串级倍压整流电路包括电容C1—Cn、二极管D1—Dn，各电气元件的连接关系如图4所示，输入电压为U，输出电压是输入电压的n倍。
结合图5，所述控制电路主要包括DSP、与DSP相连的电压霍尔传感器、电流霍尔传感器，所述逆变电路的输出端分别与电压霍尔传感器、电流霍尔传感器相连，DSP的输出端与逆变电路的输入端相连，DSP与CPU相互连接。优选的，所述DSP采用TMS320C2812型DSP控制器。所述电压霍尔传感器、电流霍尔传感器分别采集所述逆变电路输出的电压、电流信号，进入DSP控制器中进行A/D转换，DSP控制器通过电压、电流信号的反馈，采用SVPWM算法，输出数字量控制逆变电路中IGBT的开断，达到控制逆变电路频率和幅值的目的。
单相220V交流市电进入可控硅调压电路，可控硅调压电路与CPU相连，CPU控制可控硅的通断，获得连续可调范围的电压，然后经过隔离变压器进行电隔离，再经过全桥整流电路，得到直流电压，该直流电压经过BUCK变换后，输出连续稳定的直流电，至单相桥式逆变电路生成可调交流电压，所述控制电路调节逆变交流电压频率，经高频滤波电路消除高频成分得到标准正弦波。介质损耗测量时，标准正弦波接入升压变压器升压后得到标准交流高压电源，所述标准交流高压的范围为1—10kV。绝缘电阻测量时，标准正弦波接入串级倍压整流电路继续升压，最终得到直流高压电源，所述直流高压的范围为0.5—5kV。
在另一个实施例中，结合图3，所述高压输出模块能够输出高压交流电源或高压直流电源，其包括可控硅调压电路、隔离变压器、全桥整流电路、Buck变换器、逆变电路、高频滤波电路、双向切换开关、升压变压器、串级倍压整流电路、PWM电路、控制电路，隔离变压器、全桥整流电路、BUCK变换器、逆变电路、高频滤波电路、双向切换开关依次相连，双向切换开关的输出端分别与串级倍压整流电路、升压变压器相连，控制电路与逆变电路并联，可控硅调压电路、控制电路、双向切换开关均与CPU相连。
其中所述串级倍压整流电路、控制电路均可与第一个实施例中电路相同。
本实施例中高压输出模块的工作原理与上述实施例中高压输出模块同理，经高频滤波电路消除高频成分得到的标准正弦波通过双向切换开关的切换，分别输出标准交流高压电源或直流高压电源，由CPU控制双向切换开关接入串级倍压整流电路或升压变压器。介质损耗测量时，控制电路控制双向切换开关，标准正弦波接入升压变压器后得到标准交流高压电源。绝缘电阻测量时，控制电路控制双向切换开关，标准正弦波接入串级倍压整流电路继续升压，最终得到直流高压电源。
所述可控硅调压电路、全桥整流电路、Buck变换器、逆变电路、高频滤波电路均采用常规电路实现。所述隔离变压器、升压变压器、双向切换开关均可采用现有市售产品。
所述绝缘电阻测量模块主要包括取样电阻网络电路、程控增益电路、A/D转换电路，取样电阻网络电路、程控增益电路、A/D转换电路依次连接，取样电阻网络电路、程控增益电路、A/D转换电路均与CPU相连。
所述取样电阻网络电路，通过改变取样电阻的阻值得到被测绝缘电阻两端的输出电压，其电路图如图6所示，包括被测绝缘电阻Rx、取样电阻R1—R4、电阻R5—R8、运算放大器U1、电容C1、C2、继电器K1—K3，被测绝缘电阻Rx、取样电阻R1—R4依次串联，继电器K1—K3分别与取样电阻R1—R3并联，均与CPU相连，用于切换取样电阻R1—R3，取样电阻R1—R4两端的电压分别输入U1的反向输入端与正向输入端，R6与反向输入端相连，R7与正向输入端相连，C1与R5并联后连接在U1的反向输入端与输出端之间，C2与R8并联后连接在U1的正向输入端。电阻R5—R8、运算放大器U1、电容C1、C2组成差分比例电路，U1使用精密运放OP07，差分比例电路的比例系数为1，即R5＝R6＝R7＝R8。所述取样电阻网络电路根据试品绝缘电阻的大小改变取样电阻值，通过控制继电器K1—K3的触点实现，试品绝缘电阻和取样电阻串联回路中的取样电阻电压值发生改变，通过电压采样并结合程控增益电路，由差分比例电路将电压信号调节至适合于A/D转换的输入电压。
所述程控增益电路，对取样电阻网络电路输出的电压信号放大至适合A/D转换电路的精度，其电路图如图7所示，包括数字电位器U1、运算放大器U2、U3、电阻R1—R8，各电气元件的连接关系如图所示，数字电位器U1采用X9110，其引脚SO、SCK、/SI、CS与CPU的相应引脚相连，U2、U3采用精密运放OP07，由数字电位器X9110和精密运放OP07构成程序控制放大器，该电路可实现放大倍数的连续变化。
所述A/D转换电路如图8所示，采用A/D转换芯片ADS1110，将程控增益电路的输出电压转换为数字信号，输入CPU。根据输出电压u、取样电阻值r、程控增益的放大倍数x和高压电压值U，可计算出绝缘电阻的阻值R，计算公式为R＝U/(u/r*x)。
所述绝缘电阻测量模块具有较大的测量量程，精确度高，适用于所有电力设备的绝缘电阻测量。
所述介质损耗测量模块包括高稳定度标准电容器与测量电路组成，被试回路由被试品和测量电路组成，测量线路由取样电阻与前置放大器和A/D转换器组成。通过测量电路分别测得标准回路电流与被试回路电流幅值及其相位等，再由CPU运用数字化实时采集方法，通过矢量运算便可得出试品的电容值和介质损耗正切值。
本发明通过高压输出模块仅需输入单相交流市电，就能够同时输出高压交流电源和高压直流电源，在开展介质损耗及绝缘电阻的测试时，不用改变测试接线，即可完成两个试验项目的测试。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种绝缘电阻与介质损耗测试一体化装置，其特征在于，主要包括CPU、与CPU相连的信号输入模块、高压输出模块、介质损耗测量模块、绝缘电阻测量模块、人机交互模块，高压输出模块的输出端与被试设备的高压侧连接，被试设备的低压侧通过信号输入模块分别与介质损耗测量模块、绝缘电阻测量模块的输入端相连；
所述高压输出模块输入单相交流市电，输出高压交流电源或/和高压直流电源。
2.根据权利要求1所述的绝缘电阻与介质损耗测试一体化装置，其特征在于，所述高压输出模块包括可控硅调压电路、隔离变压器、全桥整流电路、Buck变换器、逆变电路、高频滤波电路、升压变压器、串级倍压整流电路、控制电路，隔离调压变压器、全桥整流电路、BUCK变换器、逆变电路、高频滤波电路依次相连，高频滤波电路的输出端分别与串级倍压整流电路、升压变压器相连，控制电路与逆变电路并联，可控硅调压电路、控制电路均与CPU相连。
3.根据权利要求1所述的绝缘电阻与介质损耗测试一体化装置，其特征在于，所述高压输出模块包括可控硅调压电路、隔离变压器、全桥整流电路、Buck变换器、逆变电路、高频滤波电路、双向切换开关、升压变压器、串级倍压整流电路、PWM电路、控制电路，隔离变压器、全桥整流电路、BUCK变换器、逆变电路、高频滤波电路、双向切换开关依次相连，双向切换开关的输出端分别与串级倍压整流电路、升压变压器相连，控制电路与逆变电路并联，可控硅调压电路、控制电路、双向切换开关均与CPU相连。
4.根据权利要求1所述的绝缘电阻与介质损耗测试一体化装置，其特征在于，所述绝缘电阻测量模块主要包括取样电阻网络电路、程控增益电路、A/D转换电路，取样电阻网络电路、程控增益电路、A/D转换电路依次连接，取样电阻网络电路、程控增益电路、A/D转换电路均与CPU相连；
所述取样电阻网络电路，通过改变取样电阻的阻值得到被测绝缘电阻两端的输出电压；
所述程控增益电路，对取样电阻网络电路输出的电压信号放大至适合A/D转换电路的精度；
所述A/D转换电路，将程控增益电路的输出电压转换为数字信号。
5.根据权利要求4所述的绝缘电阻与介质损耗测试一体化装置，其特征在于，所述取样电阻网络电路包括被测绝缘电阻Rx、取样电阻R1—R4、电阻R5—R8、运算放大器U1、电容C1、C2、继电器K1—K3，被测绝缘电阻Rx、取样电阻R1—R4依次串联，继电器K1—K3分别与取样电阻R1—R3并联，取样电阻R1—R4两端的电压分别输入U1的反向输入端与正向输入端，R6与反向输入端相连，R7与正向输入端相连，C1与R5并联后连接在U1的反向输入端与输出端之间，C2与R8并联后连接在U1的正向输入端。
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