專利名稱：高壓輸電線路工頻參數(shù)測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測試儀，尤其是一種適用于高壓輸電線路的工頻參數(shù)測試儀，屬于供電測試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前工程上測量高壓輸電線路工頻參數(shù)需要使用大功率的三相變壓器、調(diào)壓器，在被測線路上施加工頻電壓后，借助電流表、電壓表、功率表等分立測量表計(jì)，通過讀取各表刻度并經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算后求得各參數(shù)值。測試儀器的體積和重量較大，各表計(jì)間的連接復(fù)雜，需人工讀數(shù)并處理數(shù)據(jù)，測量不同的參數(shù)時(shí)需改變測量接線及儀表接線，測試試驗(yàn)繁瑣。
檢索發(fā)現(xiàn)，申請?zhí)枮?1254118.4、申請日為2001年10月11日的中國專利公開了一種包括CPU、模擬量處理、AD轉(zhuǎn)換、顯示裝置的數(shù)字式諧波電壓因素測試儀。借鑒此類現(xiàn)有技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電壓等參數(shù)的檢測儀并不困難。例如，如果將電源信號(hào)經(jīng)IPM模塊接濾波電路，再將濾波電路的輸出經(jīng)變壓器后通過輸出采樣及控制環(huán)節(jié)接負(fù)載，同時(shí)輸出采樣及控制環(huán)節(jié)還通過模擬量處理以及AD轉(zhuǎn)換模塊接CPU的信號(hào)輸入端，CPU的顯示信號(hào)輸出端接顯示裝置，便能實(shí)現(xiàn)一定的測試功能。
然而，常規(guī)測量高壓輸電線路的工頻參數(shù)時(shí)，工頻干擾的存在要求測試時(shí)必須使用比干擾信號(hào)大得多的測試信號(hào)，為試驗(yàn)帶來了很大的麻煩。如果采用移頻功率信號(hào)進(jìn)行測量，即可避免工頻干擾對試驗(yàn)帶來的不利影響，但必須解決測量信號(hào)與工頻信號(hào)的同步和移頻問題，這樣才能經(jīng)功率放大后供測量使用。以上現(xiàn)有技術(shù)均未解決這一問題，因此未能實(shí)現(xiàn)方便快捷的高壓輸電線路的工頻參數(shù)測試。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是針對以上現(xiàn)有狀況存在的缺陷，通過采取措施解決輸入信號(hào)的同步和移頻問題，提出一種結(jié)構(gòu)緊湊、測量準(zhǔn)確、操作方便的高壓輸電線路工頻參數(shù)測試儀。
為了達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型的高壓輸電線路工頻參數(shù)測試儀包括CPU模塊、IPM模塊、濾波電路、三相變壓器、輸出采樣及控制模塊、AD轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動(dòng)電路、模擬量處理模塊以及液晶屏，所述濾波電路的輸出經(jīng)三相變壓器與輸出采樣及控制模塊連接，所述輸出采樣及控制模塊的信號(hào)輸出端經(jīng)模擬量處理和AD轉(zhuǎn)換模塊接CPU的信號(hào)輸入端，所述CPU的顯示信號(hào)輸出端接顯示裝置。此外，還包括移頻信號(hào)發(fā)生模塊，所述移頻信號(hào)發(fā)生模塊主要由作為倍頻的鎖相環(huán)電路芯片、可編程邏輯電路芯片構(gòu)成，所述鎖相環(huán)電路芯片外接工頻信號(hào)，經(jīng)其倍頻后的高頻信號(hào)輸出與可編程邏輯電路芯片的輸入端相連，經(jīng)可編程邏輯電路芯片處理后得到的移頻信號(hào)接IPM模塊的輸入端，經(jīng)IPM模塊功率放大后接所述濾波電路；所述可編程邏輯電路芯片與發(fā)送控制指令的所述CPU模塊通訊連接。
使用時(shí)，將輸出采樣及控制模塊的測試端外接負(fù)載，通過液晶屏上顯示的菜單由旋鈕選擇確認(rèn)測量操作，儀器自動(dòng)施加移頻測量信號(hào)至被測負(fù)載，采樣的信號(hào)經(jīng)過相應(yīng)處理及計(jì)算后，將測量結(jié)果通過CPU顯示在液晶屏上，必要時(shí)可由測試人員選擇保存或打印。
由于本實(shí)用新型合理解決了輸入信號(hào)的同步和移頻問題，因此減小了工頻干擾信號(hào)對測量帶來的影響，避免了傳統(tǒng)方法中需較大功率信號(hào)測量給現(xiàn)場試驗(yàn)帶來的不利影響，大大減小了儀器的體積及重量，其結(jié)構(gòu)緊湊、測量準(zhǔn)確、操作方便，可以顯著減小測試工作量，提高工作效率，為現(xiàn)場試驗(yàn)帶來了極大的方便。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明

圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的測量接線示意圖。
圖2為圖1實(shí)施例的電路原理框圖。
圖3為圖1實(shí)施例的移頻信號(hào)發(fā)生模塊單元電路原理圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一本實(shí)施例的高壓輸電線路工頻參數(shù)測試儀，進(jìn)行零序阻抗測量時(shí)接線示意圖參見圖1。測量時(shí)，僅需將被測線路的測量引線與儀器的測量線正確連接，運(yùn)行后，儀器即可根據(jù)測量指令自動(dòng)輸出功率進(jìn)行測量計(jì)算，并將測量結(jié)果顯示在液晶屏上，非常方便。
本實(shí)施例的電路原理框圖如圖2所示，框圖中包括實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型所需要的各單元模塊及接口關(guān)系，其中0為MB(母板)電路板，1為CPU電路板，2為Signal信號(hào)發(fā)生電路板，3為IPM電路板，4為LC濾波電路，5為變壓器，6為Relay輸出采樣及控制電路板，7為負(fù)載Zx，8為液晶屏及旋鈕，9為AD電路板，10為IO驅(qū)動(dòng)電路板，11為Deal模擬量處理電路板，12為Power電源模塊。
以上各部分的連接及信號(hào)傳遞關(guān)系是相關(guān)電路板(1、2、9、10、11、12)分別通過一接插件與MB(0)接插，實(shí)現(xiàn)以下連接CPU電路板(1)采用PC104高速工控機(jī)作為中央處理器，發(fā)出控制指令進(jìn)行全局控制，有一接口與液晶屏LCD(8)進(jìn)行通訊，顯示程序界面及相關(guān)數(shù)據(jù)，并接收外界對旋鈕的指令；作為移頻信號(hào)發(fā)生模塊的Signal信號(hào)發(fā)生電路板(2)插在MB(0)上，在CPU模塊(1)控制下，產(chǎn)生移頻信號(hào)，并通過一接插件與IPM電路板(3)相連，進(jìn)行移頻功率信號(hào)放大(詳細(xì)描述見后)；IPM電路板(3)根據(jù)Signal電路板(2)傳遞過來的移頻控制信號(hào)，產(chǎn)生用于測量的大功率移頻信號(hào)，送給濾波電路(4)進(jìn)行波形處理；三相LC濾波電路(4)濾除IPM(3)發(fā)出的SPWM變頻功率信號(hào)中的高頻諧波成分，提高波形質(zhì)量之后，接三相變壓器(5)；三相變壓器Tr(5)將濾波后的IPM功率信號(hào)進(jìn)行隔離后接Relay輸出采樣及控制模塊(6)；該Relay模塊(6)將變壓器隔離后的移頻信號(hào)進(jìn)行輸出控制，根據(jù)不同的測量任務(wù)以及IO電路板(10)傳遞的指令控制繼電器的狀態(tài)，切換測量回路的形式，測量負(fù)載Zx(7)參數(shù)，并對輸出的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行采樣，將得到的二次信號(hào)經(jīng)過電纜線送給Deal電路板(11)進(jìn)行處理；負(fù)載Zx(7)與Relay模塊(6)的輸出相連，將移頻電壓、電流信號(hào)引入被測負(fù)載上進(jìn)行測量操作；LCD液晶屏及旋鈕(8)顯示程序界面，并由旋鈕得到的控制指令通過數(shù)據(jù)線發(fā)送給CPU模塊(1)進(jìn)行響應(yīng)；AD模塊(9)從MB(0)上得到需處理的模擬信號(hào)，在內(nèi)部進(jìn)行相關(guān)計(jì)算及處理，將得到的結(jié)果通過MB(0)上的數(shù)據(jù)線送給CPU(1)處理；IO驅(qū)動(dòng)電路(10)根據(jù)MB(0)上傳遞的數(shù)據(jù)指令，驅(qū)動(dòng)Relay模塊(6)上的繼電器，控制測量回路的形式；Deal模擬量處理板(11)將從Relay模塊(6)中采樣得到的電壓電流信號(hào)進(jìn)行模擬量處理，并將處理后的模擬信號(hào)經(jīng)過MB(0)送給AD模塊(9)，輸入到CPU電路板(1)。Power電源模塊(12)插在MB(0)上，經(jīng)過MB(0)將+5V、±12V、-24V等電源送給各模塊。以上有關(guān)模塊在CPU(0)的統(tǒng)一指令控制下，按照預(yù)設(shè)的程序，響應(yīng)測試任務(wù)，完成測量操作。
作為移頻信號(hào)發(fā)生模塊的Signal信號(hào)發(fā)生電路板(2)根據(jù)CPU的指令產(chǎn)生與工頻50Hz信號(hào)同步的移頻測量信號(hào)，為本儀器獨(dú)創(chuàng)的關(guān)鍵工作部件，具體電路如圖3所示A單元為鎖相環(huán)電路，B單元為可編程邏輯芯片電路，C單元為EPROM存儲(chǔ)器，D單元為接插件J2，E單元為接插件J1，F(xiàn)單元為電源退耦電容網(wǎng)絡(luò)，G單元為充電電壓、電流檢測電路，H單元為復(fù)位電路。
其中，鎖相環(huán)電路(A)用于跟蹤工頻50Hz信號(hào)，并根據(jù)控制指令產(chǎn)生移頻信號(hào)，其由兩74HC4046A鎖相環(huán)電路芯片U1和U4、電壓比較器U3及光耦I(lǐng)SO1、74HC4040分頻器芯片U5，以及電阻R1～R13和電容C1～C4組成。以上各主要組成部分的電路連接和信號(hào)傳輸關(guān)系為電壓比較器U3及光耦I(lǐng)SO1用于為74HC4046A鎖相環(huán)電路(U1第14腳)提供工頻50Hz方波Clkin信號(hào)，其鎖相倍頻得到的高頻信號(hào)Clk1(U1第4腳)與分頻器信號(hào)輸入(U5第10腳)相連，經(jīng)過U5分頻處理后得到的低頻信號(hào)Clkout(U5第1腳)反饋給鎖相環(huán)(U1第3腳)；同時(shí)第一級鎖相環(huán)(U1)倍頻得到的頻率信號(hào)CLK1與B單元的可編程邏輯芯片(U2第2腳)相連，此信號(hào)受CPU發(fā)送的指令信號(hào)控制，經(jīng)過U3芯片內(nèi)部數(shù)字電路處理得到另一頻率信號(hào)CLK2，引入第二級鎖相環(huán)電路的輸入端(A單元U4第14腳)，經(jīng)過第二次倍頻得到的高頻信號(hào)CLK(U4第4腳)再次引入B單元的可編程邏輯電路芯片(U2第2腳)；可編程邏輯電路芯片(B)的主要功能是用于移頻功率信號(hào)數(shù)字電路處理，受CPU控制信號(hào)DB0～DB7及AB0～AB3控制，產(chǎn)生移頻高頻時(shí)鐘信號(hào)CLK及SPWM位信號(hào)A0～A19；EPROM存儲(chǔ)器(C)用于存儲(chǔ)SPWM的數(shù)據(jù)，在A0～A19信號(hào)的控制下產(chǎn)生三相移頻信號(hào)PWM0～PWM5，此信號(hào)引入可編程邏輯電路(B)中進(jìn)行處理；接插件J2(D)為26芯扁平電纜數(shù)據(jù)線，用于和IPM電路板進(jìn)行通訊，將移頻信號(hào)UPWM1(2)、VPWM1(2)、WPWM1(2)進(jìn)行功率放大，同時(shí)將繼電器控制信號(hào)Relay1(2)及直流信號(hào)(PT、CT)等信號(hào)引入Signal信號(hào)發(fā)生電路板；接插件J1(E)用于和MB進(jìn)行通訊，將CPU的指令及其它相關(guān)信號(hào)引入或引出Signal信號(hào)發(fā)生電路板；電源退耦電容網(wǎng)絡(luò)(F)用于為Signal信號(hào)發(fā)生電路板上的電路芯片提供一個(gè)穩(wěn)定的電源；充電電壓、電流監(jiān)測控制電路(G)用于檢測充電回路的直流電壓、電流信號(hào)；復(fù)位電路(H)用于為Signal信號(hào)發(fā)生電路板提供一個(gè)初始復(fù)位信號(hào)，以保證儀器初始狀態(tài)正確。
使用本實(shí)施例的測試儀時(shí)，只要將輸出采樣及控制模塊的測試端外接負(fù)載，測試人員通過液晶屏及操縱旋鈕與CPU通訊，對整個(gè)測試進(jìn)行控制即可，十分方便。
以上過程中，本實(shí)施例采用兩次鎖相倍頻設(shè)計(jì)，從而得到了高頻信號(hào)CLK，通過CLK信號(hào)能夠產(chǎn)生與50Hz工頻干擾信號(hào)同步的45Hz(或55Hz)移頻信號(hào)，供給測試儀進(jìn)行處理，從而巧妙解決了移頻同步測量這一關(guān)鍵技術(shù)問題。
本實(shí)施例以工控機(jī)PC104為核心，應(yīng)用高速AD模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使用大功率IPM模塊進(jìn)行功率產(chǎn)生及控制，采用高精度的互感器進(jìn)行多量程采樣，并將各種功能模塊有效地集合在同一箱體內(nèi)，僅需外部提供220V交流電源，將測試回路正確連接，即可進(jìn)行測試。整個(gè)儀器外形尺寸500mm×350mm×370mm(長×寬×高)，重30kg，如圖1所示，體積小，重量輕，便于運(yùn)輸，現(xiàn)場使用方便。此外，另一個(gè)特點(diǎn)是，可使用單相功率信號(hào)，通過序阻抗矩陣運(yùn)算，來進(jìn)行高壓輸電線路三相工頻參數(shù)的測試。
總之，本實(shí)用新型通過采用一體化測量技術(shù)及移頻抗干擾技術(shù)來實(shí)現(xiàn)測量功能，根據(jù)測試人員選擇，可進(jìn)行高壓輸電線路的電磁感應(yīng)電壓、正序阻抗、零序阻抗、互感電抗、正序電容、零序電容、線路間耦合電容等參數(shù)的測量，儀器可自動(dòng)進(jìn)行測量并顯示測量結(jié)果；采用移頻信號(hào)，可以減小空間工頻干擾信號(hào)對測量帶來的不利影響。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下突出優(yōu)點(diǎn)1、采用一體化測量技術(shù)。儀器集控制、功率輸出、測量計(jì)算、顯示打印等多種功能為一體，根據(jù)選擇的參數(shù)測試項(xiàng)目，自動(dòng)輸出功率，采樣計(jì)算并顯示測量結(jié)果。使用本實(shí)用新型進(jìn)行測試試驗(yàn)，避免了傳統(tǒng)測量方式需多種儀器、儀表的復(fù)雜連接及繁瑣操作，不需人工讀表，不需人工處理數(shù)據(jù)，大大簡化了現(xiàn)場試驗(yàn)，為現(xiàn)場高壓輸電線路工頻參數(shù)測試試驗(yàn)帶來了很大的方便。
2、移頻抗干擾技術(shù)。儀器根據(jù)工頻干擾電壓的頻率，同步得到相應(yīng)的45Hz及55Hz頻率信號(hào)，根據(jù)此信號(hào)放大得到移頻功率信號(hào)進(jìn)行參數(shù)測試；通過傅立葉算法濾除工頻干擾電壓對測量的影響，并計(jì)算得到移頻信號(hào)的幅值及相位，從而得到測量結(jié)果。此方法減小了50Hz工頻干擾信號(hào)對測量帶來的影響，避免了傳統(tǒng)方法中需較大功率信號(hào)測量給現(xiàn)場試驗(yàn)帶來的不利影響，大大減小了儀器的體積及重量，為現(xiàn)場高壓輸電線路工頻參數(shù)測試試驗(yàn)帶來了很大的方便。
3、操作簡單方便。使用本實(shí)用新型，在進(jìn)行各種參數(shù)測量時(shí)，無需改變被測輸電線路本側(cè)的接線方式，僅需將儀器正確與被測線路連接，啟動(dòng)測量任務(wù)后儀器自動(dòng)輸出功率信號(hào)進(jìn)行測量并計(jì)算、顯示最終結(jié)果。傳統(tǒng)測量方式時(shí)，測量不同的參數(shù)項(xiàng)目，如正序參數(shù)、零序參數(shù)，需改變本側(cè)的接線方式，并更換測量儀表的接線，通過人工讀取各儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行換算及相應(yīng)計(jì)算后得到測量結(jié)果；而使用本實(shí)用新型則無需改變本側(cè)接線方式，僅需在菜單上進(jìn)行選擇確認(rèn)即可，儀器將根據(jù)不同的測試項(xiàng)目，自動(dòng)切換測試回路形式進(jìn)行線路參數(shù)測試，計(jì)算得到測試結(jié)果并在液晶屏上顯示，根據(jù)需要可打印測試結(jié)果。
權(quán)利要求1.一種高壓輸電線路工頻參數(shù)測試儀，包括CPU模塊、IPM模塊、濾波電路、三相變壓器、輸出采樣及控制模塊、AD轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動(dòng)電路、模擬量處理模塊以及液晶屏，所述濾波電路的輸出經(jīng)三相變壓器與輸出采樣及控制模塊連接，所述輸出采樣及控制模塊的信號(hào)輸出端經(jīng)模擬量處理和AD轉(zhuǎn)換模塊接CPU的信號(hào)輸入端，所述CPU的顯示信號(hào)輸出端接顯示裝置，其特征在于還包括移頻信號(hào)發(fā)生模塊，所述移頻信號(hào)發(fā)生模塊主要由作為倍頻的鎖相環(huán)電路芯片、可編程邏輯電路芯片構(gòu)成，所述鎖相環(huán)電路芯片外接工頻信號(hào)，經(jīng)其倍頻后的高頻信號(hào)輸出與可編程邏輯電路芯片的輸入端相連，經(jīng)可編程邏輯電路芯片處理后得到的移頻信號(hào)接IPM模塊的輸入端，經(jīng)IPM模塊功率放大后接所述濾波電路；所述可編程邏輯電路芯片與發(fā)送控制指令的所述CPU模塊通訊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓輸電線路工頻參數(shù)測試儀，其特征在于所述移頻信號(hào)發(fā)生模塊含有兩級鎖相環(huán)電路芯片，所述第一級鎖相環(huán)電路芯片外接工頻信號(hào)，其倍頻后的高頻信號(hào)輸出與可編程邏輯電路芯片的輸入端相連；經(jīng)所述可編程邏輯電路芯片處理后得到的另一頻率信號(hào)與第二級鎖相環(huán)的輸入端相連；所述第二級鎖相環(huán)的輸出端再次接入所述可編程邏輯電路芯片，經(jīng)過處理后得到移頻信號(hào)接IPM模塊的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述高壓輸電線路工頻參數(shù)測試儀，其特征在于所述移頻信號(hào)發(fā)生模塊還含有電壓比較器和光耦，工頻信號(hào)經(jīng)電壓比較器及光耦與第一級鎖相環(huán)電路芯片的輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述高壓輸電線路工頻參數(shù)測試儀，其特征在于所述移頻信號(hào)發(fā)生模塊還含有分頻器，所述第一級鎖相環(huán)電路芯片的高頻信號(hào)輸出經(jīng)分頻器反饋給該鎖相環(huán)電路芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4任一所述高壓輸電線路工頻參數(shù)測試儀，其特征在于所述移頻信號(hào)發(fā)生模塊、AD轉(zhuǎn)換電路、模擬量處理模塊、驅(qū)動(dòng)電路通過母板接插與CPU模塊通訊連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種適用于高壓輸電線路的工頻參數(shù)測試儀，屬于供電測試技術(shù)領(lǐng)域。該儀器包括CPU模塊、IPM模塊、濾波電路、三相變壓器、輸出采樣及控制模塊、AD轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動(dòng)電路、模擬量處理模塊以及液晶屏，還包括由鎖相環(huán)電路芯片、可編程邏輯電路芯片等構(gòu)成的移頻信號(hào)發(fā)生模塊，鎖相環(huán)電路芯片外接工頻信號(hào)，其倍頻后的高頻信號(hào)經(jīng)可編程邏輯電路芯片得到移頻信號(hào)，經(jīng)IPM模塊功率放大后接濾波電路；可編程邏輯電路芯片與CPU模塊通訊連接。本實(shí)用新型避免了工頻干擾信號(hào)對測量帶來的影響，大大減小了試驗(yàn)所需儀器的體積及重量，其結(jié)構(gòu)緊湊、測量準(zhǔn)確、操作方便，可以明顯減小測試工作量，提高工作效率，為現(xiàn)場試驗(yàn)帶來極大方便。
文檔編號(hào)G01R21/00GK2722259SQ20042007896
公開日2005年8月31日 申請日期2004年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月25日
發(fā)明者姜寧, 曲煥亮, 陳偉, 丁丹, 王春寧, 孫柯, 丁偉, 李長益 申請人:江蘇省電力公司南京供電公司, 上海思源電氣股份有限公司