專利名稱：變壓器有載分接開關(guān)測試儀校驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于對電力測試儀器的校準、檢定與檢測領(lǐng)域，具體的說涉及一種校驗裝置 和校驗方法，利用該校驗裝置和校驗方法可以對變壓器有載分接開關(guān)測試儀主要的測量 功能即過渡電阻和過渡時間測量功能進行高準確度的校驗。
背景技術(shù)：
變壓器有載分接開關(guān)是與變壓器高壓回路聯(lián)接的唯一運動部件，其故障率較高。 據(jù)統(tǒng)計，變壓器有載分接開關(guān)的故障發(fā)生次數(shù)幾乎占變壓器故障總次數(shù)的20%以上， 且隨著有載調(diào)壓變壓器臺數(shù)的增多和運行年份的增長，故障率呈上升趨勢。因此，對有 載分接開關(guān)的檢查試驗越來越引起重視。在《DL/T 596-1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》 中要求檢査有載分接開關(guān)的動作順序、動作角度、測量切換時間。變壓器有載分接開關(guān) 測試儀，是用于測量和分析電力變壓器有載分接開關(guān)電氣性能的綜合測量儀器，通過專 門設(shè)計的測量電路可實現(xiàn)對有載分接開關(guān)的過渡波形、過渡時間、過渡電阻、三相同期 性、分離角等參數(shù)的自動測量。但是，目前變壓器有載分接開關(guān)測試儀的質(zhì)量參差不齊， 而且對于衡量有載分接開關(guān)測試儀器測量準確性和有效性的校驗裝置和校驗方法還很 不完善，因此，迫切需要提出合理可行的校驗方法并研制相應(yīng)的校驗裝置，以用于對變 壓器有載分接開關(guān)測試儀器進行校準、檢定與檢測。目前，國內(nèi)對變壓器有載分接開關(guān) 測試儀器開展的校驗項目主要涉及過渡電阻、過渡時間、三相同期性、紋波系數(shù)、分離 角等，依據(jù)的校驗規(guī)程主要是《DL/T 846.8-2004高電壓測試設(shè)備通用技術(shù)條件第八部 分有載分接開關(guān)測試儀》，其中對過渡過程(包括過渡電阻和過渡時間)的校驗是最重 要的校驗項目。
目前，根據(jù)申請人所知，國內(nèi)有關(guān)單位對變壓器有載分接開關(guān)測試儀的過渡電阻、 過渡時間測量功能的校驗方法主要可劃分兩種， 一種是采取"分別校驗"的方法， 一種是 采取"同步校驗"的方法，但是目前依據(jù)這兩種方法進行的校驗工作以及目前已有的基于 這兩種方法設(shè)計的校驗裝置均有以下不足
首先是"分別校驗"的方法，如圖1所示，其特點是對被試儀器的過渡電阻測量功 能僅依據(jù)電阻測試儀相關(guān)檢定方法單獨采用標準電阻器進行校驗；對被試儀器的過渡時 間測量功能僅依據(jù)時間間隔測量儀相關(guān)檢定方法單獨給出標準時間間隔進行校驗。這種 "分別校驗"方法的不足是并不能充分的評價變壓器有載分接開關(guān)測試儀器對過渡電阻 和過渡時間的現(xiàn)場測量能力，因為，現(xiàn)場變壓器有載分接開關(guān)在分接切換瞬間的過渡電 阻和過渡時間的變化是"同步"體現(xiàn)的，具體的表現(xiàn)形式是一個過渡波形，這就需要變壓 器有載分接開關(guān)測試儀器在準確測量出過渡電阻的同時也能夠準確且同步地測量出相 應(yīng)過渡電阻經(jīng)歷的過渡時間。所以，當采用"分別校驗"的方法對變壓器有載分接開關(guān)測 試儀器進行校驗時，對該試品的過渡電阻及過渡時間測量功能進行的評價是具有不足 的；換言之，即使一臺變壓器有載分接開關(guān)測試儀器對標準電阻和標準時間間隔在"分 別"測量的情況下能"分別"得到較好測量結(jié)果，我們也不能簡單的推斷出該儀器對過渡 過程(過渡過程是過渡電阻和過渡時間的同步體現(xiàn))能"同步"的準確測量。
其次是"同步校驗"的方法，如圖2所示，其特點是利用若干實物標準電阻和若干 開關(guān)切換器件組成電阻切換裝置(或者是電阻切換網(wǎng)絡(luò))，通過開關(guān)器件的快速切換和 組合而在短時間內(nèi)配置出不同的阻值，繼而達到模擬出過渡過程(過渡過程是過渡電阻 和過渡時間的同步體現(xiàn))的作用。相對于"分別校驗"的方法，對變壓器有載分接開關(guān)測 試儀的過渡電阻和過渡時間測量功能進行"同步校驗"明顯更加合理，其主要原因在于 該方法的模擬效果更加接近于模擬實際的變壓器有載分接的工作特征，即在短時間內(nèi)給 出實物電阻的變化。但是，目前國內(nèi)基于"同步校驗"方法開展的校驗工作很少，而且更 關(guān)鍵的不足在于目前國內(nèi)已有的具有"同步校驗"特點的校驗裝置的準確度還不夠高，如 給出的標準過渡電阻的準確度一般不優(yōu)于0.1Q,給出的標準過渡時間的準確度一般不 優(yōu)于0.1ms,究其原因主要在于若設(shè)計具有"同步校驗"功能的校驗裝置，則需要如圖 2所示利用若干開關(guān)器件對若干電阻器件進行高速切換，從而在短時間內(nèi)組合出不同的 阻值，雖然其中電阻器件的準確度相對容易選擇，但與電阻器件串聯(lián)的開關(guān)器件的等效 導通電阻和切換速度卻會直接影響校驗裝置整體模擬出的過渡電阻和過渡時間的準確 度，可以說開關(guān)器件的選擇是制約校驗裝置性能的最主要因素。目前，據(jù)申請人所知， 國內(nèi)僅有的具有"同步校驗"特點的變壓器有載分接開關(guān)測試儀的校驗裝置在核心的切 換開關(guān)器件的選擇上均屬于以下幾種電磁繼電器、干簧繼電器、水銀繼電器、二極管、 雙極晶體管、晶閘管、固態(tài)繼電器等，而這幾種開關(guān)器件均有在等效導通電阻和開斷時
間上的局限性，其中電磁繼電器、干簧繼電器、水銀繼電器等均為機械觸點式開關(guān)， 特點為導通電阻較小，斷開電阻趨近于無窮大，但是工作速度低、有觸點抖動、動作延 遲時間較長，故采取該類開關(guān)期間雖然會獲得相對較小的導通電阻，可接近數(shù)十毫歐數(shù) 量級，但是其時間特性較差，其開斷時間最髙約為lms,而且具有觸點抖動，開斷時間 分散性較大，故利用該類機械觸點式開關(guān)作為校驗裝置的切換開關(guān)會對標準過渡電阻和 標準過渡時間引入很大的不確定度；而二極管、雙極晶體管、晶閘管等無觸點式開關(guān)器 件雖然開斷時間短，可以到ns級，但是該類器件的等效導通電阻等開關(guān)特性較差，以 NPN型雙極晶體管正接正信號法為例，其作為模擬開關(guān)的簡易等效導通電路如圖3所 示，可見，當晶體管的基射結(jié)和基集結(jié)均正偏時，晶體管處于飽和導通狀態(tài)，其等效導 通電路不僅包括等效導通電阻r。"，同時還包括了一個不可忽略的與基集電流無關(guān)的殘 余電壓FcMo,即晶體管在飽和導通狀態(tài)下仍不能簡單看作一個純導通電阻，二極管、 晶閘管也有類似的不足，故利用這幾種開關(guān)作為校驗裝置的切換開關(guān)會對標準過渡電阻 引入很大的不確定度；另外，固態(tài)繼電器多為光電耦合驅(qū)動，故在時間特性上也有局限 性， 一般不優(yōu)于lms?？梢?，受限于以上開關(guān)器件的性能，目前國內(nèi)僅有的具有"同步 校驗"特點的校驗方法或校驗裝置在給出的過渡電阻和過渡時間的準確度上均有限，對 這兩個指標往往只能傾向于提高其中一個，不能"同步"實現(xiàn)過渡電阻和過渡時間的髙準 確度。
如上所述，目前國內(nèi)僅有的校驗裝置在給出的過渡電阻和過渡時間的準確度上均有 限。但是，目前市場上大量的變壓器有載分接開關(guān)測試儀標稱的最大允許誤差已達到過 渡電阻O.lil、過渡時間O.lms左右，對這些儀器用"分別校驗"的方法進行校驗具有片 面性、不足性，而用已有的"同步校驗"方法和校驗裝置，由于傳統(tǒng)的開關(guān)器件的限制， 標準裝置又很難達到髙準確、髙穩(wěn)定度的要求。故急需設(shè)計新的校驗裝置和校驗方法， 以提高基于"同步校驗"方法的校驗裝置的標準過渡電阻和標準過渡時間的準確度，滿足 目前校驗工作的緊迫需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有變壓器有載分接開關(guān)測試儀器的校驗裝置的不足，尤其 是針對過渡過程(過渡過程是過渡電阻和過渡時間的同步體現(xiàn))的校驗裝置在準確度上
的不足進行了改進，提供一種改進的變壓器有載分接開關(guān)測試儀校驗裝置，可以對變壓 器有載分接開關(guān)測試儀的過渡電阻和過渡時間測量功能進行髙準確度的"同步校驗"，本 發(fā)明的具有"同步校驗"特點的校驗裝置給出的標準過渡電阻準確度可以優(yōu)于100mft (最髙可以優(yōu)于2mft)，給出的標準過渡時間的準確度可以優(yōu)于100jis (最髙可以優(yōu)于 lps),從而為變壓器有載分接開關(guān)測試儀有效的高準確度校驗工作提供了條件和保障。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種變壓器有載分接開關(guān)測試儀校驗裝置，它包括若干實物 標準電阻和若干開關(guān)切換器件，組成電阻切換網(wǎng)絡(luò)，電阻切換網(wǎng)絡(luò)與核心控制器電連接， 其特征在于所述的實物標準電阻為低溫度系數(shù)低分布參數(shù)的功率型精密電阻，其準確 度優(yōu)于lOOmQ;所述的開關(guān)切換器件是具有超低導通電阻功率型場效應(yīng)管，其導通電 阻小于lOmQ,切換速度優(yōu)于ljis。該裝置模擬的過渡電阻的準確度優(yōu)于100mQ，模擬 的過渡時間的準確度優(yōu)于100ns。
如上所述的變壓器有載分接開關(guān)測試儀校驗裝置，其特征在于所述功率型精密電 阻，其準確度優(yōu)于2mil。
如上所述的變壓器有載分接開關(guān)測試儀校驗裝置，其特征在于在每一條標稱阻值 對應(yīng)的功率型精密電阻和超低導通電阻的功率型場效應(yīng)管的串聯(lián)回路均旁路一條由普 通精密電阻和中低導通電阻的功率型場效應(yīng)管的串聯(lián)回路。
本發(fā)明的原理和有益效果
本發(fā)明在模擬過渡過程時，選擇了低溫度系數(shù)低分布參數(shù)的髙穩(wěn)定性功率型精密電 阻來模擬過渡電阻，這樣可以保證本發(fā)明模擬的過渡電阻的阻值準確、保證在被試儀器 操作電流的作用下過渡電阻阻值的溫漂足夠小、并且保證在過渡電阻的快速切換過程中 盡可能減少電阻本身分布電容和電感帶來的影響。
本發(fā)明在模擬過渡過程時，選擇了具有超低等效導通電阻的功率型場效應(yīng)管(FET) 作為核心的高速開關(guān)器件，具體的可以選擇具有超低等效飽和導通電阻的功率型場效應(yīng) 管(POWER MOSFET)。如圖4所示，為一個典型的W溝道功率型場效應(yīng)管(POWER MOSFET)在導通狀態(tài)下的簡易等效電路圖，可見，由于場效應(yīng)管(FET)的導電溝道 具有體電阻的性質(zhì)，因此管子在飽和導通時其漏極電流與漏源電壓成正比，即導通電阻 ，^是僅與柵源極控制電壓K^相關(guān)的一個參數(shù)，當柵源極控制電壓K^足夠大時，導通 電阻r。"最小并且穩(wěn)定在某一數(shù)值，此外，場效應(yīng)管的偏移電壓幾乎為零，所以，整個
TV溝道功率型場效應(yīng)管(POWER MOSFET)在導通時的等效電路可以看作是一個僅 與柵源極控制電壓Kc^相關(guān)的純導通電阻/w,并且該電阻隨著柵源極控制電壓F^足 夠大時達到最小并且穩(wěn)定在某一數(shù)值；同時，功率型場效應(yīng)管(POWER MOSFET)作 為開關(guān)器件應(yīng)用時可具有髙于lfis的開斷速度。這樣，通過選擇具有超低等效導通電阻 的場效應(yīng)管(FET)，具體的可以選擇具有超低等效飽和導通電阻的功率型場效應(yīng)管
(POWER MOSFET)作為核心的髙速開關(guān)器件，可以極大減少切換開關(guān)的開關(guān)特性 對校驗裝置整體的標準過渡電阻和標準過渡時間準確度和穩(wěn)定性的影響，保證過渡電阻 從一個阻值到另外一個阻值的切換速度準確度最好可以優(yōu)于ljis，保證切換期間過渡電 阻阻值的準確度可以優(yōu)于2毫歐。
其次，本發(fā)明設(shè)計了阻值修正回路。由于切換開關(guān)導通電阻和回路引線電阻等的存 在，使得在不進行修正的情況下，校驗裝置實際的整體過渡電阻阻值會略高于標稱阻值。 本發(fā)明針對全部標稱阻值所對應(yīng)的每一條電阻回路均設(shè)計了用于阻值修正的旁路電阻 回路，如圖6，即在每一條標稱阻值對應(yīng)的功率型精密電阻和超低導通電阻場效應(yīng)管
(FET)的串列回路均旁路一條由中等精密電阻和中低導通電阻場效應(yīng)管(FET)的串 聯(lián)回路，其中，場效應(yīng)管(FET)具體的可以是功率型場效應(yīng)管(POWERMOSFET)， 并且主電阻回路和旁路電阻的開關(guān)切換控制信號同步，這樣，通過主、旁路電阻并聯(lián)的 方法即可將等效過渡電阻阻值修正到標稱阻值的允許誤差范圍之內(nèi)。


圖1、傳統(tǒng)的"分別校驗"方法的原理示意圖。 圖2、本發(fā)明采用的髙準確度"同步校驗"方法的原理示意圖。 圖3、 NPN型雙極晶體管在導通狀態(tài)下的等效電路示意圖。 圖4、 N溝道功率型場效應(yīng)管在導通狀態(tài)下的等效電路示意圖。 圖5、本發(fā)明實施例l的電路原理示意圖。
圖6、本發(fā)明實施例2提出的過渡電阻阻值修正回路的原理示意圖。 圖中，l一被試變壓器有載分接開關(guān)測試儀(被測儀器)、2—恒流源、21、 22— 過渡電阻輸出端子、3—標準過渡電阻、31、 32—可調(diào)的功率型精密電阻、33、 34—功 率型精密電阻陣列、35~功率型精密電阻、36~普通精密電阻、4一髙速模擬開關(guān)、41、 42—高速開關(guān)、43、 44、 45^^超低導通電阻功率型場效應(yīng)管開關(guān)陣列、46~超低導通電
阻功率型場效應(yīng)管開關(guān)、47—中低導通電阻功率型場效應(yīng)管開關(guān)、5~核心控制器件、6~ 光電隔離電路、7—驅(qū)動電路。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
如圖2所示，為本發(fā)明采用的髙準確度"同步校驗"方法的原理示意圖。當本發(fā)明對 被試儀器l的過渡過程(包括過渡電阻和過渡時間)測量性能進行校驗時，首先閉合超 低導通電阻的髙速開關(guān)41,使被試儀器1的恒流源僅通過可調(diào)的功率型精密電阻31， 然后閉合超低導通電阻的高速開關(guān)42,使被試儀器1的恒流源2通過可調(diào)的功率型精 密電阻31和32的并聯(lián)回路，然后斷開超低導通電阻的髙速開關(guān)41使得被試儀器1的 恒流源2僅通過可調(diào)的功率型精密電阻32,通過以上操作即可在校驗裝置的過渡電阻 輸出端子21和22間模擬出一組典型阻值變化過程，即可模擬出一組標準過渡過程用來 校驗被試儀器l的過渡過程(包括過渡電阻和過渡時間)測量性能。通過選擇低溫度系 數(shù)低分布參數(shù)的高穩(wěn)定性可調(diào)的功率型精密電阻31、 32和具有超低等效導通電阻的高 速開關(guān)41、 42，本發(fā)明可以"同步"給出髙準確度的過渡電阻和過渡時間。
如圖5所示，為本發(fā)明實施例的變壓器有載分接開關(guān)測試儀校驗裝置的原理示意圖。 本發(fā)明的核心控制部分5是單片機最小系統(tǒng)，進一步可以是DSP或者ARM等嵌入式 控制器件；本發(fā)明進行過渡過程(包括過渡電阻和過渡時間)模擬輸出時，首先由核心 控制部分5發(fā)出相應(yīng)的控制指令，該指令首先經(jīng)過基于髙速光藕芯片的光電隔離電路6, 然后傳送給功率型場效應(yīng)管(POWERMOSFET)的驅(qū)動電路7，這些具有驅(qū)動能力的 切換指令作為控制信號傳遞給基于超低導通電阻的功率型場效應(yīng)管(POWER MOSFET)的電阻切換網(wǎng)絡(luò)(這些電阻切換網(wǎng)絡(luò)可以包括過渡電阻公共檔位切換的超 低導通電阻功率型場效應(yīng)管開關(guān)陣列45、過渡電阻低阻值檔位切換的超低導通電阻功 率型場效應(yīng)管開關(guān)陣列43、過渡電阻中髙阻值檔位切換的超低導通電阻功率型場效應(yīng) 管開關(guān)陣列44),通過這些超低導通電阻的開關(guān)陣列的高速切換，即可對精密電阻陣列 33、 34進行相應(yīng)的高速組態(tài)，進而達到高速度、高準確度的在端子21和22間模擬過 渡過程的目的；其中，精密電阻陣列由若干低溫度系數(shù)低分布參數(shù)的高穩(wěn)定性功率型精 密電阻構(gòu)成，檔位切換的開關(guān)陣列由具有超低導通電阻(可以接近lmft)、超低導通偏置 電壓并且具有高速切換能力(開斷速度可小于lfis)的功率型場效應(yīng)管(POWER
MOSFET)構(gòu)成，采用該類開關(guān)器件和功率型精密電阻陣列是本發(fā)明模擬過渡過程中 同步保證過渡電阻準確度和過渡時間準確度所提出的關(guān)鍵技術(shù)。
如圖6所示，為本發(fā)明提出的過渡電阻阻值修正回路的原理示意圖。本發(fā)明針對校 驗裝置的全部過渡電阻標稱阻值所對應(yīng)的每一條主電阻回路均設(shè)計了旁路電阻回路，即 在每一條標稱阻值對應(yīng)的功率型精密電阻35和超低導通電阻的功率型場效應(yīng)管 (POWER MOSFET)開關(guān)46的串聯(lián)回路均旁路了一條由普通精密電阻36和中低導 通電阻功率型場效應(yīng)管(POWERMOSFET)開關(guān)47的串聯(lián)回路，并且主電阻回路和 旁路電阻回路的開關(guān)切換信號同步，這樣，通過主、旁路電阻并聯(lián)的方法可將在端子 21和22間的等效過渡電阻阻值修正到標稱阻值的允許誤差范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種變壓器有載分接開關(guān)測試儀校驗裝置，它包括若干實物標準電阻和若干開關(guān)切換器件，組成電阻切換網(wǎng)絡(luò)，電阻切換網(wǎng)絡(luò)與核心控制器電連接，其特征在于所述的實物標準電阻為低溫度系數(shù)低分布參數(shù)的功率型精密電阻，其準確度優(yōu)于100mΩ；所述的開關(guān)切換器件是具有超低導通電阻功率型場效應(yīng)管，其導通電阻小于10mΩ，切換速度優(yōu)于1μs。
2、 如權(quán)利要求1所述的變壓器有載分接開關(guān)測試儀校驗裝置，其特征在于所 述功率型精密電阻，其準確度優(yōu)于2mft。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的變壓器有載分接開關(guān)測試儀校驗裝置，其特征在于: 在每一條標稱阻值對應(yīng)的功率型精密電阻和超低導通電阻的功率型場效應(yīng)管的串聯(lián)回路均旁路一條由普通精密電阻和中低導通電阻的功率型場效應(yīng)管的串聯(lián)回路。
全文摘要
一種變壓器有載分接開關(guān)測試儀校驗裝置，它包括若干實物標準電阻和若干開關(guān)切換器件，組成電阻切換網(wǎng)絡(luò)，電阻切換網(wǎng)絡(luò)與核心控制器電連接，其特征在于所述的實物標準電阻為低溫度系數(shù)低分布參數(shù)的功率型精密電阻，其準確度優(yōu)于100mΩ；所述的開關(guān)切換器件是具有超低導通電阻功率型場效應(yīng)管，其導通電阻小于10mΩ，切換速度優(yōu)于1μs。其模擬的過渡電阻的準確度優(yōu)于100mΩ；模擬的過渡時間的準確度優(yōu)于100μs?？梢詫ψ儔浩饔休d分接開關(guān)測試儀的過渡電阻和過渡時間測量功能進行高準確度的“同步校驗”，從而為變壓器有載分接開關(guān)測試儀的高準確度校驗工作提供了條件和保障。
文檔編號G01R35/00GK101169474SQ20071016853
公開日2008年4月30日 申請日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者軍 張, 王斯琪, 章述漢, 民 雷, 瓊 項 申請人:國網(wǎng)武漢高壓研究院