專利名稱：一種氧化鋅避雷器測(cè)試儀校驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋅避雷器測(cè)試儀校驗(yàn)裝置，屬于電力測(cè)試儀器的校準(zhǔn)、檢定 與檢測(cè)領(lǐng)域，利用該校驗(yàn)裝置可以對(duì)氧化鋅避雷器測(cè)試儀主要的測(cè)量功能即全電流、阻 性電流、容性電流、參比電壓、相角、諧波分量等測(cè)量功能進(jìn)行高準(zhǔn)確度的校驗(yàn)，并且 所產(chǎn)生的各次標(biāo)準(zhǔn)電壓、標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)均能同步、方便、有效的進(jìn)行量值溯源。
背景技術(shù)：
隨著氧化鋅避雷器被廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)的安全性得到了極大的提高。但是由于 氧化鋅避雷器工作環(huán)境惡劣，容易產(chǎn)生老化等現(xiàn)象，所以對(duì)氧化鋅避雷器定期進(jìn)行檢測(cè) 十分必要。鑒于這種情況，國(guó)內(nèi)很多電力測(cè)試儀器制造廠家開始研制、生產(chǎn)氧化鋅避雷 器測(cè)試儀。但據(jù)調(diào)査，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的氧化鋅避雷器測(cè)試儀質(zhì)量參差不齊，對(duì)這類測(cè)試儀 進(jìn)行校驗(yàn)并對(duì)用戶提供可靠的校驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)提高預(yù)防性試驗(yàn)的質(zhì)量具有積極意義。在 《DL/T 987-2005氧化鋅避雷器阻性電流測(cè)試儀通用技術(shù)條件》中，明確要求對(duì)氧化鋅 避雷器測(cè)試儀的全電流、阻性電流、容性電流等測(cè)量功能進(jìn)行檢測(cè)。
根據(jù)申請(qǐng)人所知，目前國(guó)內(nèi)有關(guān)技術(shù)單位校驗(yàn)氧化鋅避雷器測(cè)試儀的方法主要包 括傳統(tǒng)的RC阻容網(wǎng)絡(luò)法和普通標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源法，各有不足，具體分析如下
其中，傳統(tǒng)的RC阻容網(wǎng)絡(luò)法，其原理是在工頻電壓(即參比電壓)的激勵(lì)下，
通過阻容網(wǎng)絡(luò)的配置產(chǎn)生與參比電壓具有一定相位差的電流信號(hào)(即全電流)，產(chǎn)生的
參比電壓和全電流可用于對(duì)氧化鋅避雷器測(cè)試儀進(jìn)行校驗(yàn)。該方法的不足是回路中使
用的標(biāo)準(zhǔn)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電容受環(huán)境影響較大，接線繁瑣，操作復(fù)雜，對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響較 大，且測(cè)試數(shù)據(jù)單一，相角問題不易解決，校驗(yàn)工作必須的諧波電壓和諧波電流無法產(chǎn) 生，且受試品影響導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)值變化較大，進(jìn)而影響對(duì)氧化鋅避雷器測(cè)試儀的校準(zhǔn)結(jié)果
其中，普通標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源方法，其原理是利用電子電路等技術(shù)，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源即 直接給出一路參比電壓信號(hào)和一路全電流信號(hào)，用以對(duì)氧化鋅避雷器測(cè)試儀進(jìn)行校驗(yàn)。 利用該方法產(chǎn)生的參比電壓和全電流基本可以實(shí)現(xiàn)含有各次諧波電壓和諧波電流分量。 該方法的不足是僅通過這種思路設(shè)計(jì)的校驗(yàn)裝置本身的量值溯源很難得到保證，比如 采取普通標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源法給出的全電流時(shí)，各次諧波電流的幅值、相位、頻率等參數(shù)很難 高準(zhǔn)確度的溯源，簡(jiǎn)單的說就是難以得到驗(yàn)證，其原因在于這些諧波電流分量包含在
全電流里，對(duì)這些分量進(jìn)行溯源時(shí)只能通過信號(hào)分析(比如傅里葉變換等)手段"間接" 的計(jì)算出來，這種"間接"的計(jì)算或提取過程無疑會(huì)降低諧波電流分量溯源結(jié)果的可信 度，其結(jié)果就是導(dǎo)致基于該方法的氧化鋅避雷器測(cè)試儀校驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)方案很難保證全 電流中各次諧波電流分量的良好溯源性，也就是各次諧波電流分量的幅值、相位、頻率 到底準(zhǔn)確與否很難說清楚；同理，基于普通標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源給出的參比電壓含諧波電壓時(shí)，
各次諧波電壓的幅值、相位、頻率等參數(shù)很難高準(zhǔn)確度的溯源。
綜上所述，目前國(guó)內(nèi)可以參考的校驗(yàn)裝置和校驗(yàn)方法在工作原理和可溯源性上均存 在不足，準(zhǔn)確度不能滿足要求，市場(chǎng)上大量的氧化鋅避雷器測(cè)試儀標(biāo)稱的最大允許誤差
只達(dá)到幅值測(cè)量0.5%，角度測(cè)量0.2。左右，急需設(shè)計(jì)具有良好可溯源性的氧化鋅避雷 器測(cè)試儀校驗(yàn)裝置，也就是準(zhǔn)確度高并且可以得到有效驗(yàn)證的氧化鋅避雷器測(cè)試儀校驗(yàn) 裝置，滿足目前校驗(yàn)工作的緊迫需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有氧化鋅避雷器測(cè)試儀校驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)原理上的不足，尤其是 校驗(yàn)裝置在可溯源性上的不足進(jìn)行了改進(jìn)，提供一種氧化鋅避雷器測(cè)試儀校驗(yàn)裝置，具 有良好可溯源性，并提高校驗(yàn)精度。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案提供一種氧化鋅避雷器測(cè)試儀校驗(yàn)裝置，由控 制器、信號(hào)產(chǎn)生模塊、精密電流源模塊、參比電壓回路信號(hào)調(diào)理模塊、精密四端電阻、
精密電壓互感器組成，其特征在于控制器的輸出控制信號(hào)分別連接5個(gè)信號(hào)產(chǎn)生模塊
的控制端，其中有3個(gè)信號(hào)產(chǎn)生模塊的輸出分別連接相應(yīng)的3個(gè)精密電流源模塊的輸入， 3個(gè)精密電流源模塊分別通過相應(yīng)的3個(gè)精密四端電阻輸出相應(yīng)的電流分量，并聯(lián)后各 電流分量疊加提供全電流輸出，其中有2個(gè)信號(hào)產(chǎn)生模塊的輸出分別連接相應(yīng)的2個(gè)參 比電壓回路信號(hào)調(diào)理模塊的輸入，2個(gè)參比電壓回路信號(hào)調(diào)理模塊的輸出分別與相應(yīng)2 個(gè)精密電壓互感器原邊相連接，通過偶合，2個(gè)精密電壓互感器的副邊分別輸出相應(yīng)的 電壓分量，2個(gè)精密電壓互感器的副邊相串聯(lián)后電壓分量疊加提供參比電壓輸出。
其工作原理為在控制器的控制作用下，每個(gè)信號(hào)產(chǎn)生模塊可以產(chǎn)生獨(dú)立的幅值、 頻率、相角可調(diào)的高度平滑的正弦信號(hào)單元，這些正弦信號(hào)單元可對(duì)后級(jí)各自獨(dú)立的精 密電流源模塊、參比電壓回路信號(hào)調(diào)理模塊、精密電壓互感器進(jìn)行激勵(lì)，從而形成相互 獨(dú)立的各次電流分量和電壓分量驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且各次電流分量通過直接并聯(lián)相加，最終 合成并輸出含有各次諧波分量的全電流，而電壓分量驅(qū)動(dòng)信號(hào)則通過驅(qū)動(dòng)精密電壓互感
器偶合，其副邊串聯(lián)相加并最終輸出含有各次諧波分量的參比電壓。
如上所述的氧化鋅避雷器測(cè)試儀校驗(yàn)裝置，其特征在于信號(hào)產(chǎn)生模塊采取基于 DDS芯片AD9951的電路，用DDS芯片的直接數(shù)字合成技術(shù)來方便的產(chǎn)生頻率穩(wěn)定可 調(diào)、幅值穩(wěn)定可調(diào)、相位穩(wěn)定可調(diào)并且曲線高度平滑穩(wěn)定的正弦信號(hào)。
其次，本發(fā)明在設(shè)計(jì)上還采用了如下核心技術(shù)
1、 幅值、頻率和相位穩(wěn)定可調(diào)且曲線平滑的正弦信號(hào)產(chǎn)生模塊 為了達(dá)到高準(zhǔn)確度的校驗(yàn)?zāi)康模紫刃枰扇舾苫镜恼倚盘?hào)單元，這些正弦
信號(hào)單元將用來激勵(lì)后置的電流源電路和恒壓源電路并產(chǎn)生相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)參比電壓和標(biāo)
準(zhǔn)全電流。為了首先獲得幅值和頻率穩(wěn)定可調(diào)、且曲線平滑的正弦信號(hào)單元，采取了直
接數(shù)字合成技術(shù)即DDS芯片來產(chǎn)生正弦信號(hào)。直接數(shù)字合成技術(shù)目前主要在高頻信號(hào) 領(lǐng)域采取較多，在電氣測(cè)試領(lǐng)域使用還較少。其主要特點(diǎn)是基于直接數(shù)字合成理論，提 出了一種頻率可高速變化的正弦信號(hào)(或任意周期波形)產(chǎn)生辦法，這種技術(shù)應(yīng)用在本
發(fā)明中可方便的產(chǎn)生頻率穩(wěn)定可調(diào)、幅值穩(wěn)定可調(diào)、相位穩(wěn)定可調(diào)并且曲線高度平滑穩(wěn) 定的正弦信號(hào)。其中正弦信號(hào)的頻率除了可為50Hz基波外，還可方便的配置成各次
諧波頻率，并且非常穩(wěn)定；正弦信號(hào)的幅值分辨率可達(dá)14位，滿足本發(fā)明的需要；更
重要的是正弦信號(hào)曲線雖然仍為離散化的，但是曲線幅值的刷新間隔小于lus，非常平 滑，通過普通示波器己看不到"階梯"，這種"曲線高度平滑"的效果完全可以避免采取后 續(xù)的濾波電路，從而大大減少的濾波電路帶來的幅值和相位的負(fù)面效應(yīng)。
2、 精密電流源電路和參比電壓回路信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)采取了"模塊"化的方式 本發(fā)明對(duì)核心的精密電流源電路和參比電壓回路信號(hào)調(diào)理電路在設(shè)計(jì)上采取了"模
塊"化的方式。即每個(gè)精密電流源模塊或參比電壓回路信號(hào)調(diào)理模塊的輸入信號(hào)為一個(gè) 獨(dú)立純凈的正弦信號(hào)，該信號(hào)來自直接數(shù)字合成電路即DDS芯片，在獨(dú)立的幅頻可調(diào) 的正弦信號(hào)的激勵(lì)下，每個(gè)精密電流源模塊或參比電壓回路信號(hào)調(diào)理模塊可分別輸出不 同幅值、頻率、相位的電流、電壓分量，這些電流、電流分量可作為全電流和參比電壓 的各個(gè)分量，并且每個(gè)精密電流源模塊選取了高性能器件，接近輸出阻抗無窮大的理想 電流源要求，并且基于輸出阻抗接近無窮大的特點(diǎn)，這些精密電流源模塊可以直接并聯(lián) 以合成全電流信號(hào)，達(dá)到電流相加的目的。同時(shí)參比電壓回路信號(hào)調(diào)理模塊也可是直接 串聯(lián)合成參比電壓信號(hào)?；谶@種"模塊"化思想，本發(fā)明形成了如下特點(diǎn)在輸出全電
流和參比電壓的同時(shí)能將各次電流分量和電壓分量分別引出，這種方式有利于在本校驗(yàn) 裝置去上級(jí)單位溯源時(shí)可以在輸出全電流和參比電壓的背景下同時(shí)根據(jù)需要引出各次
電流分量和電壓分量，也就是可以"同步"對(duì)任意諧波分量的幅值、頻率、相位進(jìn)行溯 源，大大提高了溯源結(jié)果的有效性，保證了本校驗(yàn)裝置產(chǎn)生的各次諧波分量的準(zhǔn)確度。 3、精密電壓源的設(shè)計(jì)中采取了精密電壓互感器
本發(fā)明在輸出參比電壓時(shí)，專門制作了原邊低壓，副邊高壓的高精度電壓互感器。 通過這種輸出方式避免了利用高壓功率放大器升壓的不足。
本發(fā)明的有益效果是，使用本氧化鋅避雷器測(cè)試儀校驗(yàn)裝置，可以對(duì)氧化鋅避雷 器測(cè)試儀主要的測(cè)量功能即全電流、阻性電流、容性電流、參比電壓、相角、諧波分量 等測(cè)量功能進(jìn)行高準(zhǔn)確度的校驗(yàn)，并且所產(chǎn)生的各次標(biāo)準(zhǔn)電壓、標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)均能同步、 方便、有效的進(jìn)行量值溯源。并且重要特點(diǎn)在于各次電壓、電流分量均可以在同一時(shí)刻 通過相應(yīng)的回路"同步"進(jìn)行溯源，驗(yàn)證其準(zhǔn)確度。


圖1，是傳統(tǒng)的基于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源法的氧化鋅避雷器測(cè)試儀校驗(yàn)裝置原理示意圖。
圖2，是本發(fā)明實(shí)施例的氧化鋅避雷器測(cè)試儀校驗(yàn)裝置原理框圖。
圖3.1，是圖2中控制器的電路原理圖。
圖3.2，是圖2中一路信號(hào)產(chǎn)生模塊的電路原理圖。
圖3.3，是圖2中一路精密電流源模塊電路原理圖。
圖3.4，是圖2中一路參比電壓回路信號(hào)調(diào)理模塊和精密電壓互感器的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
圖中的標(biāo)記1—控制器，21、 22、 23、 24、 25—信號(hào)產(chǎn)生模塊，31、 32、 33—精 密電流源模塊，34、35—參比電壓回路信號(hào)調(diào)理模塊，41、42、43—精密四端電阻，54、 55—精密電壓互感器，Iat、 Ia2、 Ia3 —電流分量，U3l、 Ua2 —電壓分量，I一全電流， U—參比電壓。
參見圖1所示傳統(tǒng)的基于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源法的氧化鋅避雷器測(cè)試儀校驗(yàn)裝置原理示意 圖，是一項(xiàng)電的電路圖。它利用該校驗(yàn)裝置產(chǎn)生的參比電壓U和全電流I基本可以實(shí)現(xiàn) 含有各次諧波電壓和諧波電流分量。該方法的不足是僅通過這種思路設(shè)計(jì)的校驗(yàn)裝置 本身的量值溯源很難得到保證，其分量進(jìn)行溯源時(shí)只能通過信號(hào)分析(比如傅里葉變換 等)手段"間接"的計(jì)算出來，這種"間接"的計(jì)算或提取過程無疑會(huì)降低諧波分量溯
源結(jié)果的可信度。參見圖2所示本發(fā)明實(shí)施例的氧化鋅避雷器測(cè)試儀校驗(yàn)裝置原理圖，這是一項(xiàng)電的 相應(yīng)電路。由控制器l的輸出控制信號(hào)連接信號(hào)產(chǎn)生模塊21、 22、 23、 24、 25的控制 端，信號(hào)產(chǎn)生模塊21、 22、 23的輸出分別連接相應(yīng)精密電流源模塊31、 32、 33的輸入， 精密電流源模塊31、 32、 33的輸出分別通過精密四端電阻4K 42、 43產(chǎn)生輸出電流分 量Ia,、 Ia2、 Ia3，并聯(lián)疊加后產(chǎn)生全電流I輸出。信號(hào)產(chǎn)生模塊24、 25的輸出分別連 接相應(yīng)參比電壓回路信號(hào)調(diào)理模塊34、 35的輸入，參比電壓回路信號(hào)調(diào)理模塊34、 35 的輸出端分別與精密電壓互感器54、 55原邊相連接，通過偶合，精密電壓互感器54副 邊產(chǎn)生電壓分量輸出Ua,，精密電壓互感器55副邊產(chǎn)生電壓分量輸出Ua2， 二個(gè)精密電 壓互感器54、 55副邊相串聯(lián)使各輸出電壓Ua,、 Ua2疊加，提供參比電壓U輸出。其工作原理為在控制器l (具體為單片機(jī)C8051F020)的控制作用下，每個(gè)信號(hào) 產(chǎn)生模塊21、 22、 23、 24、 25 (基于DDS芯片AD9951實(shí)現(xiàn)，參見圖3.2)可以產(chǎn)生 獨(dú)立的幅值、頻率、相角可調(diào)的高度平滑的正弦信號(hào)單元，這些正弦信號(hào)單元可對(duì)后級(jí) 各自獨(dú)立的精密電流源模塊31、 32、 33 (基于精密運(yùn)放OPA228芯片構(gòu)成，參見圖3.3)、 參比電壓回路信號(hào)調(diào)理模塊34、 35 (基于精密高電壓運(yùn)放OPA454芯片構(gòu)成，參見圖 3.4)、精密電壓互感器54、 55進(jìn)行激勵(lì)，從而形成相互獨(dú)立的各次電流分量Ia,、 Ia2、 Ia3和電壓分量U^、 Ua2驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且各次電流分量仏、Ia2、 1&通過直接并聯(lián)相力口， 最終合成并輸出含有各次諧波分量的全電流I，而電壓分量l^、 Ua2驅(qū)動(dòng)信號(hào)則通過驅(qū) 動(dòng)精密電壓互感器54、 55串聯(lián)相加并最終輸出含有各次諧波分量的參比電壓U。在本實(shí)施例中，信號(hào)產(chǎn)生模塊21、 22、 23、 24、 25采取了基于DDS芯片的直接數(shù) 字合成技術(shù)來方便的產(chǎn)生頻率穩(wěn)定可調(diào)、幅值穩(wěn)定可調(diào)、相位穩(wěn)定可調(diào)并且曲線高度平 滑穩(wěn)定的正弦信號(hào)。在本實(shí)施例中，在設(shè)計(jì)上釆取了 "模塊化疊加"的方式，采用了精密電流源模塊 31、 32、 33和參比電壓回路信號(hào)調(diào)理模塊34、 35。在本實(shí)施例中，為了避免了利用高壓功率放大器升壓的不足，在設(shè)計(jì)中采取了通過 精密電壓互感器54、 55來輸出參比電壓。
權(quán)利要求
1、一種氧化鋅避雷器測(cè)試儀校驗(yàn)裝置，由控制器(1)、信號(hào)產(chǎn)生模塊(21)(22)(23)(24)(25)、精密電流源模塊(31)(32)(33)、參比電壓回路信號(hào)調(diào)理模塊(34)(35)、精密四端電阻(41)(42)(43)、精密電壓互感器(54)(55)組成，其特征在于由控制器(1)的輸出控制信號(hào)連接信號(hào)產(chǎn)生模塊(21)(22)(23)(24)(25)的控制端，信號(hào)產(chǎn)生模塊(21)(22)(23)的輸出分別連接相應(yīng)精密電流源模塊(31)(32)(33)的輸入，精密電流源模塊(31)(32)(33)的輸出分別通過精密四端電阻(41)(42)(43)產(chǎn)生輸出電流分量Ia1、Ia2、Ia3，并聯(lián)疊加后產(chǎn)生全電流I輸出，信號(hào)產(chǎn)生模塊(24)(25)的輸出分別連接相應(yīng)參比電壓回路信號(hào)調(diào)理模塊(34)(35)的輸入，參比電壓回路信號(hào)調(diào)理模塊(34)(35)的輸出端分別與精密電壓互感器(54)(55)原邊相連接，通過偶合，精密電壓互感器(54)副邊產(chǎn)生電壓分量輸出Ua1，精密電壓互感器(55)副邊產(chǎn)生電壓分量輸出Ua2，二個(gè)精密電壓互感器(54)(55)副邊相串聯(lián)使各輸出電壓Ua1、Ua2疊加，提供參比電壓U輸出。
2、 如權(quán)利要求1所述的氧化鋅避雷器測(cè)試儀校驗(yàn)裝置，其特征在于信號(hào) 產(chǎn)生模塊(21) (22) (23) (24) (25)信號(hào)產(chǎn)生模塊采取基于DDS芯片AD9951 的電路。
全文摘要
一種氧化鋅避雷器測(cè)試儀校驗(yàn)裝置，包括控制器、信號(hào)產(chǎn)生模塊、精密電流源模塊、參比電壓回路信號(hào)調(diào)理模塊、精密四端電阻和精密電壓互感器。在控制器的作用下，每個(gè)信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生獨(dú)立的幅值、頻率、相角可調(diào)的高度平滑正弦信號(hào)，這些正弦信號(hào)對(duì)后級(jí)各自獨(dú)立的精密電流源模塊、參比電壓回路信號(hào)調(diào)理模塊、精密電壓互感器進(jìn)行激勵(lì)，從而形成相互獨(dú)立的各次電流分量和電壓分量驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電流分量通過直接并聯(lián)相加，合成并輸出全電流，電壓分量通過驅(qū)動(dòng)精密電壓互感器副邊串聯(lián)相加輸出參比電壓。利用該校驗(yàn)裝置可以對(duì)氧化鋅避雷器測(cè)試儀主要的測(cè)量功能即全電流、阻性電流、容性電流、參比電壓、相角、諧波分量等測(cè)量功能進(jìn)行高準(zhǔn)確度的校驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01R35/00GK101393255SQ200810197550
公開日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月7日
發(fā)明者軍 張, 王斯琪, 章述漢, 陳習(xí)文, 民 雷, 瓊 項(xiàng) 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)武漢高壓研究院