一種氧化鋅避雷器泄漏電流測試系統(tǒng)及測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氧化鋅避雷器泄漏電流測試系統(tǒng)，包括分為探頭模塊和上位機模塊，探頭模塊包括多路探頭單元，每路探頭單元包括反并聯(lián)穩(wěn)壓管，反并聯(lián)穩(wěn)壓管并聯(lián)有電阻，反并聯(lián)穩(wěn)壓管依次與有效值變換電路、采樣放大電路、壓頻變換模塊和電光變換電路連接，電光變換電路輸出端與光纖通道輸入端對應連接；所述的上位機模塊包括光電變換電路，光電變換電路輸入端與光纖通道輸出端對應連接，光電變換電路依次與多路數(shù)據(jù)選擇器、頻率采集電路、單片機連接，單片機與顯示連接。本發(fā)明公開了一種氧化鋅避雷器泄漏電流測試方法。本發(fā)明的裝置及方法，能夠有效的原位檢測氧化鋅避雷器的質量狀況。
【專利說明】一種氧化鋅避雷器泄漏電流測試系統(tǒng)及測試方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于高壓設備測試【技術領域】，涉及一種氧化鋅避雷器泄漏電流測試系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及一種氧化鋅避雷器泄漏電流測試方法。
【背景技術】
[0002]目前避雷器是電力系統(tǒng)中的重要設備之一。氧化鋅避雷器(Μ0Α，Metal OxideArresters)是一種新型避雷器，一般都為不含間隙式，避雷器全由氧化鋅閥片串聯(lián)而成，在電力系統(tǒng)中使用越來越廣泛，因此，對MOA的安全使用也越來越重視。
[0003]氧化鋅避雷器在實際使用中存在三大主要問題:第一是存在泄漏電流現(xiàn)象，避雷器的核心元件是氧化鋅閥片，由于氧化鋅避雷器泄露電流的阻性分量是引起避雷器閥片劣化的最主要因素，因此要定期檢測氧化鋅避雷器閥片的泄漏電流，以便及時判斷閥片的劣化情況，盡早發(fā)現(xiàn)，及時處理。第二是測試避雷器電路系統(tǒng)的抗干擾能力差，其中部分避雷器測試系統(tǒng)采用無線傳輸測量會出現(xiàn)很大的磁干擾問題，導致測量結果不準確。第三是功耗過大，避雷器測試系統(tǒng)是需要自身供電的，因交流高壓(IlOkV?750kV)的影響，與終端連接進行檢測比較困難，功耗過大會導致避雷器測量設備運行時間短暫，使用不便。
[0004]目前，在氧化鋅避雷器質量檢測中，經(jīng)常采用測量避雷器在高壓情況下的泄漏電流峰值來計算其電位分布，對避雷器質量進行分析以確定產(chǎn)品的合格性，但是常規(guī)測試方法還是存在檢測設備安裝比較麻煩，操作不便，干擾過大，檢測結果不準確的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種氧化鋅避雷器泄漏電流測試系統(tǒng)，克服了現(xiàn)有技術中存在檢測設備安裝比較麻煩，操作不便，干擾過大，檢測結果不準確的問題。
[0006]本發(fā)明的另一目的是提供一種氧化鋅避雷器泄漏電流測試方法。
[0007]本發(fā)明所采用的技術方案是，一種氧化鋅避雷器泄漏電流測試系統(tǒng)，包括分為探頭模塊和上位機模塊，
[0008]所述的探頭模塊包括多路探頭單元，每路探頭單元包括反并聯(lián)穩(wěn)壓管，反并聯(lián)穩(wěn)壓管并聯(lián)有電阻，反并聯(lián)穩(wěn)壓管依次與有效值變換電路、采樣放大電路、壓頻變換模塊和電光變換電路連接，電光變換電路輸出端與光纖通道輸入端對應連接；
[0009]所述的上位機模塊包括光電變換電路，光電變換電路輸入端與光纖通道輸出端對應連接，光電變換電路依次與多路數(shù)據(jù)選擇器、頻率采集電路、單片機連接，單片機與顯示連接。
[0010]本發(fā)明所采用的另一技術方案是，一種氧化鋅避雷器泄漏電流測試方法，基于上述的氧化鋅避雷器泄漏電流測試系統(tǒng)，將各個探頭單元依次串聯(lián)在相鄰的氧化鋅避雷器閥片之間，將檢測電壓直接加在所連接區(qū)段氧化鋅避雷器閥片的最兩端，各個探頭單元通過光纖通道與上位機模塊進行通信，就能測量到各個氧化鋅避雷器閥片的泄漏電流，通過檢測泄漏電流峰值來計算各路電位分布，從而判定各路信號對應的氧化鋅避雷器閥片質量狀況。
[0011]本發(fā)明的有益效果是，專門用于檢測無間隙氧化鋅避雷器閥片間接觸不良的內(nèi)部缺陷，測量氧化鋅避雷器的泄漏電流，能夠對氧化鋅避雷器的泄漏電流進行精確測量；并且采用光纖通信隔離干擾，使用光電變換使測試系統(tǒng)與主電路之間電氣隔離，采用鎖相環(huán)技術降低功耗，使避雷器測試系統(tǒng)滿足了微功耗的要求，從而使氧化鋅避雷器測試系統(tǒng)長時間、可靠、穩(wěn)定的運作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明測試系統(tǒng)的主體結構示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明測試系統(tǒng)測試時的安裝結構示意圖；
[0014]圖3是本發(fā)明測試系統(tǒng)探頭模塊的電源變換電路示意圖；
[0015]圖4是本發(fā)明測試系統(tǒng)探頭模塊的有效值變換電路示意圖；
[0016]圖5是本發(fā)明測試系統(tǒng)探頭模塊的采樣放大電路示意圖；
[0017]圖6是本發(fā)明測試系統(tǒng)探頭模塊的壓頻變換模塊示意圖；
[0018]圖7是本發(fā)明測試系統(tǒng)中探頭模塊鎖相環(huán)電壓-頻率-脈沖電路的脈沖波形圖；
[0019]圖8是本發(fā)明測試系統(tǒng)的上位機模塊原理示意圖。
[0020]圖中，1.有效值變換電路，2.采樣放大電路，3.壓頻變換模塊，4.電光變換電路連接，5.光纖通道，6.光電變換電路，7.多路數(shù)據(jù)選擇器，8.頻率采集電路，9.單片機，10.顯
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【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明的氧化鋅避雷器泄漏電流測試系統(tǒng)，用于采集信號、進行光電信號變換及傳輸、光電信號還原以及相應的信息分析處理及顯示。考慮到實際應用情況，比如測試場合處于高壓實驗室中或野外，為了便于攜帶及拆裝，將硬件部分分為探頭模塊(電位采集端)和上位機模塊，
[0023]光纖通道之前的部分稱為探頭模塊，探頭模塊包括多路探頭單元；每路探頭單元包括反并聯(lián)穩(wěn)壓管Iin，反并聯(lián)穩(wěn)壓管Iin并聯(lián)有電阻R，反并聯(lián)穩(wěn)壓管Iin依次與有效值變換電路1、采樣放大電路2、壓頻變換模塊3和電光變換電路4連接，電光變換電路4輸出端與光纖通道5輸入端對應連接；所有探頭模塊通過電源變換電路與電源連接，實現(xiàn)供電；
[0024]光纖通道之后的部分稱為上位機模塊,上位機模塊包括光電變換電路6,光電變換電路6輸入端與光纖通道5輸出端對應連接，光電變換電路6依次與多路數(shù)據(jù)選擇器7、頻率采集電路8、單片機9連接，單片機9與顯示10 (顯示輸出設備)連接。
[0025]本發(fā)明實施例中的光纖通道5采用40路光纖通道，上位機模塊一次可檢測40個氧化鋅避雷器閥片的狀況。
[0026]如圖2所示，本發(fā)明測試系統(tǒng)實施方法是:將各個探頭單元依次串聯(lián)在相鄰的氧化鋅避雷器閥片之間，將檢測電壓直接加在所連接區(qū)段氧化鋅避雷器閥片的最兩端，各個探頭單元(電位采集端)通過光纖通道與上位機模塊進行通信，就能測量到各個氧化鋅避雷器閥片的泄漏電流，通過檢測泄漏電流峰值來計算各路電位分布，從而判定各路信號對應的氧化鋅避雷器閥片質量狀況，以便及時改進氧化鋅避雷器的制造工藝和材料，為更高級別耐壓的氧化鋅閥片制造提供技術數(shù)據(jù)。
[0027]圖3是本發(fā)明測試系統(tǒng)探頭模塊的電源變換電路示意圖，結構是包括電源轉換芯片一(選用NCP1402)，電源轉換芯片一的LX端口通過電感LI與電源連接，電源轉換芯片一的LX端口通過二極管Dl后輸出5V電壓，電源轉換芯片一的CE端口和OUT端口與二極管Dl的輸出端連接后，一起通過電容C4接GND ；5V電壓與電源轉換芯片二 (選用TC1219)的VIN端口和SHN端口同時連接，電源轉換芯片二的C+端口和C-端口之間連接有電容C3，電源轉換芯片二的OUT端口輸出-5V電壓，同時電源轉換芯片二的OUT端口通過電容C5接GND。
[0028]電源采用鋰電池單獨供電，容量為150mAh/3.6V，探頭模塊一次充電可連續(xù)工作90小時，達到低功耗的要求。通過電源變換電路將電壓轉化為測試系統(tǒng)各個模塊所需電壓，電源變換電路經(jīng)過NCP1402和TC1219兩個電源轉換芯片完成，NCP1402將電池電壓3.6V轉換為5V電壓，但測試系統(tǒng)還需-5V電壓，故需使用TCl219得到-5V電壓。
[0029]圖4是本發(fā)明測試系統(tǒng)探頭模塊的有效值變換電路I示意圖，結構是包括AD737芯片，AD737芯片的VIN端口與反并聯(lián)穩(wěn)壓管輸出端連接，AD737芯片的-VS端口與-5V電壓連接，同時AD737芯片的-VS端口與AD737芯片的CAV端口之間連接有電容C6，AD737芯片的CC端口與AD737芯片的COM端口之間連接有電容Cl，AD737芯片的COM端口接GND，AD737芯片的COM端口與AD737芯片的OUT端口之間連接有電容C2，AD737芯片的+VS端口輸出+5V電壓。
[0030]輸入電流信號通過反并聯(lián)穩(wěn)壓管和電阻R6將電流信號轉化為電壓信號，送電壓信號進AD737的VIN端口(輸入端)，經(jīng)過芯片內(nèi)部運算單元處理得到輸入電壓信號的真有效值。
[0031]圖5是本發(fā)明測試系統(tǒng)探頭模塊的采樣放大電路2示意圖，結構是包括一個運算放大器，運算放大器的8腳與+5V電壓連接，運算放大器的4腳與-5V電壓連接，運算放大器的2腳與電阻R3連接，同時運算放大器的2腳通過WRl與I腳連接，運算放大器的3腳通過電阻R4與GND連接。
[0032]從AD737的OUT輸出端得到的有效值通過電阻R3、運算放大器和WRl將信號放大，電阻R4構成運算放大器的保護接地。
[0033]圖6是本發(fā)明測試系統(tǒng)探頭模塊的壓頻變換模塊3示意圖，包括MC14046芯片，MC14046芯片內(nèi)部包括壓控振蕩器、自偏置電路和相位比較器，MC14046芯片的幾個主要對外端口分別是，I腳是相位比較器的輸出端與電光變換電路連接；3腳是相位比較器的比較信號輸入端，14腳是自偏置電路的信號輸入端，4腳是壓控振蕩器的信號輸出端，并且3腳、14腳和4腳短接；5腳是禁止端(高電平時禁止，低電平時允許壓控振蕩器工作)，8腳是電源負極，11腳是外接振蕩電容，11腳串聯(lián)電阻Rl后與5腳及8腳共同連接-5V電壓；6腳與7腳之間連接有外接振蕩電容C7 ；9腳是壓控振蕩器控制端，用于輸入Vsig信號；16腳外接有+5V電源，并且16腳與電光變換電路連接。
[0034]壓頻變換模塊采用MC14046實現(xiàn)電壓-頻率之間的變換，該部分的功能就是將信號進行電壓-頻率變換，同時采用了鎖相環(huán)技術將電信號變換為具有一定頻率的脈沖信號以便輸送至電光變換電路，驅動發(fā)光二極管將電信號變換成光信號，然后通過光纖與上位機模塊通訊達到測試效果。采用光纖連接不僅能夠滿足系統(tǒng)要求，而且解決了高低壓之間的隔離問題。該壓頻變換模塊應用于光纖高壓電流傳感器的探頭中，輸入到探頭模塊的信號經(jīng)過有效值變換電路和放大電路得到信號V sig，將其接入第9腳VCOin，壓控振蕩器將輸入模擬信號電壓調(diào)制為方波信號，由第4腳VCOwt輸出；第4腳輸出通過第3、14腳接入相位比較器，第3腳和第14腳輸入信號是同一信號，沒有相位差，但在第14腳與相位比較器之間設置有一自偏置電路，該自偏置電路為一線性放大器，能夠在放大器的線性區(qū)域調(diào)整小電壓信號，自偏置電路輸入和輸出之間肯定有微小的時間延遲，因此信號經(jīng)過自偏置電路的調(diào)整造成延時形成了與第3腳同一輸入信號的微小相位差，結果相位比較器通過第I腳輸出一個倒置極窄脈沖。相位比較器的作用就是將方波轉換為窄脈沖以滿足微功耗電路設計的要求。
[0035]圖7是本發(fā)明測試系統(tǒng)中探頭模塊通過鎖相環(huán)技術進行電壓-頻率-脈沖處理后的脈沖波形。從圖7中可以觀察到第3和14腳同一輸入經(jīng)過自偏置電路有了一定的延時，出現(xiàn)了微小的相位差，通過相位比較器輸出了極窄脈沖。由計算可得，極窄脈沖驅動發(fā)光二極管所耗功率僅為方波驅動所耗功率的3%。，實驗測得鎖相環(huán)電壓-頻率-脈沖電路功耗小于0.3mW，在保全傳遞信息的同時最大限度的降低了壓頻變換模塊的功耗，從而使系統(tǒng)功耗降低。
[0036]圖8是本發(fā)明測試系統(tǒng)的上位機模塊原理示意圖。上位機模塊包括40個光纖接收器、多個74LS151多路數(shù)據(jù)選擇器、89C51單片機和顯示設備連接而成。上位機模塊的單片機采用C語言編程，單片機選用89C51，單片機中預存有主程序，主程序包括計算頻率子程序、查表子程序和顯示子程序，從而得到相應的電壓、頻率變換關系，電壓值和頻率之間是成線性正比關系的，查表后經(jīng)過計算得到對應電壓。上位機模塊工作時，流過避雷器閥片的電流信號轉變?yōu)楣饷}沖信號，處于高電位的光脈沖信號經(jīng)光纖傳遞到光纖接收電路，光纖接收電路將微弱的光脈沖信號送入多路數(shù)據(jù)選擇器，經(jīng)放大、整形、計數(shù)、編碼后送入單片機進行數(shù)字處理后顯示出來。由于實際信號不可能是一個完美的線性曲線，必然帶有一定的非線性特征。為了解決非線性問題，采取了分段線性化的措施，通過多組數(shù)據(jù)之間的對比關系確定基本數(shù)據(jù)范圍，不再一味追求數(shù)據(jù)暫時的精確，而是觀察數(shù)據(jù)符合不符合區(qū)間范圍，來達到測量精度的要求。
[0037]本發(fā)明的氧化鋅避雷器泄漏電流測試系統(tǒng)，通過測量泄漏電流的光電傳輸及頻率測量，采用脈沖頻率調(diào)制的原理對信號進行調(diào)制，由于信號是用光纖傳送的光脈沖信號，因而不受電磁干擾和環(huán)境干擾的影響，并且低壓側接收到的信號實際上不受因環(huán)境變化和光纖不規(guī)則引起的高壓側發(fā)光二極管發(fā)光強度變化的影響，將此電壓信號變換成頻率調(diào)制光脈沖信號，再將該光脈沖信號通過光纖傳到低電位端，在低電位端，經(jīng)上位機變換把光信號解調(diào)為電信號并進行處理后，還原成所測量的電流信號。
【權利要求】
1.一種氧化鋅避雷器泄漏電流測試系統(tǒng)，其特點在于:包括分為探頭模塊和上位機模塊， 所述的探頭模塊包括四十路探頭單元，每路探頭單元包括反并聯(lián)穩(wěn)壓管，反并聯(lián)穩(wěn)壓管并聯(lián)有電阻(R)，反并聯(lián)穩(wěn)壓管依次與有效值變換電路(I)、采樣放大電路(2)、壓頻變換模塊(3 )和電光變換電路(4 )連接，電光變換電路(4 )輸出端與光纖通道(5 )輸入端對應連接; 所述的上位機模塊包括光電變換電路(6),光電變換電路(6)輸入端與光纖通道(5)輸出端對應連接，光電變換電路(6)依次與多路數(shù)據(jù)選擇器(7)、頻率采集電路(8)、單片機(9)連接，單片機(9)與顯示(10)連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的氧化鋅避雷器泄漏電流測試系統(tǒng)，其特點在于:所述的探頭模塊通過電源變換電路與電源連接， 電源變換電路結構是，包括電源轉換芯片一，電源轉換芯片一的LX端口通過電感(LI)與電源連接，電源轉換芯片一的LX端口通過二極管(Dl)后輸出5V電壓，電源轉換芯片一的CE端口和OUT端口與二極管(DI)的輸出端連接后，一起通過電容(C4 )接GND ; 5V電壓與電源轉換芯片二的VIN端口和SHN端口同時連接，電源轉換芯片二的C+端口和C-端口之間連接有電容(C3)，電源轉換芯片二的OUT端口輸出-5V電壓，同時電源轉換芯片二的OUT端口通過電容(C5)接GND。
3.根據(jù)權利要求1所述的氧化鋅避雷器泄漏電流測試系統(tǒng)，其特點在于:所述的有效值變換電路(I)結構是， 包括AD737芯片，AD737芯片的VIN端口與反并聯(lián)穩(wěn)壓管輸出端連接，AD737芯片的-VS端口與-5V電壓連接，同時AD737芯片的-VS端口與AD737芯片的CAV端口之間連接有電容(C6)，AD737芯片的CC端口與AD737芯片的COM端口之間連接有電容(Cl)，AD737芯片的COM端口接GND，AD737芯片的COM端口與AD737芯片的OUT端口之間連接有電容(C2)，AD737芯片的+VS端口輸出+5V電壓。
4.根據(jù)權利要求1所述的氧化鋅避雷器泄漏電流測試系統(tǒng)，其特點在于:所述的采樣放大電路(2)結構是， 包括一個運算放大器，運算放大器的8腳與+5V電壓連接，運算放大器的4腳與-5V電壓連接，運算放大器的2腳與電阻(R3)連接，同時運算放大器的2腳通過WRl與I腳連接，運算放大器的3腳通過電阻(R4)與GND連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的氧化鋅避雷器泄漏電流測試系統(tǒng)，其特點在于:所述的壓頻變換模塊(3)結構是， 包括MC14046芯片，MC14046芯片內(nèi)部包括壓控振蕩器、自偏置電路和相位比較器，MC14046芯片的I腳是相位比較器的輸出端與電光變換電路連接；3腳是相位比較器的比較信號輸入端，14腳是自偏置電路的信號輸入端，4腳是壓控振蕩器的信號輸出端，并且3腳、14腳和4腳短接；5腳是禁止端，8腳是電源負極，11腳是外接振蕩電容，11腳串聯(lián)電阻(Rl)后與5腳及8腳共同連接-5V電壓；6腳與7腳之間連接有外接振蕩電容(C7);9腳是壓控振蕩器控制端，用于輸入Vsig信號；16腳外接有+5V電源,并且16腳與電光變換電路連接。
6.一種氧化鋅避雷器泄漏電流測試方法，利用權利要求1所述的氧化鋅避雷器泄漏電流測試系統(tǒng)，其特點在于: 將各個探頭單元依次串聯(lián)在相鄰的氧化鋅避雷器閥片之間，將檢測電壓直接加在所連接區(qū)段氧化鋅避雷器閥片的最兩端，各個探頭單元通過光纖通道與上位機模塊進行通信，就能測量到各個氧化鋅避雷器閥片的 泄漏電流，通過檢測泄漏電流峰值來計算各路電位分布，從而判定各路信號對應的氧化鋅避雷器閥片質量狀況。
【文檔編號】G01R19/00GK103760401SQ201410022330
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權日:2014年1月17日
【發(fā)明者】張靜剛, 姚科奇, 楊波, 曾光, 楊勇, 周紅艷 申請人:西安理工大學