電力設備絕緣性能測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開的電力設備絕緣性能測試系統(tǒng)，包括有絕緣故障診斷主機，絕緣故障診斷主機上分別通過RS485總線連接有智能型絕緣電阻測試單元、高精度介質損耗測試單元和高壓變頻串聯(lián)諧振試驗電源單元，RS485總線連接有智能型絕緣電阻測試單元、高精度介質損耗測試單元和高壓變頻串聯(lián)諧振試驗電源單元還分別通過導線與阻、容性電力設備連接。本實用新型電力設備絕緣性能測試系統(tǒng)在絕緣電阻測試電路中大功率電源設計、高精度采樣回路設計、多數(shù)據(jù)融合絕緣故障診斷策略、交流試驗電源智能調(diào)頻調(diào)壓方法與電路實現(xiàn)等方面有較大創(chuàng)新。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于電子信息和電氣測量裝置【技術領域】，具體涉及電力設備絕緣性能 測試系統(tǒng)。 電力設備絕緣性能測試系統(tǒng)

【背景技術】
[0002] 電網(wǎng)能否實現(xiàn)安全及優(yōu)質的供電將直接影響到國家的經(jīng)濟發(fā)展、人民的正常生活 乃至國家的安全穩(wěn)定。電力設備自身絕緣故障是危及電網(wǎng)安全的主要原因之一，如何實現(xiàn) 電力設備的絕緣性能測試是保障電網(wǎng)安全運行的關鍵。
[0003] 現(xiàn)有電力設備絕緣性能分析中，大多是針對單一絕緣特性進行測試，沒有全面考 慮電力設備的綜合絕緣特性，且沒有兼顧絕緣故障的診斷分析，使得絕緣測試精度有限，功 能單一，不滿足電力設備絕緣狀態(tài)測試需求。為解決這一問題，需要對電力設備絕緣特性影 響因素、絕緣性能表征參數(shù)分析及高精度測試技術進行系統(tǒng)研究，開發(fā)出電力設備絕緣性 能智能測試系統(tǒng)，實現(xiàn)電力設備絕緣性能的高精度、高穩(wěn)定性及智能化測試。 實用新型內(nèi)容
[0004] 本實用新型的目的是提供一種電力設備絕緣性能測試系統(tǒng)，實現(xiàn)了電力設備絕緣 性能的高精度、高穩(wěn)定性及智能化測試。
[0005] 本實用新型所采用的技術方案是，電力設備絕緣性能測試系統(tǒng)，包括有絕緣故障 診斷主機，絕緣故障診斷主機分別通過RS485總線連接有智能型絕緣電阻測試單元、高精 度介質損耗測試單元和高壓變頻串聯(lián)諧振試驗電源單元；智能型絕緣電阻測試單元、高精 度介質損耗測試單元和高壓變頻串聯(lián)諧振試驗電源單元還分別通過導線與阻、容性電力設 備連接。
[0006] 本實用新型的特點還在于，
[0007] 智能型絕緣電阻測試單元，包括有單片機，單片機通過導線依次與PWM控制電路、 推動管、變壓器、倍壓整流電路、待測的電阻型負載、采樣電阻及隔離電路連接構成閉合 回路；單片機分別通過導線連接有液晶顯示屏、按鍵控制模塊及報警模塊；單片機連接有 RS485通信總線；推動管分別通過導線與保護器件、電池及市電連接。
[0008] 單片機的型號為PIC16F876A。
[0009] 變壓器為ΙΟΚΗζ的高頻變壓器。
[0010] 高精度介質損耗測試單元，包括有監(jiān)測分機，監(jiān)測分機包括有DSP運算處理單元 和FPGA，F(xiàn)PGA內(nèi)設置有采樣邏輯模塊和頻率測試模塊，采樣邏輯模塊和頻率測試模塊分別 通過導線與DSP運算處理單元連接；DSP運算處理單元通過RS485總線與絕緣故障診斷主 機連接，DSP運算處理單元還分別通過導線與GPS時間采集模塊、溫濕度信號采集模塊、人 機交互界面連接；采樣邏輯模塊通過導線依次與光耦隔離單元、信號提取單元、電壓電流信 號采集模塊、信號調(diào)理電路及頻率測試模塊連接。
[0011] 人機交互界面由按鍵裝置和液晶顯示屏連接組成。
[0012] 高壓變頻串聯(lián)諧振試驗電源單元，包括有變頻電源控制柜、勵磁變壓器及高壓諧 振回路模塊，變頻電源控制柜、勵磁變壓器及高壓諧振回路模塊依次連接構成閉合回路；變 頻電源控制柜包括有DSP核心板，DSP核心板分別通過導線連接有勵磁變壓器、LCD液晶顯 示屏、保護電路、RS485通信總線、按鍵、BUCK變換器及IGBT逆變器，IGBT逆變器通過導線 依次與BUCK變換器、EMI濾波電路及三相全橋不可控整流電路連接。
[0013] 三相全橋不可控整流電路外接有設置于變頻電源控制柜外部的三相電源。
[0014] 本實用新型的有益效果在于，
[0015] (1)本實用新型的電力設備絕緣性能測試系統(tǒng)實現(xiàn)了采樣電流信號的不失真?zhèn)?輸，并基于電壓電流法實現(xiàn)了絕緣電阻參數(shù)的精確計算。
[0016] (2)本實用新型的電力設備絕緣性能測試系統(tǒng)實現(xiàn)了對絕緣特征數(shù)據(jù)的預處理， 基于諧波分析法提出對采樣頻率進行自適應調(diào)整等改進方案，提高了數(shù)據(jù)測量精度。
[0017] (3)本實用新型的電力設備絕緣性能測試系統(tǒng)實現(xiàn)了諧振試驗電源中諧振點頻率 的快速跟蹤和鎖定。
[0018] (4)本實用新型的電力設備絕緣性能測試系統(tǒng)實現(xiàn)了電力系統(tǒng)電器設備的絕緣電 阻、泄漏電流、介質損耗綜合檢測，提高了電力設備安全預防的成效，保障了電力系統(tǒng)的安 全穩(wěn)定運行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是本實用新型電力設備絕緣性能測試系統(tǒng)的整體結構示意圖；
[0020] 圖2是本實用新型電力設備絕緣性能測試系統(tǒng)中智能型絕緣電阻測試單元的結 構示意圖。
[0021] 圖3是本實用新型電力設備絕緣性能測試系統(tǒng)中高精度介質損耗測試單元的結 構示意圖。
[0022] 圖4是本實用新型電力設備絕緣性能測試系統(tǒng)中高壓變頻串聯(lián)諧振試驗電源單 元的結構示意圖。
[0023] 圖中，1.絕緣故障診斷主機，2.智能型絕緣電阻測試單元，3.高精度介質損耗 測試單元，4.高壓變頻串聯(lián)諧振試驗電源單元，5.單片機，6.推動管，7.變壓器，8.倍壓 整流電路，9.采樣電壓信號，10.隔離電路，11.采樣電阻，12.監(jiān)測分機，13.人機交互界 面，14.信號提取單元，15.溫濕度信號采集單元，16. GPS時間采集模塊，17.變頻電源控制 柜，18. DSP核心板，19.待測的電阻性負載，20.三相全橋不可控整流電路，21. BUCK變換 器，22. IGBT逆變器，23.磁力變壓器，24.高壓諧振回路模塊，25. PWM控制電路，26.電池， 27.保護器件，28.液晶顯示屏，29.按鍵控制模塊，30.報警模塊，31. DSP運算處理單元， 32. FPGA，33.采樣邏輯模塊，34.頻率測試模塊，35.光耦隔離單元，36.電壓電流信號采集 模塊，37.信號調(diào)理電路，38. EMI濾波電路，39.按鍵，40. IXD液晶顯示屏，41.保護電路。

【具體實施方式】
[0024] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明。
[0025] 本實用新型電力設備絕緣性能測試系統(tǒng)，其的結構如圖1所示，包括有絕緣故障 診斷主機1，絕緣故障診斷主機1分別通過RS485總線連接有智能型絕緣電阻測試單元2、 高精度介質損耗測試單元3和高壓變頻串聯(lián)諧振試驗電源單元4,智能型絕緣電阻測試單 元2、高精度介質損耗測試單元3和高壓變頻串聯(lián)諧振試驗電源單元4還分別通過導線與 阻、容性電力設備連接。
[0026] 智能型絕緣電阻測試單元2,其結構如圖2所示，包括有單片機5,單片機5通過導 線依次與PWM控制電路25、推動管6、變壓器7、倍壓整流電路8、待測的電阻性負載19、采樣 電阻11及隔離電路10連接構成閉合回路；單片機5分別通過導線連接有液晶顯示屏28、 按鍵控制模塊29及報警模塊30,單片機5連接有RS485通信總線，推動管6分別通過導線 與保護器件27、電池26及市電連接。
[0027] 智能型絕緣電阻測試單元2采用高精度電流采樣電路。
[0028] 單片機5為PIC16F876A ;變壓器7為ΙΟΚΗζ的高頻變壓器。
[0029] 采樣電阻11是由多個電阻串聯(lián)構成，信號經(jīng)轉化變?yōu)椴蓸与妷盒盘?。
[0030] 高精度介質損耗測試單元3,結構如圖3所示，包括有監(jiān)測分機12,監(jiān)測分機12包 括有DSP運算處理單元31和FPGA，F(xiàn)PGA內(nèi)設置有采樣邏輯模塊33和頻率測試模塊34,采 樣邏輯模塊33和頻率測試模塊34分別通過導線與DSP運算處理單元31連接，DSP運算處 理單元31通過RS485總線與絕緣故障診斷主機1連接，DSP運算處理單元31還分別通過 導線與GPS時間采集模塊16、溫濕度信號采集模塊15、人機交互界面13連接，采樣邏輯模 塊33通過導線依次與光耦隔離單元35、信號提取單元14、電壓電流信號采集模塊36、信號 調(diào)理電路37及頻率測試模塊34連接。
[0031] 人機交互界面13由按鍵裝置和液晶顯示模塊連接組成。
[0032] 高精度介質損耗測試單元3應用了一種基于自相關函數(shù)的白噪聲檢驗方法自適 應確定最優(yōu)分解層數(shù)的小波閾值去噪算法。
[0033] 高壓變頻串聯(lián)諧振試驗電源單元4,其結構如圖4所示，包括有變頻電源控制柜 17、勵磁變壓器23及高壓諧振回路模塊24,變頻電源控制柜42、勵磁變壓器23及高壓諧振 回路模塊24依次連接構成閉合回路；變頻電源控制柜17包括有DSP核心板18, DSP核心 板18分別通過導線連接有勵磁變壓器23、IXD液晶顯示屏40、保護電路41、RS485通信總 線、按鍵39、BUCK變換器21及IGBT逆變器22, IGBT逆變器22通過導線依次與BUCK變換 器21、EMI濾波電路38及三相全橋不可控整流電路20 ;三相全橋不可控整流電路20外接 有設置于變頻電源控制柜17外部的三相電源。
[0034] 本實用新型電力設備絕緣性能測試系統(tǒng)中各部件的作用：
[0035] 絕緣故障診斷主機1通過RS485總線，把智能型絕緣電阻測試單元2、高精度介質 損耗測試單元3和高壓變頻串聯(lián)諧振試驗電源單元4測到的電力設備絕緣數(shù)據(jù)進行綜合故 障診斷，可準確的得到所測試阻、容性電力設備的綜合絕緣性能好壞。
[0036] 智能型絕緣電阻測試單元2中，推動管6、變壓器7和倍壓電路8組成了大功率電 源發(fā)生模塊，為阻、容性電力設備負載的測試提供了穩(wěn)定可靠的電源；采樣電壓模塊9經(jīng)高 精度的隔離電路10處理后，可以無失真的傳送給單片機5,單片機5把處理所得的電壓信號 經(jīng)與單片機5連接的RS485通信總線傳送給絕緣故障診斷主機1。
[0037] 監(jiān)測分機12內(nèi)的DSP運算處理單元31和FPGA共同協(xié)作，完成電流及電壓數(shù)據(jù)的 采樣邏輯控制、數(shù)據(jù)處理、信號頻率測量、人機界面通信及數(shù)據(jù)上傳的任務；其中，人機交互 界面13由按鍵裝置和液晶顯示屏經(jīng)連接組成，便于用戶設置參數(shù)，進行實時控制；由信號 提取單元14提取經(jīng)內(nèi)置電流傳感器所獲得的末屏電流信號，該信號分為兩路信號，一路通 過光耦隔離單元35后再經(jīng)內(nèi)置的程控放大器進行放大、帶通濾波后，輸入至FPGA內(nèi)內(nèi)頻率 測試模塊34,得到出信號頻率；還有一路信號經(jīng)過信號調(diào)理電路37送至DSP運算處理單元 31進行FFT運算（DSP運算處理單元31內(nèi)預先集成有FFT運算）；溫濕度采集模塊15通過 獲取阻、容性電力設備工作的溫度和濕度，以便絕緣故障診斷主機1進行分析；GPS時間采 集模塊16通過衛(wèi)星獲取精確時間來觸發(fā)監(jiān)測分機12,并讀取數(shù)據(jù)，再通過485總線將數(shù)據(jù) 上傳絕緣故障診斷主機1 ;絕緣故障診斷主機1來對通過485總線上傳的數(shù)據(jù)進行實時處 理，以便遠程操作。
[0038] 高壓變頻串聯(lián)諧振試驗電源單元4,外部的三相電源經(jīng)過三相全橋不可控整流電 路20整流后傳送給EMI濾波電路38、BUCK變換器21，變?yōu)榉悼烧{(diào)的電壓信號，此電壓信 號經(jīng)IGBT逆變器22和勵磁變壓器23后給后端的高壓諧振回路模塊24供電；高壓變頻串 聯(lián)諧振試驗電源單元4工作時，DSP核心板18把采回來的數(shù)據(jù)簡單處理后通過與DSP核心 板18連接的RS485通信總線傳送給絕緣故障診斷主機1 ;高壓變頻串聯(lián)諧振試驗電源單元 4內(nèi)部利用驅動芯片控制IGBT逆變器內(nèi)的柵極驅動、利用PWM波控制BUCK變換器21完成 調(diào)功，SPWM波控制IGBT逆變器內(nèi)的逆變橋實現(xiàn)變頻，同時利用FFT對高壓諧振回路模塊24 電壓、電流的相位分析實現(xiàn)諧振頻率實時跟蹤的智能控制算法，從而確保高壓諧振回路模 塊24快速諧振。DSP同時將數(shù)據(jù)能夠精確、快速的與絕緣故障診斷主機1進行傳輸。高壓 變頻串聯(lián)諧振試驗電源單元4內(nèi)集成了智能調(diào)頻調(diào)壓算法。
[0039] 本實用新型電力設備絕緣性能測試系統(tǒng)在絕緣電阻測試電路中大功率電源設計、 高精度采樣回路設計、多數(shù)據(jù)融合絕緣故障診斷策略、交流試驗電源智能調(diào)頻調(diào)壓方法與 電路實現(xiàn)等方面有較大創(chuàng)新。
【權利要求】
1. 電力設備絕緣性能測試系統(tǒng)，其特征在于，包括有絕緣故障診斷主機（1)，所述絕緣 故障診斷主機（1)分別通過RS485總線連接有智能型絕緣電阻測試單元（2)、高精度介質 損耗測試單元（3)和高壓變頻串聯(lián)諧振試驗電源單元（4)，所述智能型絕緣電阻測試單元 (2)、高精度介質損耗測試單元（3)和高壓變頻串聯(lián)諧振試驗電源單元（4)還分別通過導線 與阻、容性電力設備連接； 所述智能型絕緣電阻測試單元（2)，包括有單片機（5)，所述單片機（5)通過導線依次 與PWM控制電路（25)、推動管（6)、變壓器（7)、倍壓整流電路（8)、待測的電阻型負載（19)、 采樣電阻（11)及隔離電路（10)連接構成閉合回路； 所述單片機（5)分別通過導線連接有液晶顯示屏（28)、按鍵控制模塊（29)及報警模塊 (30);所述單片機（5)連接有RS485通信總線； 所述推動管（6)分別通過導線與保護器件（27)、電池（26)及市電連接； 所述單片機（5)的型號為PIC16F876A ; 所述高精度介質損耗測試單元（3)，包括有監(jiān)測分機（12)，所述監(jiān)測分機（12)包括有 DSP運算處理單元（31)和FPGA，所述FPGA內(nèi)設置有采樣邏輯模塊（33)和頻率測試模塊 (34)，所述采樣邏輯模塊（33)和頻率測試模塊（34)分別通過導線與所述DSP運算處理單 元（31)連接； 所述DSP運算處理單元（31)通過RS485總線與所述絕緣故障診斷主機（1)連接，所述 DSP運算處理單元（31)還分別通過導線與GPS時間采集模塊（16)、溫濕度信號采集模塊 (15)、人機交互界面（13)連接； 所述采樣邏輯模塊（33)通過導線依次與光耦隔離單元（35)、信號提取單元（14)、電壓 電流信號采集模塊（36)、信號調(diào)理電路（37)及所述頻率測試模塊（34)連接； 所述高壓變頻串聯(lián)諧振試驗電源單元（4)，包括有變頻電源控制柜（17)、勵磁變壓器 (23)及高壓諧振回路模塊（24)，所述變頻電源控制柜（17)、勵磁變壓器（23)及高壓諧振回 路模塊（24)依次連接構成閉合回路； 所述變頻電源控制柜（17)包括有DSP核心板（18)，所述DSP核心板（18)分別通過導線 連接有勵磁變壓器（23)、LCD液晶顯示屏（40)、保護電路（41)、RS485通信總線、按鍵（39)、 BUCK變換器（21)及IGBT逆變器（22)，所述IGBT逆變器（22)通過導線依次與BUCK變換 器（21)、EMI濾波電路（38)及三相全橋不可控整流電路（20)連接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的電力設備絕緣性能測試系統(tǒng)，其特征在于，所述變壓器（7)為 ΙΟΚΗζ的高頻變壓器； 所述人機交互界面（13)由按鍵裝置和液晶顯示模塊連接組成； 所述三相全橋不可控整流電路（20)外接有設置于變頻電源控制柜（17)外部的三相電 源。
【文檔編號】G01R27/26GK203909156SQ201420109004
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權日:2014年3月11日
【發(fā)明者】黃新波, 章云, 程文飛, 張周熊 申請人:西安工程大學