專利名稱：電力設(shè)備介質(zhì)損失和電容量自動測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動測量電力設(shè)備介質(zhì)損失和電容量的儀器，特別是適用于電力設(shè)備在電力系統(tǒng)運行的場合和功率因數(shù)很小的情況下測量功率。
目前國內(nèi)外測量電力設(shè)備的介質(zhì)損失和電容量，多采用西林電橋，在我國廣泛采用的是上海電表廠生產(chǎn)的QSI型交流電橋，該電橋是手動平衡的電橋，，根據(jù)平衡時的參數(shù)求出介質(zhì)損失角正切值tgδ和電容量C。用QSI電橋測量介質(zhì)損失和電容量。其缺點是調(diào)平衡操作麻煩，費時，經(jīng)常操作的元件容易出故障，在光線強的地方檢流計的光帶很難看清楚，在tgδ和C隨時間變化的場合因無法平衡而無法使用QSI電橋，電力設(shè)備帶電運行下亦無法使用QSI電橋。50年代國外有一種自動平衡電橋，是利用機械的方法實現(xiàn)電橋自動平衡，這種電橋價格昂貴，不能在電工行業(yè)中普遍應(yīng)用，只在很特殊的場合使用過;而且，用機械方法自動調(diào)平衡的時間較長，無法在tgδ和C隨時變化的場合使用，目前國內(nèi)外雖然有許多其它類型的測量電阻，電感和電容的電橋或儀器，但由于它們都是采用高頻率(10KHz或以上)和低電壓(幾百伏或以下)的方法，不適宜于測量電力設(shè)備的tgδ和C;因為，測量電力設(shè)備介質(zhì)損失的特點為高電壓(10Kv或以上)50Hz和低功率因數(shù)(COSθ＝sinδ≈0.005～0.06)。目前電力系統(tǒng)中仍然廣泛采用QSI電橋這種50年代的產(chǎn)品，其原因就在于尚未找到功率因數(shù)非常小(0.005～0.06)的情況下能準確自動測出功率的方法，尚未找到能代替QSI電橋的儀器。
本發(fā)明的目的是為了克服用西林電橋測量電力設(shè)備介質(zhì)損失和電容量的上述缺點，找出能取代QSI電橋的測量電力設(shè)備介質(zhì)損失和電容量的新方法和新的儀器，以提高電力系統(tǒng)的運行可靠性。
本發(fā)明采用新的構(gòu)思和應(yīng)用集成電路技術(shù)，設(shè)計出介質(zhì)損失和電容量的自動測量儀，其基本原理為，分別測出待測信號的有功分量，待測信號的無功分量以及參考信號的無功分量后，將待測信號的有功分量除以待測信號的無功分量。得介質(zhì)損失角正切值，將待則信號的無功分量除以參考信號的無功分量，得待測試品的電容量，由于待測信號的功率因數(shù)很小(0.005～0.06)。本發(fā)明采用自動補償?shù)舸郎y信號中的無功分量的方法，以實現(xiàn)有功分量的準確測量。
本發(fā)明與目前在電工行業(yè)中廣泛采用的QSI型交流電橋相比，具有重量輕，體積小，測量范圍寬，準確度高，不需要調(diào)平衡，直接讀數(shù)，讀數(shù)不受外施電壓變化的影響，適用于Tgδ和C變化的場合，以及適用于電力設(shè)備帶電運行的場合等優(yōu)點。此外，應(yīng)用本發(fā)明所述的方法，可用普通瓦特表指示功率因數(shù)很小的功率。
以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明作進一步的詳述。


圖1電力設(shè)備介質(zhì)損失和電容量自動測量儀原理框圖。
圖2儀器所涉及的信號的向量圖。
圖3自動補償無功分量的原理圖。
圖4Tgδ和C自動測量儀電路框圖。
如圖1，本發(fā)明由待測信號轉(zhuǎn)換器(1)，參考信號轉(zhuǎn)換器(2)，有功分量檢測器(3)，無功分量檢測器(4)，參考無功分量檢測器(5)，除法功能器(6及7)，以及指示器(8及9)組成。
待測信號轉(zhuǎn)換器(1)及參考信號轉(zhuǎn)換器(2)，根據(jù)實際的測量條件，可以分別或同時由阻容分壓器、電容分壓器、電阻分壓器、互感器、電流電壓變換器或放大器組成。
有功分量的檢測(3)和無功分量的檢測(4)，均采用四象限乘法功能塊完成，其基本原理結(jié)合圖2加以說明。圖2中，設(shè)U為作用于電力設(shè)備上的電壓，UNo為與U成90度的參考電壓Ix為流過電力設(shè)備的電流，Ic為Ix的無功分量，IR為Ix的有功分量，Uxo與Ix同相位，設(shè)U＝UmSinwtUxo＝Uxomsin(wt+θ)UNo＝UNomsin(wt+π/2)檢測無功分量時，將Uxo及UNo輸入到一個四象限乘法功能塊中，則該乘法功能塊的輸出正比于[Cosδ-sin(2wt+θ)]采用濾波器濾去交變分量后，就剩下正比于Cos的直流分量，由于正常的電力設(shè)備，δ很小，Cos≈i，而濾波器的紋波因數(shù)一般可達0.1%，因此，上述方法可保證測量無功分量的準確度。
檢測有功分量時，如果將Uxo及U直接輸入到一個乘法功能塊中，那么，這時該乘法功能塊的輸出正比于[Sinδ-Cos(2wt+θ)]由于正常的電力設(shè)備，sinδ≈0.005～0.06，因此，這時即使采用0.1%紋波因數(shù)的濾波器濾去交變分量，測量出的有功分量其準確度也不能保證。
為了克服上述困難，本發(fā)明中，測量介質(zhì)損失時，或測量功率因數(shù)很小的功率損失時，不是直接將Uxo與U輸入到一個乘法功能塊中，而是如圖3，首先將Uxo的無功分量進行補償，補償?shù)姆椒椋瑢xo放大KUNom倍，得到新的向量Ux。將Uno放大KUxom倍得到新的向量Un這樣一來，Ux和UN幅值相等，UN的相位與UNo相同，Ux的相位與Uxo相同;Ux減UN得到一個新的向量UNx。然后，以UNX和U輸入到一個四象限乘法功能塊中，該乘法功能塊的輸出正比于(Cosθ)/(Cosδ／2) [Cosδ/2-Cos(2wt- (δ)/2 )]再用濾波器濾去交變分量，即得到與Cosθ成正比的輸出量，由于Cosδ/2≈1，采用0.1%的紋波因數(shù)的濾波器、可滿足準確度的要求。
測量介質(zhì)損失時，一般習(xí)慣上不是以功率表示，而是以tgδ表示，為此，本發(fā)明采用除法功能器(6)得出與tgδ成正比的量。
參考無功分量檢測器(5)的輸出，是根據(jù)測量電容量的需要，以使無功分量除以參考無功分量后，除法功能器(7)輸出的量能正比于待測電容量為條件。
指示器(8)和(9)，可根據(jù)實際需要，采用指針式。數(shù)字式或自動記錄式儀表。
圖1與QSI型交流電橋相對應(yīng)，是同時測量tgδ和C的原理框;為了節(jié)省元件。功能塊(3)，(4)，(5)可以有共用部分。若實際上只需要測量有功分量，或無功分量，或tgδ或C時，圖1時，圖1可以簡化。
實施例同時自動測量tgδ和C的電路框如圖4。待測信號轉(zhuǎn)換器(1)由無感電阻R與試品Cx串聯(lián)及放大功能塊(11)組成。C為試品Cx的電容量。參考信號轉(zhuǎn)換器(2)，由無感電阻RN與標準電容器CN串聯(lián)及放大功能塊(21)組成。有功分量檢測器(3)由功能塊(3451)，(341).(31)(32).(33)(34)(35)及(36)組成;(3451)及(31)為峰值檢測功能塊，(341)和(32)為乘法功能塊。(341)輸出的幅值與(32)輸出的幅值相同;33為放大功能塊，由運算放大器構(gòu)成;(341)和(32)的連接方式，保證(33)的輸入相當于UNX;(33)的目的是將UNx適當放大;(34)是移相功能塊，其目的是使輸出的電壓其相位與U相同;(35)為乘法功能塊;(36)為濾波功能塊，采用運算放大器構(gòu)成，其目的是只允許直流通過，濾波器的紋波因數(shù)0.1%即可保證測量的準確度。無功分量檢測器(4)由功能塊(3451)，(341)。(41)，及(42)組成;(41)為乘法功能塊。(41)的一對輸入接到(341)的輸出端，目的是使tgδ的讀數(shù)不受外施電壓幅值的影響;(42)為濾波功能塊，采用運算放大器組成，目的是只允許直流通過，紋波因數(shù)達到0.1%即可保證測量的準確度，參考無功分量檢測器(5)由功能塊(3451)。(51)及(52)組成;(51)為平方器功能塊，(52)為乘法功能塊，這些功能塊的作用，是使電容量的讀數(shù)只與待測電容量C成正比，而與外施電壓無關(guān)，除法功能器(6)由(61)及(62)組成;(61)為除法器;(62)為電壓調(diào)節(jié)器，其作用是使tgδ讀數(shù)與儀表刻度相適應(yīng);(62)根據(jù)實際情況，可以是電阻分壓器或放大功能塊;如無必要，(62)可省去，除法功能器(7)由(71)及(72)組成;(71)為除法器(72)為電壓調(diào)節(jié)器;(72)的作用是使電容量C的讀數(shù)與指示儀表的刻度相適應(yīng);(72)根據(jù)實際情況，可以是電阻分壓器或放大功能塊;如無必要，(72)可省去。指示器(8)指示tgδ之值;指示器(9)指示C之值;指示器(8)及(9)可根據(jù)實際需要，采用指針式，數(shù)字式或自動記錄式電壓表。(3451)為(3).(4)及(5)的共用部分。(341)為(3)及(4)的共用部分。
只需要自動測量tgδ時，省去圖4中的(51)，(52)，(71)，(72)及(9)。只需要要自動測量C時，省去(3)，(6)，(8)，(341)及(52)。只需要測量有功功率時。省去(4).(5).(6).(7)及(9);當指示器采用瓦特表時，再省去(35)及(36)，并且將瓦特表置于相當于(35)的位置;功率因數(shù)很小時，以往不僅不能用普通瓦特表準確測量功率，而且也不能用現(xiàn)有的低功率因數(shù)瓦特表準確測量;本發(fā)明中由于采用圖3所說明的自動補償無功分量的技術(shù)，不僅可用低功率因數(shù)瓦特表來測量，而且可用普通瓦特表來測量。
權(quán)利要求
1.電力設(shè)備介質(zhì)損失和電容量自動測量儀，其特征是，由待測信號轉(zhuǎn)換器(1)，參考信號轉(zhuǎn)換器(2)，有功分量檢測器(3)，無功分量檢測器(4)，參考無功分量檢測器(5)，除法功能器(6及7)和指示器(8及9)等集成電路部件構(gòu)成，有功分量除以無功分量得正比于介質(zhì)損失角正切值的量，無功分量除以參考無功分量，得正比于待測電容量的量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器，其特征是，測量有功分量時，對待測信號的無功分量進行自動補償;在功率因數(shù)非常小(0.005～0.06)的情況下，經(jīng)過自動補償后，待測信號的功率因數(shù)可轉(zhuǎn)變成接近于1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的儀器，其特征是，自動補償無功分量的方法是采用二個峰值檢測器和二個乘法功能塊，以及它們的適當連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，2和3所述的儀器，其特征是，測量有功分量是將補償后的待測信號與參考電壓聯(lián)合輸入到一個乘法功能塊，該乘法功能塊輸出的交變部分用濾波器濾去。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的儀器，其特征是，獲得與外施電壓同相位的參考電壓的方法是采用運算放大器組成的移相器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器，其特征是，測量無功分量是采用乘法器和濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1，4和6所述的儀器，其特征是濾波方法采用運算放大器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的儀器，其特征是，單獨測量有功功率時，在待測信號的功率因數(shù)很小(0.005～0.06)的情況下，可采用普通功率因數(shù)瓦特表指示。
全文摘要
電力設(shè)備介質(zhì)損失和電容量包自動測量儀，其特征是采用集成電路技術(shù)將待測信號的有功和無功分量準確地加以檢測；檢測有功分量時，采用峰值檢測器和乘法器自動補償?shù)粜盘栔械臒o功分量，以提高測量tgδ的準確度；采用除法器消除外施電壓變化的影響；因此，本儀器不管外施電壓為多少，均能直接讀出tgδ和C；特別適用于電力設(shè)備帶電運行情況下自動測量tgδ和C。
文檔編號G01R27/26GK1039118SQ8810405
公開日1990年1月24日 申請日期1988年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月26日
發(fā)明者羅卓林 申請人:羅卓林