局部放电测量仪校准装置是根据国家计量标准设计和研制的,其各项技术指标均符合国家标准研究的要求。本机的创新在于采用It(脉冲电流对时间积分)的方法测量局部放电量,以虚拟仪器代替传统示波器。采用高新科学技术已使校准装置达到半智能化、精度高、感应灵敏、操作方便等优点;利用USB接口与电脑直接连接,通过电脑操作控制,内部应用虚拟式示波器,测量标准化,可广泛使用于各项电子实验、研究开发、电力系统检测等工作领域。
1 工作原理
1.1 局部放电测量仪信号电路测试原理
如图1所示,信号发生器发出正弦信号,由示波器读出频率及幅值,并送入电脑;信号再经屏蔽线送入局部放电测量仪,用来校准局部放电测量仪的下限截止频率、上限截止频率及峰值频率。
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1.2 局部放电测量仪放电量校准器校准原理
局部放电测量仪放电量校准器的校准接线如图2所示。
图中:Cq为分度电容器;R为负载电阻,也可以不用;Cx为被试品等效电容;Ck为耦合电容;Zm为负载阻抗。
由校准脉冲发生器发生的脉冲经分度电容器Cq积分,积分生成的脉冲电流经负载电阻R(也可以不用)转换为脉冲电压,经过被试品等效电容Cx,耦合电容Ck和负载阻抗Zm将信号加至被检的局部放电测量仪。
在图2中,由标准脉冲发生器发出的标准电压脉冲,经过试品电容Cx放电,由示波器读出信号波形,并且将信号积分,信号的面积即是局部放电量,送往PC机处理后,与被检的局部放电测量仪显示的局部放电量进行比较,可以得出被检局部放电测量仪的测量误差。
1.3 雷电冲击电压发生器原理
标准校准信号发生器发出雷电冲击信号,经功率放大器放大,再经高频变压器产生100 V雷电冲击电压。本项目没有采用直流加开关管的方法产生雷电冲击电压,一方面是波形容易调节,另一方面是容易控制。[next]
2 关键技术及解决方案
(1)采用虚拟数据采集技术,进行数字积分,按照q=It的方法来实现对局部放电量的测量,这是本项目的首创。过去都采用电压幅值乘电容的方法,按照q=UC的方法来实现对局部放电量的测量。
(2)采用阻抗替换的方法测量内阻,也是本项目的独创。
2.1 标准内阻测试方法
已有测试方法采用标准DL/T 846.4-2004((高电压测试设备通用技术条件第4部分:局部放电测量仪》6.13.1(原标准编号)校准脉冲发生器内阻的测试。
测试接线如图3(原标准图号)所示。
断开图3中开关S,将被检校准脉冲发生器输出脉冲通过电容C接到示波器的输入端,读出示波器显示的电压波形峰值Up,将开关S合上,调节可变电阻器Rw,使示波器显示的电压波形峰值降为Up/2。此时可变电阻器Rw的值即为校准脉冲发生器的内阻值。本项目的研究发现,上述标准的规定是不能准确测量内阻的。这是因为校准脉冲信号发生器所发生的信号是频率为1 000~1 200 Hz的方波,其上升时间小于等于
60 ns,它的带宽经频谱分析仪分析为30 MHz左右,它需要测量的不是直流电阻,而是相应频率下的交流阻抗。由于电容的影响,普通可调电阻组成的测量电路,其时间常数很大,所以无法对高频电路进行准确测量。
2.2 阻抗替换的内阻测试方法
本项目采用阶跃电压发生器内阻的测量方法,阶跃电压发生器内阻的测量接线如图4所示。
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图4中,阶跃脉冲电压发生器是能产生上升时间小于60 ns,衰减时间大于100μs脉冲电压的信号发生器;示波器为带宽大于50 MHz的数字示波器;C为分度电容器;BNC为同轴连接器;R1,R2,R3,Rn为可以替换的无感电阻。
按图4连接,连接时,使用BNC同轴连接器。设备之间连接用同轴电缆。
从图4中可以看出,由于本项目使用的连接导体都是屏蔽电缆,使用的连接器都是BNC同轴连接器,所以电路的电容非常小,这样就能对高频电路进行准确的测量。测量中使用的替换电阻都是经过严格调整的,电感和电容的电阻都非常小,它们的直流电阻和交流阻抗非常接近,这样替换测量的结果就是阶跃脉冲电压发生器的真正内阻,符合测量要求。
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