CN101702012A - 一种局部放电量测量的视在电荷校准器 - Google Patents

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Abstract

一种局部放电量测量的视在电荷校准器，其特征在于，该校准器包括：电源单元S，用于将交流电经整流后产生15V直流电源；方波发生器U，用于产生一个标准方波电压U值，输出至整形放大单元A；整形放大单元A，用于将标准方波电压U值整形放大；转换输出单元Z，用于将整形放大后标准方波电压U值转换成输出视在电荷值；其电源单元S输出端分别与方波发生器U、整形放大单元A及转换输出单元Z相连；方波发生器U、整形放大单元A、转换器B及标准注入电容器C依次相互电连接，实现将方波发生器U的电压信号转换成可变的局部放电量输出信号。它能够用于校准局放试验测试***和局部放电测试回路校验，其输出放电量为1-10000pC、准确度优于±2％。

Description

一种局部放电量测量的视在电荷校准器
技术领域
本发明涉及高压设备测试技术领域，特别涉及一种局部放电量测量回路校准用的视在电荷校准器。
背景技术
由于绝缘材料本身的缺陷，在工作电压下形成局部放电造成绝缘老化并甚至发展到击穿。因此检测局部放电量，能够比较灵敏的反映出设备的早期故障，可为决定和采取预防措施提供依据，对于电力高压设备的安全稳定运行具有重要意义。故将局部放电作为高压电器产品设备绝缘试验项目之一。并且随着IEC标准对《局部放电测量》的修订即将进行的再更新，则对局部放电试验用的测试***的计量和校准提出了更严格、更细致、更新的要求。
局部放电量测量的视在电荷校准器可为局部放电测量仪的校准和局部放电测量回路的校准提供一个方便的校准器，使测试准确度更高，并能够提高局部放电的测试可靠性。
目前使用的局部放电量测量的视在电荷校准器仅能输出10个变化范围以下的视在电荷放电量，其输出校准信号范围1-1000pC；视在电荷校准器准确度为5％-10％。不能满足目前高压电器产品设备局部放电量测量的精度要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种可输出放电量为1-10000pC、准确度优于±2％的校准局部放电量信号，用于校准局放试验测试***和局部放电测试回路校验用的视在电荷校准器。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的，一种局部放电量测量的视在电荷校准器，其特征在于，该校准器包括：
-电源单元S，用于将交流电经整流后产生15V直流电源；
-方波发生器U，用于产生一个标准方波电压U值，输出给整形放大单元A；
-整形放大单元A，用于将标准方波电压U值整形放大；
-转换输出单元Z，用于将整形放大后标准方波电压U值转换成输出视在电荷值；
所述电源单元S输出端分别与方波发生器U、整形放大单元A及转换输出单元Z相连；方波发生器U、整形放大单元A、转换输出单元Z依次相互电连接，实现将方波发生器U的电压信号转换成可变的局部放电量输出信号。
所述转换输出单元Z包括相互电连接的转换器B及标准注入电容器C；转换输出单元Z输入端设置在转换器B端。
所述方波发生器U为可变频率方波发生器，方波频率在0.22kHz-2.0kHz间连续可调。
所述方波发生器U为固定频率方波发生器，方波频率为50Hz。
所述整形放大单元A采取施密特触发器40106和功率三极管D882构成波形整形和功率扩展电路，方波的上升沿小于60ns。
所述标准注入电容器C设置有5个档位，转换器B设置11个转换电压档位，标准注入电容器C的5个档位分别与转换器B的11个转换电压档位按照：
K＝m·n排列组合方式输出K个视在电荷放电量档位；
其中，n＝1～5，n为注入电容器档位数；m＝1～11，m为输出转换电压档位数。
所述转换器B的电压档位分别为U1、U2、U3、.......U11；其电压值分别为10V、9V、8V、7V、6V、5V、4V、3V、2V、1V、0.1V；标准注入电容器C的5个档位分别为C1、C2、C3、C4、C5，其电容量分别为10pF、20pF、50pF、100pF、1000pF；按照q＝U×C得到视在电荷放电量1-10000pc的输出值。
所述电源单元S采用整流滤波经三端稳压IC7815产生正15V直流电压。
本发明局部放电量测量的视在电荷校准器由方波发生器产生方波电压U，并经一组转换电压档位变换电压，其后串联一组电容器C组成，直接输出视在电荷脉冲，其视在局部放电量q在校准器内部是根据公式q＝U×C来计算的。视在电荷校准器输出脉冲的上升时间小于60ns，衰减时间至少为1ms，校准器的耦合电容器的电容C应小于试样电容Ca的十分之一。
电源单元用220V/50Hz交流电源，经整流、滤波、稳压后形成直流电源向各个部分供电；方波发生器部分产生符合要求的电压幅值可调、电压值已知的电压方波信号；标准注入电容器由一组高稳定度的云母电容组成，由转换单元输出符合要求的、已知的视在局部放电量的脉冲信号。
本发明具有测量准确度高、线性度范围宽、可调频率范围宽，同时具有满足校准局部放电测试仪和局部放电测试回路的局部放电量校核的要求等优点。相对于现有视在电荷校准器可输出视在电荷放电量变化范围，本发明由10个档位提高到55个档位；并且其可输出校准信号范围由1-1000pC提高到1-10000pC；本发明视在电荷校准器校准准确度达2％。该校准器方波稳定，其快的前沿和宽的下降沿；频率范围宽，保证了准确度的提高，其注入电容器与转换器的巧妙分档提高了准确度和范围。
该局部放电量测量的视在电荷校准器可为局部放电测量仪的校准和局部放电测量回路的校准提供一个方便的校准器，使测试准确度更高，提高局部放电的测试可靠性。
附图说明
图1是局部放电量测量的视在电荷校准器结构框图；
图2是可变方波发生器电路原理图；
图3是固定方波发生器电路原理图；
图4是整形放大单元电路原理图；
图5是转换输出单元电路原理图；
图6是电源发生器电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明，需要说明的是，下述实施例仅用于说明本发明，并不用于限制本发明的实施范围。
如图1所示，该局部放电量测量的视在电荷校准器包括：一电源单元S，用于将交流电经整流后产生15V直流电源；一方波发生器U，用于产生一个标准方波电压U值，输出给整形放大单元A；一整形放大单元A，用于将标准方波电压U值整形放大，输出给转换输出单元Z；一转换输出单元Z，用于将整形放大后标准方波电压U值转换成视在电荷校准信号输出。
该校准器的电源单元S输出端分别与方波发生器U、整形放大单元A及转换输出单元Z输入端相连；方波发生器U、整形放大单元A、转换输出单元Z依次相互电连接，实现将方波发生器U的电压信号转换成局部放电量输出信号值。其中，转换输出单元Z包括转换器B及标准注入电容器C；转换输出单元Z输入端设置在转换器B端，标准注入电容器C与转换器B电连接。
接着以一个实施例来解释本发明的具体结构，如图2、3所示，本发明为了实现频率由50Hz到2kHz的可调，采用两种可选择的方波频率发生器。图2所示的一个方波发生器由时基集成电路NE555及其周边元件电阻及电容组成方波发生器，它是一个双稳态多谐振荡器，频率可变，NE555引脚：8连接电源电压Vcc端，引脚1连接地GND端，2端连接触发器端，3端为方波电压输出端，4端为复位端，5端为控制电压端，6端为门限(阈值)端，7端为放电端；其中，触发器端2与门限(阈值)端6相并联并与电容C相连，放电端7连接在相互串联的电阻R1、RW1、R2之间的RW1上，通过改变与放电端7相连RW1可实现方波频率在0.22kHz-2.0kHz间连续可调。
其工作原理为：工作电压经电阻R1、R2给电容C充电，当电容C充电达到2触发端和6门限(阈值)端的翻转电压时，则时基集成电路NE555翻转，电容C开始放电，由此周而复始形成的电压翻转信号既是所需方波信号，再经电路输出端输出至下级单元，整形放大。
另一个方波发生器是50Hz固定频率方波发生器。采用高速比较器LM339来实现；如图3所示，其输入电压Uin是经50Hz工频电源电压经整流后形成50Hz脉动电压由R3，R4分压得到，当管脚5的电压小于零时，比较器输出端2输出低电平，反之则输出高电平，实现固定频率50Hz的方波电压输出。
上述两种方波发生器，一个基于双稳触发器原理的方波发生器实现0.22kHz-2.0kHz可变频率的方波，另一种基于一个高速比较器原理的方波发生器实现50Hz固定频率的方波，提高了常用50Hz固定频率信号的抗干扰的能力，以保证达到校准器准确度要求，并且实现了更宽频带的要求(目前的频带宽度仅到1.0kHz)。
为了保证输出脉冲波形不产生过冲不震荡，形成脉冲后必须经过整形。图4所示是整形放大单元电路图；利用施密特触发器40106和功率三极管D882构成了波形整形和功率扩展电路。触发器40106(包含六个独立的施密特触发器单元)本设计只用了其中的一个单元；在本电路中其信号来源为上述的两种方波电压发生器的输出方波电压信号，触发器40106脚1为输入端，引脚2为输出端，引脚14为正电源端，引脚7为接地端。为适应本电路信号的幅值，触发器输入端连接了R6、R7两个分压电阻给触发器提供电压偏置，当输入信号达到引脚1的电压时，触发器40106快速翻转，引脚2输出低电平，当输入信号低于引脚1的电压时，引脚2则输出高电平，以形成整形后新的方波电压信号。电容C5为输入耦合电容器，以隔离直流偏移电压。整形后新的方波电压信号驱动三极管Q1以达到扩展输出功率的目的。由于触发器40106的快速翻转性能，实现了方波的上升沿小于60ns。
方波信号经整形放大后进入转换输出单元Z。转换输出单元Z由电阻分压网络和标准注入电容及档位选择构成，如图5所示。方波信号经过三极管Q1放大后，再通过分压网络的电阻R1、R2、R3、R4、R5......R11构成分压网络，可得到不同幅值的方波电压值，其电压值分别为10V、9V、8V、7V、6V、5V、4V、3V、2V、1V、0.1V，其信号再通过不同的档位注入到标准注入电容网络C1、C2、C3、C4、C5上，其电容量分别为10、20、50、100、1000pF，将注入电容分成五档，这就保证了大电容量试品的局部放电测试回路的校准；而小电容量的试品的局放试验回路校正，可选10-50pF注入电容档，可满足宽范围试品电容量的测试回路校准。
上述标准注入电容器C设置5个档位，转换器B设置11个转换电压档位，标准注入电容器C的5个档位分别与转换器B的11个转换电压档位按照：
K＝m·n排列组合方式输出K个视在电荷放电量档位；
其中，n＝1～5，n为注入电容器档位数；m＝1～11，m为输出转换电压档位数。
标准注入电容器C设置的五个档位n与转换器B 11个档位m分别按照排列组合的方式进行选档，即可选择注入电容器的10-1000pF任一个档位，转换器B有11个档位可供选择，每任一个转换器B的档位可以选择5个不同的标准注入电容器C的档位，最多有55种选择档位方式可供选择。通过档位开关选择不同电阻分压比及注入电容的电容量，则可得到输出已知的、不同幅值的局部放电校准脉冲信号，按照上述转换器B的电压档位与标准电容器C的档位选择可由q＝U×C得到局部放量校准电荷信号从1pC到10000pC的输出值。
如图6所示，电源的输入为220V/50Hz交流电源，经电源变压器T1降压后，经桥式整流模块D1整流、滤波电容C1、C2滤波、稳压模块MC781 5稳压后形成正极性15V直流电源向各个部分供电如图。
电源单元发生器采用整流滤波经三端稳压IC7815产生正15V直流电压。
本发明可为局部放电测量仪的校准和局部放电测量回路的校准提供一个方便的校准器，使测试准确度更高，提高局部放电的测试可靠性。本视在电荷校准器的准确度优于±2％，视在电荷的电荷量范围达1-10000pC。
本发明具有体积小、重量轻、测量准确度高、线性度范围宽、可调频率范围宽，同时满足校准局部放电测试仪和局部放电测试回路的局部放电量校核的要求等优点。
上述方案能够实现下述特点：
1)采用两个可供选择的方波发生器，能够产生频率从50Hz直到2000Hz的校准电荷脉冲，使其覆盖频带宽。
2)采用电阻网络及电容网络能够得到1pC到10000pC的宽范围输出。
3)采用合理的整形电路使方波的上升沿小于60ns，解决了上升沿要求快速的难题。
4)采用放大回路和高稳定度的电阻及电容元件使输出脉冲信号电压幅值稳定。

Claims (8)

1.一种局部放电量测量的视在电荷校准器，其特征在于，该校准器包括：
-电源单元S，用于将交流电经整流后产生15V直流电源；
-方波发生器U，用于产生一个标准方波电压U值，输出给整形放大单元A；
-整形放大单元A，用于将标准方波电压U值整形放大；
-转换输出单元Z，用于将整形放大后标准方波电压U值转换成输出视在电荷值；
所述电源单元S输出端分别与方波发生器U、整形放大单元A及转换输出单元Z相连；方波发生器U、整形放大单元A、转换输出单元Z依次相互电连接，实现将方波发生器U的电压信号转换成可变的局部放电量输出信号。
2.如权利要求1所述的局部放电量测量的视在电荷校准器，其特征在于，所述转换输出单元Z包括相互电连接的转换器B及标准注入电容器C；转换输出单元Z输入端设置在转换器B端。
3.如权利要求1所述的局部放电量测量的视在电荷校准器，其特征在于，所述方波发生器U为可变频率方波发生器，方波频率在0.22kHz-2.0kHz间连续可调。
4.如权利要求1所述的局部放电量测量的视在电荷校准器，其特征在于，所述方波发生器U为固定频率方波发生器，方波频率为50Hz。
5.如权利要求1所述的局部放电量测量的视在电荷校准器，其特征在于，所述整形放大单元A采取施密特触发器40106和功率三极管D882构成波形整形和功率扩展电路，方波的上升沿小于60ns。
6.如权利要求1所述的局部放电量测量的视在电荷校准器，其特征在于，所述标准注入电容器C设置有5个档位，转换器B设置11个转换电压档位，标准注入电容器C的5个档位分别与转换器B的11个转换电压档位按照：
K＝m·n排列组合方式输出K个视在电荷放电量档位；
其中，n＝1～5，n为注入电容器档位数；m＝1～11，m为输出转换电压档位数。
7.如权利要求6所述的局部放电量测量的视在电荷校准器，其特征在于，所述转换器B的电压档位分别为U1、U2、U3、.......U11；其电压值分别为10V、9V、8V、7V、6V、5V、4V、3V、2V、1V、0.1V；标准注入电容器C的5个档位分别为C1、C2、C3、C4、C5，其电容量分别为10pF、20pF、50pF、100pF、1000pF；按照q＝U×C得到视在电荷放电量1-10000pc的输出值。
8.如权利要求1所述的局部放电量测量的视在电荷校准器，其特征在于，所述电源单元S采用整流滤波经三端稳压IC7815产生正15V直流电压。
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