CN208537706U - 一种基于线性度分析的冲击电压发生器校准装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于线性度分析的冲击电压发生器校准装置，包括冲击电压发生器被校测量***、冲击电压发生器标准测量***、冲击电压发生器原边充电电压采集***、标准测量***的信息采集***和线性度校准分析***，冲击电压发生器被校测量***包括被校分压器、二次测量显示仪表，冲击电压发生器标准测量***包括标准分压器、标准二次测量显示仪表，冲击电压发生器原边充电电压采集***包括直流电阻分压器和低速采集卡，标准测量***的信息采集***包括高速采集卡，线性度校准分析***包括电源模块、主控制电路板和存储模块，本装置实时采集信息数据、分析处理，从而多方面把握原边和输出端的精准度，进一步提升冲击电压发生器校准的精准性。
Description
技术领域
本实用新型涉及冲击电压发生器校准技术领域，尤其涉及一种基于线性度分析的冲击电压发生器校准装置。
背景技术
随着电力市场的不断发展，越多越多的高压电气设备被投入使用。但是由于其在运行的过程中存在着一定的安全隐患，因此，需首先对其进行进行试验，尤其是绝缘性能的试验工作。而在试验中所用到的设备一般是冲击电压发生器。冲击电压发生器主要为实验室设备，用于对电力设备等试品进行雷电冲击电压全波、雷电冲击电压截波和操作冲击电压波的冲击电压试验，检验绝缘性能。
冲击电压发生器设备一般要求间隔一年或两年对其分压器及测量装置进行计量。
在进行冲击电压发生器校准试验时，通常的计量方法是用一个精度等级更高的标准分压器与被计量分压器一起并联接入冲击电压发生器设备上。即在冲击电压发生器的放电端连接有被测量分压器，分压器连接示波器。同时，在冲击电压发生器的放电端还连接有用于校准的标准分压器和示波器，标准分压器用于校准被测量分压器的精准度。
对于不高于标准分压器额定电压值的被计量设备，可以通过比对被计量测量***采集到的被计量分压器的电压值(即测量值)与标准测量***采集到的标准分压器的电压值(通常认为是真值)之间的差异，从而得出一个修正因子，来实现对被计量分压器及其测量***进行计量。
对于超过标准分压器额定电压值的被计量设备，标准测量***量程不能够满足现场冲击电压发生器的冲击电压，为了保证产品的检验质量，可以利用线性度试验，通常办法是在其5倍额定电压值以内进行推定，通过数据分析处理，在满足线性度偏差在±1％内条件下，扩展电压的测量范围，使更高电压等级的冲击电压设备得到有效溯源。
但是，由于在校准时，只考虑了冲击电压发生器的放电端输出的电压精准性，但是，并没有考虑冲击电压发生器的原边始端的精准性。若原边始端本身的工作状态处于非精准状态，那么，输出的电压等级无从考究其精准度，所以，原边信息的校准显得尤为重要。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于线性度分析的冲击电压发生器校准装置，结合冲击电压发生器输出端与原边的电压精度，实时采集信息数据，从而多方面把握冲击电压发生器的原边和输出端的精准度，进一步提升冲击电压发生器校准的精准性。
本实用新型采用的技术方案为：
一种基于线性度分析的冲击电压发生器校准装置，包括冲击电压发生器，还包括冲击电压发生器被校测量***、冲击电压发生器标准测量***、冲击电压发生器原边充电电压采集***、标准测量***的信息采集***和线性度校准分析***，所述的冲击电压发生器被校测量***包括被校分压器、二次测量显示仪表，被校分压器的输入端连接冲击电压发生器的放电端，被校分压器的输出端连接二次测量显示仪表，进行测量数据显示；所述的冲击电压发生器标准测量***包括标准分压器、标准二次测量显示仪表，标准分压器的输入端连接冲击电压发生器的放电端，标准分压器的输出端连接标准二次测量显示仪表，进行标准测量数据显示；所述的冲击电压发生器原边充电电压采集***包括直流电阻分压器和低速采集卡，直流电阻分压器的输入端连接到冲击电压发生器的原边充电端，直流电阻分压器的输出端连接低速采集卡的输入端，低速采集卡的输出端连接线性度校准分析***的充电采集输入端；所述的标准测量***的信息采集***包括高速采集卡，高速采集卡的输入端连接标准分压器的输出端，高速采集卡的输出端连接线性度校准分析***的放电采集输入端；所述的线性度校准分析***包括电源模块、主控制电路板和存储模块，电源模块为主控制电路板供电，主控制电路板的充电采集输入端连接低速采集卡的输出端，主控制电路板的放电采集输入端连接高速采集卡的输出端，存储模块用于存储主控制电路板的的处理信息。
所述的标准分压器的最大允许误差为±1％。
所述的标准二次测量显示仪表采用泰克示波器，最大允许误差为0.5％。
还包括标准二次衰减器，标准二次衰减器设于标准分压器和标准二次测量显示仪表之间，标准二次衰减器的分压比准确度等级不低于0.5级。
本实用新型将被校分压器的输入端连接冲击电压发生器的放电端，被校分压器的输出端连接二次测量显示仪表，再将标准分压器的输入端连接冲击电压发生器的放电端，标准分压器的输出端依次连接标准二次衰减器、标准二次测量显示仪表。标准分压器用于校准冲击电压发生器的峰值电压；标准二次衰减器用于辅助测量冲击电压的峰值；标准二次测量显示仪表进行标准测量数据显示，
之后，再将直流电阻分压器的输入端连接到冲击电压发生器的原边充电端，直流电阻分压器的输出端连接低速采集卡的输入端，低速采集卡的输出端连接线性度校准分析***的充电采集输入端。直流电阻分压器用来监测充电电容器的充电电压，低速采集卡采集直流电阻分压器的电压信号。
随后，再将高速采集卡的输入端连接标准分压器的输出端，高速采集卡的输出端连接线性度校准分析***的放电采集输入端。
最后将采集的低速采集卡和高速采集卡采集的信息发送给主控制电路板，主控制电路板内设有用于检测比较的校准软件程序，完成高速采集卡采集的瞬时脉冲电压量U1与低速采集卡采集的直流电压量U2进行比算，得出选取点的等效放电级数U'、多个选取点的平均等效放电级数、线性度偏差和电压利用系数。再利用各种参数与校准允许值进行比对校准，得出校准结果。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理框图；
图2为本实用新型的具体电路原理框图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实用新型包括冲击电压发生器，还包括冲击电压发生器被校测量***、冲击电压发生器标准测量***、冲击电压发生器原边充电电压采集***、标准测量***的信息采集***和线性度校准分析***。
所述的冲击电压发生器被校测量***包括被校分压器、二次测量显示仪表，被校分压器的输入端连接冲击电压发生器的放电端，被校分压器的输出端连接二次测量显示仪表，进行测量数据显示。
所述的冲击电压发生器标准测量***包括标准分压器、标准二次测量显示仪表，标准分压器的输入端连接冲击电压发生器的放电端，标准分压器的输出端连接标准二次测量显示仪表，进行标准测量数据显示。还包括标准二次衰减器，标准二次衰减器设于标准分压器和标准二次测量显示仪表之间，标准二次衰减器的分压比准确度等级不低于0.5级。
所述的冲击电压发生器原边充电电压采集***包括直流电阻分压器和低速采集卡，直流电阻分压器的输入端连接到冲击电压发生器的原边充电端，直流电阻分压器的输出端连接低速采集卡的输入端，低速采集卡的输出端连接线性度校准分析***的充电采集输入端。
所述的标准测量***的信息采集***包括高速采集卡，高速采集卡的输入端连接标准分压器的输出端，高速采集卡的输出端连接线性度校准分析***的放电采集输入端；
所述的线性度校准分析***包括电源模块、主控制电路板和存储模块，电源模块为主控制电路板供电，主控制电路板的充电采集输入端连接低速采集卡的输出端，主控制电路板的放电采集输入端连接高速采集卡的输出端，存储模块用于存储主控制电路板的的处理信息。
所述的标准分压器的最大允许误差为±1％。
所述的标准二次测量显示仪表采用泰克示波器，最大允许误差为0.5％。
还包括标准二次衰减器，标准二次衰减器设于标准分压器和标准二次测量显示仪表之间，标准二次衰减器的分压比准确度等级不低于0.5级。
下面结合附图详细说明本实用新型的工作原理：
首先，进行前期的准备工作，将被校分压器的输入端连接冲击电压发生器的放电端(高压引线端)，被校分压器的输出端连接二次测量显示仪表，进行测量数据显示。再将标准分压器的输入端连接冲击电压发生器的放电端(高压引线端)，标准分压器的输出端依次连接标准二次衰减器、标准二次测量显示仪表。标准分压器和被校分压器高压引线在水平面的投影应接近直角，偏差不大于10度，避免测量时受到彼此的干扰。
标准分压器的分压比准确度等级不低于0.5级，响应时间不大于15ns，用于校准冲击电压发生器的峰值电压；标准二次衰减器的分压比准确度等级不低于0.5级，用于辅助测量冲击电压的峰值；标准二次测量显示仪表进行标准测量数据显示，标准二次测量显示仪表采用泰克示波器，频宽100MHz的量程内幅值采样分辨率不超过0.2％，幅值测量误差不大于±1％，时间误差不超过±1％，用于校准冲击电压发生器的波形及峰值电压。
之后，再将直流电阻分压器的输入端连接到冲击电压发生器的原边充电端，直流电阻分压器的输出端连接低速采集卡的输入端，低速采集卡的输出端连接线性度校准分析***的充电采集输入端。直流电阻分压器用来监测充电电容器的充电电压，低速采集卡型号是USB-6233，功能就是采集直流电阻分压器的电压信号。
最后，再将高速采集卡的输入端连接标准分压器的输出端，高速采集卡的输出端连接线性度校准分析***的放电采集输入端。高速采集卡型号PCI-5124，功能是采集标准分压器的电压信号，就是电容器充满电后释放的电压。
正常校准时，将低速采集卡和高速采集卡采集的信息发送给主控制电路板，主控制电路板内设有用于检测比较的校准软件程序，校准软件程序为现有软件，属于现有技术，不在本实用新型的保护范围内。完成高速采集卡采集的瞬时脉冲电压量U1与低速采集卡采集的直流电压量U2进行比算，换算得出选取点的等效放电级数U'、多个选取点的平均等效放电级数ΔU'、线性度偏差δ和电压利用系数ρ；其中，等效放电级数U'＝U1/U2，线性度偏差电压利用系数
下面以实例说明校准情况：
若此次采用的校准的分压器的最大量程为400kV。
若需要校准的分压器在400kV以内，则可以进行全量程的校准，若被校分压器最高测量电压为U大，在被校分压器测量范围为选取5个测量点，分别为20％U大、40％U大、60％U大、80％U大和需求点，需求点根据检测需求而定；
对测量点为20％U大进行10次的负极性冲击电压测量，分别读取每次的被校分压器电压示值，设为U校1、U校2、……U校10，并同时对应读取每次的标准分压器的电压示值，设为U标1、U标2、……U标10；
再分别测得40％U大、60％U大、80％U大和需求点的电压示值U校与标准分压器的电压示值U标，再进行比较，得到5组数据的相对误差值和相对误差平均值；
再将得到的5个测量点的相对误差平均值与允许误差值3％进行比对，得出全量程比对下的校准结果。
若需要校准的分压器超过了400kV，根据规定，400kV的标准冲击分压器可以根据线性度分析方法，进行5倍的溯源校准，即校准400kV*5＝2000kV的冲击电压发生器。
国家电网许继集团公司有一套冲击电压试验装置，其最高冲击电压为2000kV，现在用一套冲击电压测量***来对其进行校准比对，标准冲击测量***用400kV的标准冲击分压器。但是400kV以上的冲击电压不能通过本分压器读取，所以，需要将标准器去掉，防止标准器被冲坏，这时就要空载推算，冲击电压有正极性也有负极性，下面以负极性为例。
首先，选取第一校准点和第二校准点进行校准，第一校准点和第二校准点的分别选取在最高冲击电压2000kV测量值约10％和20％的电压值，在约200kV和约400kV电压下进行各10次的负极性冲击电压试验，冲击幅值及线性度校准在被检设备分压器分压比设置K＝2900下进行，试验数据及分析结果见表1至表2。
表1 约10％冲击电压幅值校准
表2 约20％冲击电压幅值校准
其中，相对误差平均值为对相对误差值求平均值。分析表1至2可知，在约10％冲击电压幅值和约20％冲击电压幅值下，相对误差不超过3％，得出校准报告。
下面再进行超范围的测量点的校准，超范围选取700kV、900kV、1100kV、1400kV、1650kV和1990kV，将连接标准分压器由冲击电压发生器高压引线断开，进行溯源校准；利用直流电阻分压器采集冲击电压分压器的充电端的充电电压U充，被校分压器采集冲击电压发生器放电端的冲击电压U校；
采集每个校准点下的被校分压器示值U校3和直流电阻分压器充电电压示值U充3；得到的各个校准点下的被校分压器示值U校和充电电压示值U充进行比，得到各个校准点下的被校***的等效放电级数U'，
如公式(1)所示：U'＝U校/U充(1)；并求得六个等效放电级数求平均值，为平均等效放电级数ΔU'；
再利用公式(2)得到各个校准点下的线性度偏差δ，线性度偏差 则，第三校准点下的线性度偏差δ3，第四校准点下的线性度偏差δ4，第五校准点下的线性度偏差δ5，第六校准点下的线性度偏差δ6；
将六个校准点下的线性度偏差最大值与允许偏差值±1％相比较，得出线性度校准结果；
再利用公式(3)得到各个校准点下的电压利用系数ρ,电压利用系数 其中20为被校分压器的放电级数；则，第三校准点下的电压利用系数ρ3,第四校准点下的电压利用系数ρ4,第五校准点下的电压利用系数ρ5,第六校准点下的电压利用系数ρ6；
将六个校准点下的电压利用系数最大值与电压利用系数标准值85％相比较，得出电压利用系数校准结果。如表3所示：
表3 负极性线性度试验
从表3中可以得出电压利用系数(放电效率)超过了85％，满足行业标准通用技术要求，线性度变化最大值为0.84％，未超出平均值的1％，满足国标要求，所以此套冲击电压试验装置可以用400kV标准冲击电压测量***来进行校准。
这样，只要知道原边充电电压值就能推算出被测装置的冲击电压值，假如原边充电电压为100kV,我们就可以用平均值ΔU'——17.80乘以100kV等于1780kV的冲击电压值，尽管标准冲击电压分压器只有400kV，但实现了利用线性度来校准2000kV冲击电压发生装置。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。
Claims (4)
1.一种基于线性度分析的冲击电压发生器校准装置，包括冲击电压发生器，其特征在于：还包括冲击电压发生器被校测量***、冲击电压发生器标准测量***、冲击电压发生器原边充电电压采集***、标准测量***的信息采集***和线性度校准分析***，所述的冲击电压发生器被校测量***包括被校分压器、二次测量显示仪表，被校分压器的输入端连接冲击电压发生器的放电端，被校分压器的输出端连接二次测量显示仪表，进行测量数据显示；所述的冲击电压发生器标准测量***包括标准分压器、标准二次测量显示仪表，标准分压器的输入端连接冲击电压发生器的放电端，标准分压器的输出端连接标准二次测量显示仪表，进行标准测量数据显示；所述的冲击电压发生器原边充电电压采集***包括直流电阻分压器和低速采集卡，直流电阻分压器的输入端连接到冲击电压发生器的原边充电端，直流电阻分压器的输出端连接低速采集卡的输入端，低速采集卡的输出端连接线性度校准分析***的充电采集输入端；所述的标准测量***的信息采集***包括高速采集卡，高速采集卡的输入端连接标准分压器的输出端，高速采集卡的输出端连接线性度校准分析***的放电采集输入端；所述的线性度校准分析***包括电源模块、主控制电路板和存储模块，电源模块为主控制电路板供电，主控制电路板的充电采集输入端连接低速采集卡的输出端，主控制电路板的放电采集输入端连接高速采集卡的输出端，存储模块用于存储主控制电路板的处理信息。
2.根据权利要求1所述的基于线性度分析的冲击电压发生器校准装置，其特征在于：所述的标准分压器的最大允许误差为±1%。
3.根据权利要求2所述的基于线性度分析的冲击电压发生器校准装置，其特征在于：所述的标准二次测量显示仪表采用泰克示波器，最大允许误差为0.5%。
4.根据权利要求3所述的基于线性度分析的冲击电压发生器校准装置，其特征在于：还包括标准二次衰减器，标准二次衰减器设于标准分压器和标准二次测量显示仪表之间，标准二次衰减器的分压比准确度等级不低于0.5级。
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| CN108710095B (zh) * | 2018-08-07 | 2024-06-04 | 河南省计量测试科学研究院 | 一种基于线性度分析的冲击电压发生器校准装置 |
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