CN107356833B - 一种工频续流试验装置的控制测量电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种工频续流试验装置的控制测量电路，属于电力设备控制测量领域。该控制测量电路包括：一次侧测量电路、信号调理电路、控制电路及控制器；一次侧测量电路用于从一次侧电路采集测量信号，将测量信号传输至信号调理电路；信号调理电路用于对测量信号进行信号调理及数模转换，将转换后的测量信号传输至控制器；控制器用于根据转换后的测量信号，向控制电路输出控制信号，由控制电路触发一次侧电路中的冲击电压发生器产生冲击过电压；其中，控制电路、信号调理电路及控制器分别由一路电压供电，各路电压之间相互隔离。本发明可有效防止一次侧电路中的冲击电压发生器产生的冲击过电压对工频续流试验装置的控制测量电路造成损害。

Description

一种工频续流试验装置的控制测量电路

技术领域

本发明涉及电力设备控制测量领域，更具体地，涉及一种工频续流试验装置的控制测量电路。

背景技术

电力避雷器广泛应用于供电以及铁路电力系统中，用于将雷电流导入到大地，从而抑制雷电波过电压对电力用户的影响。目前常用的电力避雷器为氧化锌避雷器。由于电力避雷器质量的优劣直接影响到电力系统防雷性能的好坏，从而对氧化锌避雷器在雷电波作用下的电流恢复特性开展试验性研究，即开展避雷器的工频续流试验，有着十分重要的工程实用价值。

开展避雷器的工频续流试验需要实现工频和冲击联合加压，相对于单独的工频以及冲击电压发生器而言，工频续流试验装置要求冲击过电压能在工频交流电压的任一点叠加，对于控制精度的要求更高。与此同时，由于冲击电压幅值高，陡度大，冲击过电压叠加在工频电源上可能会对工频电压源造成损坏。因此，工频续流试验装置的可靠性与稳定性要求也更高。

在相关技术中，提供了一种工频续流试验装置的控制测量电路，其工频电源是采用RLC振荡回路产生工频电压。这样的工频续流试验装置往往在试验中不一定可以产生谐振，且振荡频率并不一定为50Hz工频，导致该类工频续流试验的随机性很大。另外，根据IEC(International Electro technical Commission，国际电工委员会)标准，现有的大多数工频续流试验装置采用电网连接试验变压器产生工频电压，冲击电压发生器产生冲击过电压，工频电源和冲击电源之间采用冲击球隙进行隔离。此类工频续流试验装置在进行试验时，由于控制电路、测量电路以及电源之间冲击过电压与交流电源叠加，很有可能对工频续流试验装置的控制测量设备造成较大的损坏。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的工频续流试验装置的控制测量电路。

该工频续流试验装置的控制测量电路包括：一次测量电路、信号调理电路、控制电路及控制器；

一次侧测量电路用于从一次侧电路采集测量信号，将测量信号传输至信号调理电路；信号调理电路用于对测量信号进行信号调理及数模转换，将转换后的测量信号传输至控制器；控制器用于根据转换后的测量信号，向控制电路输出控制信号，由控制电路触发一次侧电路中的冲击电压发生器，产生冲击过电压；其中，控制电路、信号调理电路及控制器分别由一路电压供电，各路电压之间相互隔离。

其中，控制测量电路还包括第一光电隔离模块；一次侧测量电路用于将测量信号传输至第一光电隔离模块，第一光电隔离模块用于对测量信号进行光电隔离，将光电隔离后的测量信号传输至信号调理电路。

其中，控制测量电路还包括第二光电隔离模块；控制电路用于根据转换后的测量信号，向第二光电隔离模块输出控制信号；第二光电隔离模块用于对控制信号进行光电隔离，向控制电路输出光电隔离后的控制信号。

其中，测量信号包括工频电压信号、试品两端电压信号、流过试品电流信号；一次侧测量电路包括阻容分压器、电容分压器、罗氏线圈，阻容分压器用于测量工频电压信号，电容分压器用于测量试品两端电压信号，罗氏线圈用于测量流过试品电流。

其中，控制电路、信号调理电路及控制器通过预设电源供电；预设电源连接隔离变压器，通过隔离变压器向控制电路、信号调理电路及控制器输出多路电压，控制电路、信号调理电路及控制器分别对应单独一路电压。

其中，预设电源为不间断电源。

其中，一次侧电路包括工频交流电压源及冲击电压发生器；工频交流电压源、被测试品及冲击电压发生器三者并联。

其中，工频交流电压源包括调压器以及试验变压器；调压器与试验变压器并联。

本申请提出的技术方案带来的有益效果是：

首先，通过将控制电路、信号调理电路及控制器对应的每一支路电压相互隔离，可有效防止一次侧电路中的冲击电压发生器产生的冲击过电压对控制电路造成损害，从而可有效防止对工频续流试验装置的控制测量设备造成损坏。

其次，由于可以控制工频电源与冲击电源联合加压，并测量得到试验变压器出口电压以及施加在试品上的电压电流，进而评估对避雷器设备在雷电波作用下熄灭工频电弧的能力。

另外，由于一次侧测量电路采用分压器测量工频电压以及被测试品两端电压；采用罗氏线圈测量流过被测试品的电流。分压器与罗氏线圈测量得到的电压电流信号经光电隔离后传输到信号调理以及A/D转换电路，将电压电流转换成数字量后传输到控制器，从而可以有效地防止因电磁干扰问题而带来的被测量失真。

最后，由于可根据测量得到的工频电压信号及用户输入的导通相位角计算得到冲击电压发生器的触发导通时间，并由继电器触发冲击电压发生器导通，使得冲击与工频电压在任意相位叠加，进而实现联合加压。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种工频续流试验装置的控制测量电路的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的一种信号调理电路的结构示意图；

图3为根据本发明实施例的一种控制电路的结构示意图；

图4为根据本发明实施例的一种一次侧测量电路的结构示意图；

图5为根据本发明实施例的一种预设电源的结构示意图；

图6为根据本发明实施例的一种同步触发算法的流程示意图；

图7为根据本发明实施例的一种一次侧电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在一个具体的实施例中，结合附图对本发明进行进一步地说明。参见图1，图1给出了一种工频续流试验装置的控制测量电路，该控制测量电路包括：一次侧测量电路101、信号调理电路102、控制电路103及控制器104。

一次侧测量电路101用于从一次侧电路采集测量信号，将测量信号传输至信号调理电路102；信号调理电路102用于对测量信号进行信号调理及数模转换，将转换后的测量信号传输至控制器104；控制器104用于根据转换后的测量信号，向控制电路103输出控制信号，由控制电路103触发一次侧电路中的冲击电压发生器，产生冲击过电压；其中，控制电路103、信号调理电路102及控制器分别由一路电压供电，各路电压之间相互隔离。

其中，一次侧测量电路101传输的测量信号通过光纤传输至信号调理电路102后，信号调理电路102可先将接收到的光信号转换成二次侧的电信号，经运算放大以及电平调理等信号调理过程后，可传输至A/D(模电)转换电路，A/D转换电路将模拟信号转换成数字信号后，可传输至计算机端的控制电路进行处理。其中，信号调理电路102即为二次侧信号调理电路，图2为信号调理电路102的结构示意图。

本发明实施例提供的工频续流试验装置的控制测量电路，通过将控制电路103、信号调理电路102及控制器104对应的每一支路电压相互隔离，可有效防止一次侧电路中的冲击电压发生器产生的冲击过电压对控制电路103造成损害，从而可有效防止对工频续流试验装置的控制测量设备造成损坏。

作为一种可选实施例，该控制测量电路还包括第一光电隔离模块105；一次侧测量电路101用于将测量信号传输至第一光电隔离模块105，第一光电隔离模块105用于对测量信号进行光电隔离，将光电隔离后的测量信号传输至信号调理电路102。

其中，光电隔离模块是半导体管敏感器件和发光二极管组成的一种新器件。它的主要功能是电信号在传送、输入与输出时，实现绝缘隔离。另外，信号在单向传输时，通过光电隔离模块可实现无反馈影响、且具有抗干扰性强及响应速度快等特性。光电隔离模块在工作时，通常把把输入信号加到输入端，以使得发光管发光。光敏器件在磁光辐射下输出光电流,从而实现电光点的两次转换。

通过第一光电转换模块105对测量信号进行光电隔离，使得一次侧测量电路101的输出端以及信号调理电路102的输入端实现电气隔离，即输出的测量信号对信号调理电路102的输入端无影响，增强了测量信号的抗干扰能力，提高了测量信号的传输效率。

作为一种可选实施例，控制测量电路还包括第二光电隔离模块106；控制电路103用于根据转换后的测量信号，向第二光电隔离模块106输出控制信号；第二光电隔离模块106用于对控制信号进行光电隔离，向控制电路103输出光电隔离后的控制信号。

通过第二光电转换模块106对控制信号进行光电隔离，使得控制电路103的输出端以及控制器104的输入端实现电气隔离，即输出的控制信号信号对控制器104的输入端无影响，增强了测量信号的抗干扰能力，提高了控制信号的传输效率。

另外，控制信号通过数据线传输的方式传输至第二光电隔离模块106后，可进行光电隔离。光电隔离后的控制信号可通过光纤传输至控制器104。控制器104在接收到控制信号后，可根据计算机端的指令生成相应的控制电平，以控制冲击电压发生器冲击电容充电或触发放电，以产生冲击过电压。其中，控制电路103的结构可如图3所示。

作为一种可选实施例，测量信号包括工频电压信号、试品两端电压信号、流过试品电流信号；一次侧测量电路101包括阻容分压器、电容分压器、罗氏线圈，阻容分压器用于测量工频电压信号，电容分压器用于测量被测试品两端电压信号，罗氏线圈用于测量流过被测试品电流。

具体地，通过一次侧测量电路101中的脉冲电容分压器，可测量被测试品两端的电压信号V1。通过一次侧测量电路101中的阻容分压器可测量工频电压信号V2。通过一次侧测量电路101中的罗氏线圈，可测量流过被测试品的电流信号i。在测得工频电压信号V2、被测试品两端的电压信号V1以及流过被测试品的电流信号i之后，可将上述三种信号作为测量信号，通过第一光电转换模块105将测量信号以光信号的方式传输至信号调理电路102，本发明实施例对此不作具体限定。如图4所示，图4中左边第一幅图为罗氏线圈的结构示意图，图4中间一幅图为脉冲电容分压器的结构示意图，图4中右边一幅图为阻容分压器的结构示意图。

作为一种可选实施例，控制电路103、信号调理电路102及控制器104通过预设电源供电；预设电源连接隔离变压器，通过隔离变压器向控制电路103、信号调理电路102及控制器104输出多路电压，控制电路103、信号调理电路102及控制器104分别对应单独一路电压。

具体地，预设电源可位于二次侧，即为图1中的二次电源。控制电路103、一次侧测量电路101及控制器104对应的预设电源与一次侧电网电源隔离。预设电源输出220V交流电压，并连接隔离变压器。隔离变压器原边绕组以及各个副边绕组之间相互隔离。预设电源在通过隔离变压器副边绕组后可输出多路电源，以分别为控制电路103、一次侧测量电路101及控制器104提供一路电压。具体地，预设电源输出的多路电源可以包括：模拟信号调理电路交流电源；A/D采样电路电源；电脑电源；PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)控制器电源；冲击电压发生器控制电源以及冲击电压发生器动作电源。其中，预设电源的结构可如图5所示。

作为一种可选实施例，预设电源为不间断电源。

其中，模拟信号调理电路电源、A/D采样电路电源、电脑电源之间共地，三个电源之间的地电位之间通过磁珠连接。PLC控制器电源与冲击电压发生器控制电源地电位之间通过磁珠连接。相应地，剩下的各电源之间相互隔离。需要说明的是，上述控制器104可以为上述PLC控制器，本发明实施例对此不作具体限定。

具体地，预设电源可以为UPS(Uninterruptible Power System/UninterruptiblePower Supply，不间断)电源，本发明实施例对此不作具体限定。对于UPS电源，其可将直流电能通过逆变器切换转换方式向负载持续供应220V交流电，以使得负载维持正常工作，且可保护负载的软硬件不受损坏。

为了便于理解冲击过电压的控制过程，现对本发明实施例提供的工频续流装置的同步触发方法进行说明。其中，该算法可以在计算机端预先配置好，本发明实施例对此不作具体限定。具体地，同步触发算法的输入量为工频电压、冲击电压幅值以及触发相位角。通过计算得到工频电压的幅值以及当前相位角，在工频电压当前相位角达到触发相位角时，向控制器104发出指令，控制冲击电压发生器触发产生冲击过电压。冲击电压幅值信号由用户输入到计算机端的处理器，计算机端的处理器控制冲击电压发生器的电容充电时间与冲击球隙距离，进而控制冲击电压幅值。其中，同步触发算法的控制过程可参考图6。

作为一种可选实施例，一次侧电路包括工频交流电压源及冲击电压发生器；工频交流电压源、被测试品及冲击电压发生器三者并联。

作为一种可选实施例，工频交流电压源包括调压器以及试验变压器；调压器与试验变压器并联。

具体地，如图7所示。图7中虚线框1表示工频交流电压源，由电网电压AC输入，连接到调压器以及试验变压器T。其中，试验变压器输出50Hz工频电压。虚线框2表示冲击电压发生器，触发间隙击穿时，充电电容对负载放电产生冲击电压。虚线框3表示被测试品，其中S1表示被测试品的串联间隙，RT1表示被测试品的氧化锌电阻；S2表示冲击电压源与工频电源之间的隔离球隙；RT2表示变压器出口保护避雷器，L与R分别表示保护电感与保护电阻，用于保护试验变压器免于损坏。V1和V2分别表示试品上的电压以及变压器输出端口电压，i表示流过试品的电流，V1、V2和i属于被测量，作为测量信号传输到测量电路102。

本发明实施例可以控制工频电源与冲击电源联合加压，并测量得到试验变压器出口电压以及施加在试品上的电压电流，进而评估对避雷器设备在雷电波作用下熄灭工频电弧的能力。

本发明实施例提供的一次侧测量电路101采用分压器测量工频电压以及试品两端电压；采用罗氏线圈测量流过试品的电流。分压器与罗氏线圈测量得到的电压电流信号经光电隔离后传输到信号调理以及A/D转换电路，将电压电流转换成数字量后传输到控制器104。本发明实施例提供的控制测量电路可以有效地防止因电磁干扰问题而带来的被测量失真。

本发明实施例的控制电路103根据测量得到的工频电压信号及用户输入的导通相位角计算得到冲击电压发生器的触发导通时间，并由继电器触发冲击电压发生器导通，使得冲击与工频电压在任意相位叠加，进而实现联合加压。

本发明的电源部分采用UPS电源单独供电，控制电路103、一次侧测量电路101以及控制器104的电源之间相互隔离，可以有效的防止冲击电压发生器产生的冲击过电压对控制电路103以及一次侧测量电路101造成损害。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种工频续流试验装置的控制测量电路，其特征在于，包括：一次侧测量电路、信号调理电路、控制电路及控制器；

所述一次侧测量电路用于从一次侧电路采集测量信号，将所述测量信号传输至所述信号调理电路；所述信号调理电路用于对所述测量信号进行信号调理及数模转换，将转换后的测量信号传输至所述控制器；所述控制器用于根据所述转换后的测量信号，向所述控制电路输出控制信号，由所述控制电路触发所述一次侧电路中的冲击电压发生器，产生冲击过电压；其中，所述控制电路、所述信号调理电路及所述控制器分别由一路电压供电，各路电压之间相互隔离；

所述控制测量电路还包括第一光电隔离模块；所述一次侧测量电路用于将所述测量信号传输至所述第一光电隔离模块，所述第一光电隔离模块用于对所述测量信号进行光电隔离，将光电隔离后的测量信号传输至所述信号调理电路；

所述控制测量电路还包括第二光电隔离模块；所述控制电路用于根据所述转换后的测量信号，向所述第二光电隔离模块输出控制信号；所述第二光电隔离模块用于对所述控制信号进行光电隔离，向所述控制电路输出光电隔离后的控制信号。

2.根据权利要求1所述的控制测量电路，其特征在于，所述测量信号包括工频电压信号、试品两端电压信号、流过试品电流信号；所述一次侧测量电路包括阻容分压器、电容分压器、罗氏线圈，所述阻容分压器用于测量所述工频电压信号，电容分压器用于测量被测试品两端电压信号，罗氏线圈用于测量流过被测试品电流。

3.根据权利要求1所述的控制测量电路，其特征在于，所述控制电路、所述信号调理电路及所述控制器通过预设电源供电；所述预设电源连接隔离变压器，通过所述隔离变压器向所述控制电路、所述信号调理电路及所述控制器输出多路电压，所述控制电路、所述信号调理电路及所述控制器分别对应单独一路电压。

4.根据权利要求3所述的控制测量电路，其特征在于，所述预设电源为不间断电源。

5.根据权利要求2所述的控制测量电路，其特征在于，所述一次侧电路包括工频交流电压源及冲击电压发生器；所述工频交流电压源、所述被测试品及所述冲击电压发生器三者并联。

6.根据权利要求5所述的控制测量电路，其特征在于，所述工频交流电压源包括调压器以及试验变压器；所述调压器与所述试验变压器并联。

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