專利名稱：測試高壓大容量電氣設(shè)備介質(zhì)損耗角正切值的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電氣設(shè)備高壓方面的試驗裝置，尤其是涉及一種 能在現(xiàn)場直接、方便測試高壓大容量電氣設(shè)備介質(zhì)損耗角正切值的裝置。
背景技術(shù)：
對已安裝好或已運行的高壓電氣設(shè)備(或稱現(xiàn)場電氣設(shè)備)，有關(guān)電 氣規(guī)程中規(guī)定，要定期或不定期地對該電氣設(shè)備進行各種電氣參數(shù)的測試
或試驗，其中，介質(zhì)損耗角正切值即tan5值的測試是所測試的重要電氣
參數(shù)之一。
目前，通常對tan5值進行測試的方法是釆用一套能輸出很大功率 和足夠高電壓的較大容量的50Hz交流加壓裝置，給被測試電氣設(shè)備外加 由0V至電氣設(shè)備額定電壓V。的50Hz交流電壓；再通過連接在測試回路中
的介質(zhì)損耗專用測量儀器測量出電氣設(shè)備在某一電壓下的tan5值。在其 測試過程中，50Hz交流加壓裝置的功率容量P可由下式計算得到P-2; /C。"，
式中/=50&， C。為是被測試電氣設(shè)備的等效電容量(單位為iaF), K為被 測試電氣設(shè)備所要求的試驗電壓(單位kv)。而實踐中，對于大型發(fā)電機及 長距離大截面高壓電纜等的電氣設(shè)備，要求交流加壓裝置的功率容量P至 少在幾十千瓦，最大幾十兆瓦，因而，其實際裝置的體積和重量都較大， 都不能滿足方便移動的目的。因此，無法對電容量C。較大的電氣設(shè)備的tan
5值，在現(xiàn)場進行方便測試。
實踐中，為滿足在一定電壓下對被測試電氣設(shè)備tan5值進行測試的 需要，且能在現(xiàn)場直接、方便地進行測試，需要則要求產(chǎn)生交流的高壓裝 置即交流加壓裝置的體積要小、重量要輕，這樣，才能滿足在現(xiàn)場方便移 動的目的。曾經(jīng)，有一家國外公司生產(chǎn)過一種儀器，其在被測試電氣設(shè)備
等效電壓V。下，通過一套頻率為0. 1HZ的超低頻加壓裝置給被測試電氣設(shè)
備加高壓，由公式P-2^C。^可知，在同樣電壓V下，當頻率/由50Hz 變?yōu)?.1Hz時，功率P值則將減少500倍；在理論上，高壓裝置的體積和 重量也相應(yīng)地能減少500倍。這樣，先通過測量頻率在0. 1Hz下的電氣設(shè) 備的tan5值，再通過分析計算對應(yīng)得出同電壓V下，頻率在50Hz下電氣 設(shè)備的tan5值。但是，這種頻率為0. 1Hz的超低頻加壓裝置存在以下兩 個缺點①目前，試驗電壓V最高只能做到100kv左右，不能再高；②頻 率在0. 1Hz下的tan5值，與人們習慣的頻率在50Hz下所測得的tan5值 是否完全對應(yīng)還未確定，缺少理論依據(jù)以及更多的實際數(shù)據(jù)。

實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提 供一種測試高壓大容量電氣設(shè)備介質(zhì)損耗角正切值的裝置，其結(jié)構(gòu)簡單合 理、使用操作簡便，能大大減小試驗所用高壓加壓裝置的功率容量，能在 現(xiàn)場直接、方便、準確地對高壓大容量電氣設(shè)備的tan5值進行測試。
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型釆用的技術(shù)方案是 一種測試高壓大 容量電氣設(shè)備介質(zhì)損耗角正切值的裝置，其特征在于包括相串聯(lián)的加壓 裝置、變壓器以及電抗器，上述三者與相并聯(lián)的被測試電氣設(shè)備和標準電 容相串聯(lián)組成串聯(lián)LC諧振回路，所述被測試電氣設(shè)備為被試品；所述串 聯(lián)LC諧振回路中的被試品和標準電容分別串接有一個電流互感器，所述 電流互感器與對其所釆集的電流信號進行檢測、分析和處理的測試分析系 統(tǒng)相接。
所述電流互感器與測試分析系統(tǒng)之間通過同軸電纜進行連接。 所述測試分析系統(tǒng)由兩路信號初步處理電路、同步AD釆集及控制電 路、存儲器以及處理器組成，所述信號初步處理電路由濾波電路、電流負 反饋電路和放大電路組成；所述兩個電流互感器所釆集的兩路信號分別經(jīng) 各自的濾波電路、電流負反饋電路和放大電路后，同時輸入至同步AD采
集及控制電路，同步AD釆集及控制電路分別與存儲器和處理器相接。 所述加壓裝置為變頻諧振試驗裝置。 所述電抗器為可調(diào)式電抗器。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點，1、結(jié)構(gòu)簡單合理，使用
操作簡便；2、通過釆用變頻串聯(lián)諧振裝置，再外加一套對電氣設(shè)備的介 質(zhì)損耗角正切值即tanS進行檢測的測試分析系統(tǒng)，組合成一套完整的試 驗檢測裝置，在給電氣設(shè)備做交流耐壓試驗的同時，可方便地檢測出在不 同交流電壓下電氣設(shè)備的主要電氣性能參數(shù)tanS; 3、能大大減小試驗所 用高壓加壓裝置的功率容量，因而能在現(xiàn)場直接、方便、準確地對高壓大 容量電氣設(shè)備的介質(zhì)損耗角正切值進行測試，最終達到測試目的；4、通 過小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)可調(diào)式電抗器的阻抗值，將變頻串聯(lián)諧振的諧振頻率調(diào)整 在50Hz或60Hz頻率的工頻范圍內(nèi)，此時所測得電氣設(shè)備的tanS值即為 工頻50Hz或60Hz條件下測出的標準值；實際應(yīng)用中，因為變頻串聯(lián)LC 諧振試驗的諧振頻率幾乎都控制在30-70Hz范圍內(nèi)，因此，也可通過實際 測試，方便得出本試驗頻率與50Hz或60Hz工頻下所測得tanS之間的對 應(yīng)關(guān)系，即最終得出工頻50Hz或60Hz條件下測出的tanS的標準值。
下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。


圖l為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本實用新型的信號釆集及測試分析系統(tǒng)部分的結(jié)構(gòu)框圖 附圖標記說明
l一電抗器；
4一標準電容；
7—電流互感器二；
IO—處理器；
13—電流負反饋電路-
2 —變壓器;
品
8 —同軸電纜；
ll一存儲器； 14一放大電路-
3—變頻諧振試驗裝置; 6—電流互感器一； 9一測試分析系統(tǒng)； 12 —濾波電路一； 15 —濾波電路二；
16—電流負反饋電路二；17—放大電路二； 18 —同步AD釆集及控制電路。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型包括相串聯(lián)的加壓裝置、變壓器2以及電抗 器1,上述三者分別與相并聯(lián)的被測試電氣設(shè)備和標準電容4相串聯(lián)組成 串聯(lián)LC諧振回路，而所述被測試電氣設(shè)備為被試品5。另外，串聯(lián)LC諧 振回路中的被試品5和標準電容4分別串接有一個電流互感器，所述電流 互感器與對其所釆集的電流信號進行檢測、分析和處理的測試分析系統(tǒng)9 相接。
所述加壓裝置為變頻諧振試驗裝置3，所述電抗器1為可調(diào)式電抗器。 由于被試品5與標準電容4相并接，也就是說，加壓裝置、變壓器2、電 抗器1和相并接的被試品5及標準電容4組成 一個變頻串聯(lián)LC諧振回路。 另外，與呈容性的被試品5和標準電容4分別串接的兩個電流互感器均與 測試分析系統(tǒng)9相接，測試分析系統(tǒng)9對兩個電流互感器所采集的兩路電 流信號進行檢測、分析和處理。而且兩個電流互感器與測試分析系統(tǒng)9之 間通過同軸電纜8進行連接，具體是，與標準電容4相串接的電流互感器 二 7通過同軸電纜8，將其所釆集的電流波形信號iE2 (t)傳送至測試分 析系統(tǒng)9;而與被試品5相串接的電流互感器一 6也同樣通過同軸電纜8, 將其所釆集的電流波形信號iE1 (t)傳送至測試分析系統(tǒng)9。
其中，變頻諧振試驗裝置3為加壓裝置，其為被試品5提供試驗時所 需的高壓電壓，變壓器2主要用于隔離以及進行電壓升壓匹配，以滿足對 不同被試品5進行測試的要求。也就是說，在本測試裝置的實際測試過程 中，被試品5上所加測試電壓的電壓值U。，由變頻諧振試驗裝置3和變壓 器2來共同決定。
根據(jù)串聯(lián)諧振LC回路的諧振工作原理，串聯(lián)諧振LC回路的固有頻率
<formula>formula see original document page 7</formula>其中L為電抗器的電感，C為諧振電容的電容量；而要使所
加交流電源U。的頻率/與串聯(lián)諧振LC回路的諧振頻率/。相等，則有以下
關(guān)系式成立，US=QU。，其中Q為串聯(lián)諧振LC回路的品質(zhì)因數(shù)，Us為被試
品5兩端的電壓，U。為所加的測試電壓。也就是說，在串聯(lián)諧振LC回路
中，如果是理想狀態(tài)，完全諧振時在被試品5上會出現(xiàn)非常高的的電壓； 考慮到串聯(lián)諧振LC回路中所存在的電阻R的阻尼作用，則<formula>formula see original document page 7</formula>
其品質(zhì)因數(shù)Q表示諧振能力， 一般情況下，Q在20 200之間。綜上，在 LCR串聯(lián)電路發(fā)生諧振時，在被試品5上會產(chǎn)生Q倍所加測試電壓U。的高 電壓Us。因而在諧振狀態(tài)下，呈容性的被試品5上的電壓Us為所加測試電 壓U。的Q倍，此時，變頻諧振試驗裝置3所提供的試驗電源即所加測試電 壓U。只需提供頻率為/。的交流有功功率，來補充串聯(lián)諧振LC回路損耗。
由于同一回路中電流值相等，則試驗電源設(shè)備功率容量即加壓設(shè)備功率容 量，是被試品5所要求功率容量的1/Q倍，因此，試驗電源設(shè)備功率容量
能夠大大減小。
如圖2所示，所述測試分析系統(tǒng)9由兩路信號初步處理電路、同步AD 釆集及控制電路18、存儲器11以及處理器IO組成。其同步AD釆集及控 制電路18,包括相接的同步AD采集電路部分和同步AD控制電路部分。所 述信號初步處理電路由濾波電路、電流負反饋電路、放大電路組成，電流 互感器所釆集的信號先經(jīng)濾波電路去除雜波和干擾，再經(jīng)電流負反饋電路 進行驅(qū)動和穩(wěn)定，最后經(jīng)放大電路調(diào)整成適合同步AD釆集電路部分輸入 的電信號，再由同步AD控制電路部分將所釆集的數(shù)據(jù)信號傳于存儲器11 進行記錄存儲，即將所傳入電流波形信號的瞬態(tài)值按時間順序進行分組記
錄存儲，并將數(shù)據(jù)同步傳于處理器io進行分析。
另外，由于標準電容4并接在呈容性的被試品5兩端，則利用標準電 容4的穩(wěn)定性能，能夠得到一個能完全反映試驗所加高壓電壓波形通過標 準電容4的電流波形信號iE2 (t)。具體是，與標準電容4串接的電流互
感器二 7，將其釆集到的標準電容4的電流波形iE2 ( t )經(jīng)濾波電路二 15、
電流負反饋電路二 16和放大電路二 17后傳送至同步AD釆集及控制電路 18。同樣地，與被試品5串接的電流互感器一 6，將其釆集到的通過被試 品5的電流波形iE1 ( t)經(jīng)濾波電路一 12、電流負反饋電路一 13和放大 電路一 14后也傳送至同步AD采集及控制電路18。并且，同步AD釆集及 控制電路18分別與存儲器11和處理器IO相接，其將所傳入的分別通過 標準電容4和被試品5的兩路電流波形信號，先經(jīng)AD轉(zhuǎn)換同步轉(zhuǎn)換成數(shù) 字信號后，再傳送至存儲器11進行同步存儲，即同步記錄兩路電流波形 信號為數(shù)字信號。同時，同步AD釆集及控制電路18將經(jīng)其處理后的兩路 電流波形信號iE1 (t)和iE2 (t)同步傳送給處理器10，處理器IO對所傳 入的上述兩路電流波形信號進行分析處理。
而處理器IO對所傳入的上述兩路電流波形信號iE1 ( t)和iE2 ( t)， 進行分析處理的過程如下
第一步、通過處理器10對所傳入的兩路電流波形信號iE1 ( t)和iE2 (t)進行濾波。
第二步、計算被試品5上的電壓Us (t):釆用公式Us (t) =iE2 (t) wCb=2<iE2 ( t ) Cb，其中iE2 ( t )為流過標準電容4的電流，"為標準電容
4的電容量。
由于標準電容4的電容量Cb是已知的，且非常穩(wěn)定，因此釆集通過電 流互感器一 6的交流電流值iB2 ( t)(即通過標準電容4的電流值)，根 據(jù)公式Us (t) =iE2 (t) wC。=2《iB2 (t) Cb，可計算出標準電容4上的電 壓Us (t),該電壓Us (t)即為被試品5上的電壓值，式中/。為串聯(lián)諧 振LC回路的諧振頻率，即/。=^^。
第三步、根據(jù)傅立葉變換，相應(yīng)計算出電壓函數(shù)Us(t)和電流函數(shù)i^
(t)的相位差，即被試品5的介質(zhì)損耗角tan8;再根據(jù)iE1 ( t)和iE2 ( t) 的比值以及標準電容4的電容量Cb，計算出被試品5的電容值C。。
其具體運算處理過程如下
首先，根據(jù)傅立葉變換，周期函數(shù)/(x)的傅立葉級數(shù)及諧波系數(shù)為<formula>formula see original document page 9</formula>諧波系數(shù)為
<formula>formula see original document page 9</formula> k= 1,2，3.........
而周期函數(shù)/00的基波系數(shù)
<formula>formula see original document page 9</formula>
其基波分量A;為
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中<formula>formula see original document page 9</formula>
那么，計算得出的被試品5上的電壓函數(shù)Us ( t)的基波系數(shù)為
<formula>formula see original document page 9</formula> 其中，
4,是電壓函數(shù)Us ( t)的幅值，么是其相位。
而通過被試品5的電流函數(shù)iE1 ( t )的基波系數(shù)為<formula>formula see original document page 9</formula>其中，
4,,,,是電流函數(shù)iE1 ( t)的幅值,A是其相位。 其中，<formula>formula see original document page 9</formula>
<formula>formula see original document page 10</formula>
由于被試品5與標準電容4相并接，在諧振電路中，根據(jù)公式<formula>formula see original document page 10</formula>中，C。為被試品5的電容值，"為標準電容4的電容量。
以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限
以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1. 一種測試高壓大容量電氣設(shè)備介質(zhì)損耗角正切值的裝置，其特征在于:包括相串聯(lián)的加壓裝置、變壓器(2)以及電抗器(1)，上述三者與相并聯(lián)的被測試電氣設(shè)備和標準電容(4)相串聯(lián)組成串聯(lián)LC諧振回路，所述被測試電氣設(shè)備為被試品(5)；所述串聯(lián)LC諧振回路中的被試品(5)和標準電容(4)分別串接有一個電流互感器，所述電流互感器與對其所采集的電流信號進行檢測、分析和處理的測試分析系統(tǒng)(9)相接。
2. 按照權(quán)利要求1所述的測試高壓大容量電氣設(shè)備介質(zhì)損耗角正切值 的裝置，其特征在于所述電流互感器與測試分析系統(tǒng)(9)之間通過同 軸電纜(8)進行連接。
3. 按照權(quán)利要求l或2所述的測試高壓大容量電氣設(shè)備介質(zhì)損耗角正 切值的裝置，其特征在于所述測試分析系統(tǒng)(9)由兩路信號初步處理 電路、同步AD釆集及控制電路(18)、存儲器(11)以及處理器(10) 組成，所述信號初步處理電路由濾波電路、電流負反饋電路和放大電路組 成；所述兩個電流互感器所采集的兩路信號分別經(jīng)各自的濾波電路、電流 負反饋電路和放大電路后，同時輸入至同步AD采集及控制電路(18), 同步AD釆集及控制電路(18)分別與存儲器(11)和處理器(10)相接。
4. 按照權(quán)利要求l或2所述的測試高壓大容量電氣設(shè)備介質(zhì)損耗角正 切值的裝置，其特征在于所述加壓裝置為變頻諧振試驗裝置(3)。
5. 按照權(quán)利要求l或2所述的測試高壓大容量電氣設(shè)備介質(zhì)損耗角正 切值的裝置，其特征在于所述電抗器(1)為可調(diào)式電抗器。
專利摘要本實用新型公開了一種測試高壓大容量電氣設(shè)備介質(zhì)損耗角正切值的裝置，包括相串聯(lián)的加壓裝置、變壓器以及電抗器，上述三者與相并聯(lián)的被測試電氣設(shè)備和標準電容相串聯(lián)組成串聯(lián)LC諧振回路，所述被測試電氣設(shè)備為被試品；所述串聯(lián)LC諧振回路中的被試品和標準電容分別串接有一個電流互感器，所述電流互感器與對其所采集的電流信號進行檢測、分析和處理的測試分析系統(tǒng)相接。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單合理、使用操作簡便，能大大減小試驗所用高壓加壓裝置的功率容量，能在現(xiàn)場直接、方便、準確地對高壓大容量電氣設(shè)備的介質(zhì)損耗角正切值進行測試。
文檔編號G01R27/26GK201207061SQ20082002929
公開日2009年3月11日 申請日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者王軍強, 韓伯鋒 申請人:西安四方機電有限責任公司