本實(shí)用新型涉及一種低壓電氣設(shè)備阻抗在線測量裝置，實(shí)現(xiàn)了低壓電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下電阻和電抗的測量，屬于測控技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，由各種不同類型的裝置構(gòu)成。低壓電氣設(shè)備是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其安全穩(wěn)定運(yùn)行是保證整個(gè)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基本條件。對于低壓電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測，一種有效的方法是對其阻抗值進(jìn)行實(shí)時(shí)測量與評估。一般情況下，如果要測量設(shè)備的阻抗，必須使正在工作的設(shè)備停止運(yùn)行，也就是必須使設(shè)備處于離線狀態(tài)，這顯然造成了設(shè)備停運(yùn)，系統(tǒng)可靠性降低和維護(hù)成本提高。因此，發(fā)明一種能夠用于設(shè)備阻抗在線測量的裝置具有重要實(shí)際意義。

對設(shè)備阻抗進(jìn)行在線測量，最直接的方法就是獲得設(shè)備工作狀態(tài)下的壓降和通過設(shè)備的電流以及它們對應(yīng)的相角，然后進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算。隨著近些年來數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)采集卡等硬件設(shè)備以及LabVIEW等工具在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。本實(shí)用新型是利用數(shù)據(jù)采集技術(shù)獲取設(shè)備相關(guān)的電壓與電流數(shù)據(jù)，并利用相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備阻抗在線測量的裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種低壓電氣設(shè)備阻抗 在線測量的裝置，該裝置可以實(shí)現(xiàn)低壓電氣設(shè)備電阻與電抗的在線測量，以便對電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評估。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是：一種低壓電氣設(shè)備阻抗在線測量裝置，其特征在于：包括信號采集模塊，控制信號、分解信號的控制分解模塊，還原、轉(zhuǎn)化分解信號的轉(zhuǎn)換模塊，以及存儲運(yùn)行、測量所產(chǎn)生的信號的存儲模塊。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，還包括顯示模塊。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，所述信號采集模塊采集的信號為電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)前后端的對地電壓信號與通過電氣設(shè)備的電流信號。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，所述信號采集模塊包括轉(zhuǎn)換電壓的電壓轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換電流的電流轉(zhuǎn)換器，以及采集經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換器、電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后信號的數(shù)據(jù)采集卡。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，所述信號采集模塊設(shè)有六路電壓信號采集電路與三路電流信號采集電路。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，所述控制分解模塊控制信號采集模塊的信號采集。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，所述控制分解模塊對采集模塊采集的信號進(jìn)行傅立葉分解，然后進(jìn)行篩選存儲至存儲器中。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，所述控制分解模塊的篩選存儲的過程為對電壓、電流信號傅立葉分解后為50Hz頻率分量的信息篩選出并存儲至存儲器中。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，所述轉(zhuǎn)換模塊對電壓、電流信號傅立葉 分解后為50Hz頻率分量的信息進(jìn)行測量有效值轉(zhuǎn)換為實(shí)際有效值；其轉(zhuǎn)換公式如下：

U_b＝k₁U_b0 (1)

U_f＝k₂U_f0 (2)

I＝k₃I₀ (3)

其中，U_b0、U_f0、I₀分別為前后端對地電壓與電流信號50Hz頻率分量的測量有效值；U_b、U_f、I分別為前后端對地電壓電流信號的實(shí)際有效值；k₁、k₂、k₃分別為前后端對地電壓與電流信號的實(shí)際值與測量值比值，其值大小與電壓電流變換器的變比與系統(tǒng)中所含諧波情況相關(guān)。

進(jìn)一步的技術(shù)方案還在于，所述轉(zhuǎn)換模塊還要對電氣設(shè)備的電阻與電抗值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換公式如下：

$R=\left(U_{b}cos\right({\mathrm{\θ}}_{U_b}-{\mathrm{\θ}}_I)-U_{f}cos({\mathrm{\θ}}_{U_f}-{\mathrm{\θ}}_I\left)\right)/I---\left(4\right)$

$X=\left(U_b\sin \right({\mathrm{\θ}}_{U_b}-{\mathrm{\θ}}_I)-U_f\sin ({\mathrm{\θ}}_{U_f}-{\mathrm{\θ}}_I\left)\right)/I---\left(5\right)$

其中，θ_I分別為電氣設(shè)備前后端對地電壓與電流的相角。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本實(shí)用新型提供的阻抗測量裝置可用于低壓電氣設(shè)備阻抗的在線測量，所述裝置由信號采集部分、LabVIEW程序部分與C#程序部分組成。本實(shí)用新型提供的裝置通過對電壓電流信號采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉分解、提取關(guān)鍵有效信息等方法實(shí)現(xiàn)了對設(shè)備阻抗的在線準(zhǔn)確測量，解決了設(shè)備阻抗的在線測量問題，為低壓電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測提供了條件。此外，本裝置使用 方便簡單，具有很好的實(shí)用性與可靠性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為低壓電氣設(shè)備阻抗在線測量裝置原理圖；

圖2為低壓電氣設(shè)備阻抗在線測量裝置實(shí)物圖；

圖3為LabVIEW數(shù)據(jù)采集程序界面；

圖4(a)為C#程序電阻計(jì)算界面；

圖4(b)為C#程序電阻計(jì)算結(jié)果顯示界面；

圖5為低壓電氣設(shè)備阻抗在線測量裝置實(shí)驗(yàn)電路圖；

圖6為低壓電氣設(shè)備阻抗在線測量裝置實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型，但是本實(shí)用新型還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實(shí)用新型不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

本實(shí)用新型講述了一種低壓電氣設(shè)備阻抗在線測量裝置，其特征 在于：包括信號采集模塊，控制信號、分解信號的控制分解模塊，還原、轉(zhuǎn)化分解信號的轉(zhuǎn)換模塊，以及存儲運(yùn)行、測量所產(chǎn)生的信號的存儲模塊。

優(yōu)選的，還包括顯示模塊。

優(yōu)選的，所述信號采集模塊采集的信號為電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)前后端的對地電壓信號與通過電氣設(shè)備的電流信號。

優(yōu)選的，所述信號采集模塊包括轉(zhuǎn)換電壓的電壓轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換電流的電流轉(zhuǎn)換器，以及采集經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換器、電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后信號的數(shù)據(jù)采集卡。

優(yōu)選的，所述信號采集模塊設(shè)有六路電壓信號采集電路與三路電流信號采集電路。

優(yōu)選的，所述控制分解模塊控制信號采集模塊的信號采集。

優(yōu)選的，所述控制分解模塊對采集模塊采集的信號進(jìn)行傅立葉分解，然后進(jìn)行篩選存儲至存儲器中。

優(yōu)選的，所述控制分解模塊的篩選存儲的過程為對電壓、電流信號傅立葉分解后為50Hz頻率分量的信息篩選出并存儲至存儲器中。

優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)換模塊對電壓、電流信號傅立葉分解后為50Hz頻率分量的信息進(jìn)行測量有效值轉(zhuǎn)換為實(shí)際有效值；其轉(zhuǎn)換公式如下：

U_b＝k₁U_b0 (1)

U_f＝k₂U_f0 (2)

I＝k₃I₀ (3)

其中，U_b0、U_f0、I₀分別為前后端對地電壓與電流信號50Hz頻率分量的測量有效值；U_b、U_f、I分別為前后端對地電壓電流信號的實(shí)際有效值；k₁、k₂、k₃分別為前后端對地電壓與電流信號的實(shí)際值與測量值比值，其值大小與電壓電流變換器的變比與系統(tǒng)中所含諧波情況相關(guān)。

優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)換模塊還要對電氣設(shè)備的電阻與電抗值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換公式如下：

$R=\left(U_{b}cos\right({\mathrm{\θ}}_{U_b}-{\mathrm{\θ}}_I)-U_{f}cos({\mathrm{\θ}}_{U_f}-{\mathrm{\θ}}_I\left)\right)/I---\left(4\right)$

$X=\left(U_b\sin \right({\mathrm{\θ}}_{U_b}-{\mathrm{\θ}}_I)-U_f\sin ({\mathrm{\θ}}_{U_f}-{\mathrm{\θ}}_I\left)\right)/I---\left(5\right)$

其中，θ_I分別為電氣設(shè)備前后端對地電壓與電流的相角。

本實(shí)用新型是以對低壓電氣設(shè)備的阻抗進(jìn)行在線測量為目的設(shè)計(jì)的一種阻抗在線測量裝置。該裝置可以用來對低壓電氣設(shè)備的電阻與電抗進(jìn)行在線測量，同時(shí)也可以作為監(jiān)測裝置對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

本實(shí)用新型提供的低壓電氣設(shè)備阻抗在線測量裝置，其中有包括轉(zhuǎn)換電壓的電壓轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換電流的電流轉(zhuǎn)換器，以及采集經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換器、電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后信號的數(shù)據(jù)采集卡的采集模塊；有安裝LabVIEW程序以控制信號采集模塊的信號采集與對采集模塊采集的信號進(jìn)行傅立葉分解的控制分解模塊；有安裝C#程序以對信號進(jìn)行還原、轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換模塊，還有存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，顯示整個(gè)測量過程各種數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)曲線圖的顯示模塊，如圖1所示。

目前設(shè)備的阻抗測量一般都是離線進(jìn)行的，而在許多情況下需要對設(shè)備的阻抗進(jìn)行在線測量。低壓電氣設(shè)備阻抗在線測量的關(guān)鍵是如何得到設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下同一時(shí)刻的壓降和電流的有效值與相位。本實(shí)用新型通過對電壓電流信號的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉分解、提取關(guān)鍵有效信息等方法實(shí)現(xiàn)了對設(shè)備阻抗的在線準(zhǔn)確測量，解決了設(shè)備阻抗的在線測量問題，此外，本裝置如圖2所示為低壓電氣設(shè)備阻抗在線測量裝置實(shí)物圖，最左端設(shè)備為電壓電流信號變換設(shè)備，共有6路電壓和3路電流采集通道以及兩個(gè)接地端子；中間的設(shè)備為數(shù)據(jù)采集卡，右端為計(jì)算機(jī)，是LabVIEW程序與C#程序的執(zhí)行平臺，是控制分解模塊、轉(zhuǎn)換模塊、存儲模塊、顯示模塊的集成體，能夠?qū)Σ粚ΨQ三相設(shè)備的阻抗進(jìn)行測量，實(shí)用簡單，可靠性好。

根據(jù)阻抗的計(jì)算方法，要想計(jì)算出設(shè)備的阻抗值，需要知道設(shè)備壓降和通過設(shè)備電流的幅值與相位信息。本實(shí)用新型選取設(shè)備運(yùn)行時(shí)前后端的對地電壓與通過設(shè)備的電流作為采集信號，其中，設(shè)備的壓降可用以下公式表示：

$d\stackrel{\·}{U}=\stackrel{\·}{U}b-\stackrel{\·}{U}f---\left(11\right)$

其中，為設(shè)備運(yùn)行時(shí)前端對地電壓；為設(shè)備運(yùn)行時(shí)后端對地電壓。

本低壓電氣設(shè)備阻抗在線測量裝置采用數(shù)據(jù)采集卡對信號進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)采集卡具有多采樣通道、采樣保持、精度高等功能和優(yōu)點(diǎn)，是數(shù)據(jù)采集技術(shù)中的重要設(shè)備。但是，數(shù)據(jù)采集卡的輸入電壓必須保證在范圍內(nèi)，這就需要對所要采集的信號進(jìn)行變換。

根據(jù)實(shí)際要求，本裝置選用變比為220V/3.53V的LXYB型電壓變 換器、變比為10A/4.5V的WGSL33型電流變換器對要采集的信號進(jìn)行變換。本裝置共設(shè)計(jì)6路電壓信號采集電路與3路電流信號采集電路，實(shí)現(xiàn)對三相設(shè)備各相阻抗的同時(shí)測量。

如圖3所示，本實(shí)用新型采用數(shù)據(jù)采集卡對電壓電流信號進(jìn)行采集，利用LabVIEW編程實(shí)現(xiàn)對采集卡的數(shù)據(jù)采集控制。LabVIEW程序控制電壓電流信號的采集，并實(shí)時(shí)顯示采集到的電壓電流波形。由于電力系統(tǒng)中諧波以及信號變換電路干擾的存在，電壓與電流信號的采樣數(shù)據(jù)不能直接用來進(jìn)行阻抗計(jì)算。所以，在對電壓電流信號進(jìn)行采樣的同時(shí)，LabVIEW程序還要對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉分解，從而得到各路信號不同頻率分量的有效值與相位信息，并將50Hz頻率分量信息保存到數(shù)據(jù)庫中，作為設(shè)備阻抗在線計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

如圖4所示，本實(shí)用新型中C#程序部分需要完成設(shè)備阻抗的計(jì)算、顯示與保存，在對各路電壓電流信號進(jìn)行采樣時(shí)，首先經(jīng)過變換電路對信號進(jìn)行了變換與調(diào)理，之后又對信號采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行了傅里葉分解，所以最終保存到數(shù)據(jù)庫中的信號測量有效值并不是信號的實(shí)際有效值。因此，在計(jì)算設(shè)備的阻抗之前，首先要利用C#程序，讀取保存在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，將信號的測量有效值轉(zhuǎn)換為實(shí)際有效值，計(jì)算公式如下：

U_b＝k₁U_b0 (1)

U_f＝k₂U_f0 (2)

I＝k₃I₀ (3)

其中，U_b0、U_f0、I₀分別為前后端對地電壓與電流信號50Hz頻 率分量的測量有效值；U_b、U_f、I分別為前后端對地電壓電流信號的實(shí)際有效值；k₁、k₂、k₃分別為前后端對地電壓與電流信號的實(shí)際值與測量值比值，其值大小與電壓電流變換器的變比與系統(tǒng)中所含諧波情況相關(guān)。

在求得電壓與電流的實(shí)際有效值之后，根據(jù)電路理論的相關(guān)知識，得到電阻與電抗的計(jì)算公式如下：

$R=\left(U_{b}cos\right({\mathrm{\θ}}_{U_b}-{\mathrm{\θ}}_I)-U_{f}cos({\mathrm{\θ}}_{U_f}-{\mathrm{\θ}}_I\left)\right)/I---\left(4\right)$

$X=\left(U_b\sin \right({\mathrm{\θ}}_{U_b}-{\mathrm{\θ}}_I)-U_f\sin ({\mathrm{\θ}}_{U_f}-{\mathrm{\θ}}_I\left)\right)/I---\left(5\right)$

其中，θ_I分別為電氣設(shè)備前后端對地電壓與電流的相角。

在計(jì)算出設(shè)備的阻抗值之后，利用C#開發(fā)程序界面，對計(jì)算出的設(shè)備電阻與電抗值進(jìn)行顯示。此外，還要將設(shè)備的阻抗值保存到數(shù)據(jù)庫中，以便之后進(jìn)行查詢。

另外，本實(shí)用新型還進(jìn)行了如下模擬實(shí)驗(yàn)：

利用滑動(dòng)變阻器與電抗器代替低壓電氣設(shè)備，搭建三相電路對本實(shí)用新型提供的裝置進(jìn)行測試，實(shí)驗(yàn)電路圖見附圖5。附圖6是本裝置實(shí)驗(yàn)的實(shí)物圖。對A、B、C三相電路的滑動(dòng)變阻器與電抗器進(jìn)行調(diào)節(jié)，利用本裝置測量其電阻與電抗值，并與實(shí)際值進(jìn)行比較。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)阻抗值不變時(shí)，對阻抗進(jìn)行多次測量，每次測量結(jié)果基本相同；改變某一相電路的阻抗值，并不影響其它相的阻抗測量值；測量值與實(shí)際值誤差在可接受范圍，在10％之內(nèi)。

以上實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本裝置對設(shè)備阻抗進(jìn)行在線測量的有效性與可 靠性。