局部放電測量儀校準裝置的原理與應用

局部放電測量儀校準裝置的原理與應用
 
 
關鍵字：校準裝置；數據采集技術；半智能化；產品質量 
    局部放電測量儀校準裝置是根據國家計量標準設計和研制的，其各項技術指標均符合國家標準研究的要求。本機的創新在于采用It（脈沖電流對時間積分）的方法測量局部放電量，以虛擬儀器代替傳統示波器。采用科學技術已使校準裝置達到半智能化、精度高、感應靈敏、操作方便等優點；利用USB接口與電腦直接連接，通過電腦操作控制，內部應用虛擬式示波器，測量標準化，可廣泛使用于各項電子實驗、研究開發、電力系統檢測等工作領域。

1 工作原理
1．1 局部放電測量儀信號電路測試原理
    信號發生器發出正弦信號，由示波器讀出頻率及幅值，并送入電腦；信號再經屏蔽線送入局部放電測量儀，用來校準局部放電測量儀的下限截止頻率、上限截止頻率及峰值頻率。

1．2 局部放電測量儀放電量校準器校準原理
    局部放電測量儀放電量校準器的校準接線如圖2所示。
    Cq為分度電容器；R為負載電阻，也可以不用；Cx為被試品等效電容；Ck為耦合電容；Zm為負載阻抗。
    由校準脈沖發生器發生的脈沖經分度電容器Cq積分，積分生成的脈沖電流經負載電阻R（也可以不用）轉換為脈沖電壓，經過被試品等效電容Cx，耦合電容Ck和負載阻抗Zm將信號加至被檢的局部放電測量儀。
    在圖2中，由標準脈沖發生器發出的標準電壓脈沖，經過試品電容Cx放電，由示波器讀出信號波形，并且將信號積分，信號的面積即是局部放電量，送往PC機處理后，與被檢的局部放電測量儀顯示的局部放電量進行比較，可以得出被檢局部放電測量儀的測量誤差。
1．3 雷電沖擊電壓發生器原理
    標準校準信號發生器發出雷電沖擊信號，經功率放大器放大，再經高頻變壓器產生100 V雷電沖擊電壓。本項目沒有采用直流加開關管的方法產生雷電沖擊電壓，一方面是波形容易調節，另一方面是容易控制。[next]
2 關鍵技術及解決方案
    （1）采用虛擬數據采集技術，進行數字積分，按照q=It的方法來實現對局部放電量的測量，這是本項目的*。過去都采用電壓幅值乘電容的方法，按照q=UC的方法來實現對局部放電量的測量。
    （2）采用阻抗替換的方法測量內阻，也是本項目的。
2．1 標準內阻測試方法
    已有測試方法采用標準DL／T 846．4-2004（（高電壓測試設備通用技術條件第4部分：局部放電測量儀》6．13．1（原標準編號）校準脈沖發生器內阻的測試。
    測試接線（原標準圖號）所示。

    斷開中開關S，將被檢校準脈沖發生器輸出脈沖通過電容C接到示波器的輸入端，讀出示波器顯示的電壓波形峰值Up，將開關S合上，調節可變電阻器Rw，使示波器顯示的電壓波形峰值降為Up／2。此時可變電阻器Rw的值即為校準脈沖發生器的內阻值。本項目的研究發現，上述標準的規定是不能準確測量內阻的。這是因為校準脈沖信號發生器所發生的信號是頻率為1 000～1 200 Hz的方波，其上升時間小于等于
60 ns，它的帶寬經頻譜分析儀分析為30 MHz左右，它需要測量的不是直流電阻，而是相應頻率下的交流阻抗。由于電容的影響，普通可調電阻組成的測量電路，其時間常數很大，所以無法對高頻電路進行準確測量。
2．2 阻抗替換的內阻測試方法
    本項目采用階躍電壓發生器內阻的測量方法，階躍電壓發生器內阻的測量接線如圖4所示。

    中，階躍脈沖電壓發生器是能產生上升時間小于60 ns，衰減時間大于100μs脈沖電壓的信號發生器；示波器為帶寬大于50 MHz的數字示波器；C為分度電容器；BNC為同軸連接器；R1，R2，R3，Rn為可以替換的無感電阻。
    連接，連接時，使用BNC同軸連接器。設備之間連接用同軸電纜。
    從中可以看出，由于本項目使用的連接導體都是屏蔽電纜，使用的連接器都是BNC同軸連接器，所以電路的電容非常小，這樣就能對高頻電路進行準確的測量。測量中使用的替換電阻都是經過嚴格調整的，電感和電容的電阻都非常小，它們的直流電阻和交流阻抗非常接近，這樣替換測量的結果就是階躍脈沖電壓發生器的真正內阻，符合測量要求。
    測量時，給階躍脈沖電壓發生器的電壓輸出端并聯一個電阻R1，連接示波器，示波器的輸入阻抗值為1 MΩ，測量的階躍脈沖電壓發生器的輸出電壓為U2，按照下式計算階躍電壓發生器的內阻：
   
    式中：U1為階躍脈沖電壓發生器輸出端沒有接并聯電阻R1時的輸出電壓；U2為階躍脈沖電壓發生器輸出端連接并聯電阻R1時的輸出電壓；R1為階躍脈沖電壓發生器輸出端連接的并聯電阻，應使其盡量接近階躍電壓發生器內阻；Rx為階躍電壓發生器內阻。

2．3 人機交互校驗測試
    給校準裝置配備上位機軟件，使用更方便。在儀器使用之前需要校準，在菜單工具欄中找到“啟動示波器”單擊，

    示波器啟動以后，在菜單欄中有“校驗”項，單擊會出現子菜單，子菜單又有四項，分別為“頻率”“幅值”“積分”和“時間”，可對這四項分別進行校驗，比如對頻率進行校驗。*步單擊子菜單中的“頻率”

    示波器分為通道1和通道2，對這兩個通道分別進行校驗，在實際頻率欄中輸入標準頻率，接通信號，待測出頻率穩定時點擊確定鍵，校驗結果則被保存。分別對5 Hz，50 Hz，500 Hz，5 000 Hz，50 000 Hz，500 000 Hz，5 000 000 Hz進行校驗；幅值分別是對0 V，0．1 V，1 V，10 V進行校驗；積分分別對0，0．000 000 005，0．000 000 05，0．000 000 5，0．000005進行校驗；時間分別對1μs，10μs，100μs，1 000μs，10 000μs進行校驗；對以上項目校驗完后即可以進行測量了。

3 局部放電測量儀校準裝置的應用
    目前使用的局部放電測量儀，無論是指針式的還是數字式的，大多數都是利用局部放電脈沖指數波的高度測量視在放電量。指數波的高度與測量裝置的衰減系數有關，衰減系數與時間常數有關，由于普通的局部放電的脈沖波的帶寬zui小也將近30 MHz，所以對測量環路要求很高。甚至連接也會影響測量結果，因此，局部放電測量儀需要定期校準，本項目所研制的局部放電測量儀校準裝置能夠按照標準的規定對局部放電測量儀進行全面校準，是一種應用廣泛的重要安全試驗儀器。在產品型式試驗和出廠檢驗項目，特別是生產許可證發證檢驗中，需要進行局部放電試驗的產品很多，如電線電纜、電力變壓器、電力電容器、電機、避雷器、電流互感器、電壓互感器、電抗器、電器開關、電氣絕緣器件等，都可以用該校準裝置進行測量校準，應用非常廣泛。一些生產企業使用后反響很好，對于提高電氣產品的安全性能和產品質量很有幫助。

4 結語
    根據以上敘述，局部放電測量儀校準裝置的研制，完成了科技攻關的要求，能夠實現對局部放電測量儀的校準，實現了許多技術突破，糾正了一些過去技術上的錯誤，具有方便、實用的優點。希望同行們提出更好的技術方案，以便把局部放電測量儀的校準工作做得更好。