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(shù)據(jù)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(jù)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(chuàng)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?zhèn)鹘y(tǒng)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(yōu)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(fā)、電力系統(tǒng)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(fā)生器發(fā)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(fā)生器發(fā)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(fā)生器發(fā)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(fā)生器原理
    標準校準信號發(fā)生器發(fā)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(jié)，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(shù)據(jù)采集技術，進行數(shù)字積分，按照q=It的方法來實現(xiàn)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(xiàn)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(fā)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(fā)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(jié)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(fā)生器的內阻值。本項目的研究發(fā)現(xiàn)，上述標準的規(guī)定是不能準確測量內阻的。這是因為校準脈沖信號發(fā)生器所發(fā)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(shù)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(fā)生器內阻的測量方法，階躍電壓發(fā)生器內阻的測量接線如圖4所示。

    中，階躍脈沖電壓發(fā)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(fā)生器；示波器為帶寬大于50 MHz的數(shù)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(fā)生器的真正內阻，符合測量要求。
    測量時，給階躍脈沖電壓發(fā)生器的電壓輸出端并聯(lián)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(fā)生器的輸出電壓為U2，按照下式計算階躍電壓發(fā)生器的內阻：
   
    式中：U1為階躍脈沖電壓發(fā)生器輸出端沒有接并聯(lián)電阻R1時的輸出電壓；U2為階躍脈沖電壓發(fā)生器輸出端連接并聯(lián)電阻R1時的輸出電壓；R1為階躍脈沖電壓發(fā)生器輸出端連接的并聯(lián)電阻，應使其盡量接近階躍電壓發(fā)生器內阻；Rx為階躍電壓發(fā)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(xiàn)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(wěn)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(shù)字式的，大多數(shù)都是利用局部放電脈沖指數(shù)波的高度測量視在放電量。指數(shù)波的高度與測量裝置的衰減系數(shù)有關，衰減系數(shù)與時間常數(shù)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(huán)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(guī)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(fā)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(yè)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(jù)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(xiàn)對局部放電測量儀的校準，實現(xiàn)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(yōu)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。