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局部放電測量儀校準(zhǔn)裝置的原理與應(yīng)用
 
 
關(guān)鍵字：校準(zhǔn)裝置,；數(shù)據(jù)采集技術(shù),；半智能化,；產(chǎn)品質(zhì)量 
    局部放電測量儀校準(zhǔn)裝置是根據(jù)國家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和研制的,，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)研究的要求,。本機(jī)的創(chuàng)新在于采用It（脈沖電流對(duì)時(shí)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(xué)技術(shù)已使校準(zhǔn)裝置達(dá)到半智能化,、精度高、感應(yīng)靈敏,、操作方便等優(yōu)點(diǎn),；利用USB接口與電腦直接連接，通過電腦操作控制,，內(nèi)部應(yīng)用虛擬式示波器,，測量標(biāo)準(zhǔn)化,，可廣泛使用于各項(xiàng)電子實(shí)驗(yàn),、研究開發(fā),、電力系統(tǒng)檢測等工作領(lǐng)域。

1 工作原理
1．1 局部放電測量儀信號(hào)電路測試原理
    信號(hào)發(fā)生器發(fā)出正弦信號(hào),，由示波器讀出頻率及幅值,，并送入電腦；信號(hào)再經(jīng)屏蔽線送入局部放電測量儀,，用來校準(zhǔn)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(zhǔn)器校準(zhǔn)原理
    局部放電測量儀放電量校準(zhǔn)器的校準(zhǔn)接線如圖2所示,。
    Cq為分度電容器,；R為負(fù)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(fù)載阻抗,。
    由校準(zhǔn)脈沖發(fā)生器發(fā)生的脈沖經(jīng)分度電容器Cq積分,，積分生成的脈沖電流經(jīng)負(fù)載電阻R（也可以不用）轉(zhuǎn)換為脈沖電壓，經(jīng)過被試品等效電容Cx,，耦合電容Ck和負(fù)載阻抗Zm將信號(hào)加至被檢的局部放電測量儀,。
    在圖2中，由標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器發(fā)出的標(biāo)準(zhǔn)電壓脈沖,，經(jīng)過試品電容Cx放電,，由示波器讀出信號(hào)波形，并且將信號(hào)積分,，信號(hào)的面積即是局部放電量,，送往PC機(jī)處理后，與被檢的局部放電測量儀顯示的局部放電量進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器發(fā)出雷電沖擊信號(hào)，經(jīng)功率放大器放大,，再經(jīng)高頻變壓器產(chǎn)生100 V雷電沖擊電壓,。本項(xiàng)目沒有采用直流加開關(guān)管的方法產(chǎn)生雷電沖擊電壓，一方面是波形容易調(diào)節(jié),，另一方面是容易控制,。[next]
2 關(guān)鍵技術(shù)及解決方案
    （1）采用虛擬數(shù)據(jù)采集技術(shù)，進(jìn)行數(shù)字積分,，按照q=It的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電量的測量,，這是本項(xiàng)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(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電量的測量,。
    （2）采用阻抗替換的方法測量內(nèi)阻,，也是本項(xiàng)目的。
2．1 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)阻測試方法
    已有測試方法采用標(biāo)準(zhǔn)DL／T 846．4-2004（（高電壓測試設(shè)備通用技術(shù)條件第4部分：局部放電測量儀》6．13．1（原標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)）校準(zhǔn)脈沖發(fā)生器內(nèi)阻的測試,。
    測試接線（原標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào)）所示,。

    斷開中開關(guān)S，將被檢校準(zhǔn)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(guān)S合上，調(diào)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(shí)可變電阻器Rw的值即為校準(zhǔn)脈沖發(fā)生器的內(nèi)阻值。本項(xiàng)目的研究發(fā)現(xiàn),，上述標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定是不能準(zhǔn)確測量內(nèi)阻的,。這是因?yàn)樾?zhǔn)脈沖信號(hào)發(fā)生器所發(fā)生的信號(hào)是頻率為1 000～1 200 Hz的方波，其上升時(shí)間小于等于
60 ns,，它的帶寬經(jīng)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(yīng)頻率下的交流阻抗,。由于電容的影響,，普通可調(diào)電阻組成的測量電路，其時(shí)間常數(shù)很大,，所以無法對(duì)高頻電路進(jìn)行準(zhǔn)確測量,。
2．2 阻抗替換的內(nèi)阻測試方法
    本項(xiàng)目采用階躍電壓發(fā)生器內(nèi)阻的測量方法，階躍電壓發(fā)生器內(nèi)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(chǎn)生上升時(shí)間小于60 ns，衰減時(shí)間大于100μs脈沖電壓的信號(hào)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(shí),，使用BNC同軸連接器,。設(shè)備之間連接用同軸電纜,。
    從中可以看出，由于本項(xiàng)目使用的連接導(dǎo)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(duì)高頻電路進(jìn)行準(zhǔn)確的測量,。測量中使用的替換電阻都是經(jīng)過嚴(yán)格調(diào)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(jié)果就是階躍脈沖電壓發(fā)生器的真正內(nèi)阻，符合測量要求,。
    測量時(shí),，給階躍脈沖電壓發(fā)生器的電壓輸出端并聯(lián)一個(gè)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(jì)算階躍電壓發(fā)生器的內(nèi)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(shí)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(shí)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(yīng)使其盡量接近階躍電壓發(fā)生器內(nèi)阻,；Rx為階躍電壓發(fā)生器內(nèi)阻,。

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

    示波器啟動(dòng)以后,，在菜單欄中有“校驗(yàn)”項(xiàng),，單擊會(huì)出現(xiàn)子菜單，子菜單又有四項(xiàng),，分別為“頻率”“幅值”“積分”和“時(shí)間”,，可對(duì)這四項(xiàng)分別進(jìn)行校驗(yàn)，比如對(duì)頻率進(jìn)行校驗(yàn),。*步單擊子菜單中的“頻率”

    示波器分為通道1和通道2,，對(duì)這兩個(gè)通道分別進(jìn)行校驗(yàn)，在實(shí)際頻率欄中輸入標(biāo)準(zhǔn)頻率,，接通信號(hào),，待測出頻率穩(wěn)定時(shí)點(diǎn)擊確定鍵，校驗(yàn)結(jié)果則被保存,。分別對(duì)5 Hz,，50 Hz,，500 Hz，5 000 Hz,，50 000 Hz,，500 000 Hz，5 000 000 Hz進(jìn)行校驗(yàn),；幅值分別是對(duì)0 V,，0．1 V，1 V,，10 V進(jìn)行校驗(yàn),；積分分別對(duì)0，0．000 000 005,，0．000 000 05,，0．000 000 5，0．000005進(jìn)行校驗(yàn),；時(shí)間分別對(duì)1μs,，10μs，100μs,，1 000μs,，10 000μs進(jìn)行校驗(yàn)；對(duì)以上項(xiàng)目校驗(yàn)完后即可以進(jìn)行測量了,。

3 局部放電測量儀校準(zhǔn)裝置的應(yīng)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(guān),，衰減系數(shù)與時(shí)間常數(shù)有關(guān)，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(duì)測量環(huán)路要求很高,。甚至連接也會(huì)影響測量結(jié)果，因此,，局部放電測量儀需要定期校準(zhǔn),，本項(xiàng)目所研制的局部放電測量儀校準(zhǔn)裝置能夠按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定對(duì)局部放電測量儀進(jìn)行全面校準(zhǔn)，是一種應(yīng)用廣泛的重要安全試驗(yàn)儀器,。在產(chǎn)品型式試驗(yàn)和出廠檢驗(yàn)項(xiàng)目,，特別是生產(chǎn)許可證發(fā)證檢驗(yàn)中，需要進(jìn)行局部放電試驗(yàn)的產(chǎn)品很多,，如電線電纜,、電力變壓器、電力電容器,、電機(jī),、避雷器,、電流互感器、電壓互感器,、電抗器,、電器開關(guān)、電氣絕緣器件等,，都可以用該校準(zhǔn)裝置進(jìn)行測量校準(zhǔn),，應(yīng)用非常廣泛。一些生產(chǎn)企業(yè)使用后反響很好,，對(duì)于提高電氣產(chǎn)品的安全性能和產(chǎn)品質(zhì)量很有幫助,。

4 結(jié)語
    根據(jù)以上敘述，局部放電測量儀校準(zhǔn)裝置的研制,，完成了科技攻關(guān)的要求,，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)局部放電測量儀的校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了許多技術(shù)突破,，糾正了一些過去技術(shù)上的錯(cuò)誤，具有方便,、實(shí)用的優(yōu)點(diǎn),。希望同行們提出更好的技術(shù)方案，以便把局部放電測量儀的校準(zhǔn)工作做得更好,。