专利名称：一种电压互感器二次回路零线现场测试装置的制作方法
技术领域：
一种电压互感器二次回路零线现场测试装置。
背景技术：
在传统的交流高压输配电工程中,对一次电压测量和监控都是先由电磁式或电容式电压互感器将一次高电压转换成二次低电压、二次电压再通过二次电缆和切换装置等接入相应的测控设备来实现的。电压互感器(TV)安装在高压设备区域、测控设备安装在低压控制室，两者相距较远，且经过的电缆、接线端子、切换装置较多，这样电压二次回路的可靠性相对较低。在现场巡视和检测中却发现了多起TV 二次回路故障，如零线(N线)接地点松脱、虚接或经保险丝管接地，N线接线端子锈蚀、松脱、虚接或断线导致不通，N线错接，以及因二次电缆屏蔽层接地不良的感应电影响等。N线接地不良将危及现场工作人员的安全；N线不通或接错后产生电压中性点漂移，将导致电能计量、继电保护、自动控制或电力参数测量等失准而影响设备运行的质量水平。当前判断TV 二次回路是否正常的监测或测试技术中，测量对象也只有各相电压的幅值和相位、TV 二次回路压降、TV 二次回路负荷(负载)等，没有对N线进行专门测试，难以发现N线存在的故障或缺陷。因此，有必要研究一种可现场测试TV 二次N线接地和导通情况的新方法，并开发一种安全高效的测试装置作为技术人员的工具，以实现TV 二次N线的常规试验，便于及时发现和消除TV 二次回路存在的故障隐患，提高系统运行的准确性和可靠性。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种电压互感器二次回路零线现场测试装置，实现对TV 二次回路N线常规检测和故障判断，便于及时发现和消除存在的装置故障或缺陷，提高系统运行的准确性和可靠性。为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是:一种电压互感器二次回路零线现场测试装置，包括电压互感器二次压降和二次电压测量选线�？�、五个调理电路、A/D转换电路、单片机系统、电源�？椋龆窝菇岛投蔚缪共饬垦∠吣？榉直鹜ü谝坏骼淼缏�、第二调理电路并联接入所述A/D转换电路，所述A/D转换电路接入所述单片机系统，所述二次压降和二次电压测量选线�？橥ü来瘟拥牡屯瞬ㄆ�、过零比较器、微分器、数字鉴相器接入所述单片机系统；所述第三调理电路接入所述A/D转换电路，所述电源�？槲龅テ低�、调理电路、A/D转换电路提供电源，所述二次压降和二次电压测量选线�？槲啥喔黾痰缙髯槌傻目赝纾拱ń拥囟�、对地电压测量电路和接地阻抗测量电路，所述对地电压测量电路并联接入所述二次压降和二次电压测量选线�？槭涑龆耍鼋拥刈杩共饬康缏酚胨龆缘氐缪共饬康缏妨樱鼋拥囟瞬⒘尤胨鼋拥刈杩共饬康缏酚胨龆缘氐缪共饬康缏分�。所述零线对地电压测量电路包括七个选线继电器和一个调理电路，所述第二至第五继电器的第一输入端并联接入所述二次压降和二次电压测量选线�？槭淙攵耍龆窝菇岛投蔚缪共饬垦∠吣？橛胨龅谝坏骼淼缏分洳⒘械谝患痰缙骱偷诹痰缙鳎龆窝菇岛投蔚缪共饬垦∠吣？橛胨龅诙骼淼缏分浣佑械谄呒痰缙鳎龅诹痰缙鞯谝皇淙攵擞胨龅谄呒痰缙鞯牡谝皇淙攵硕加氲叵吡樱龅诹痰缙鞯诙淙攵�、第七继电器第二输入端与所述第二至第五继电器并联后的第二输出端相连。所述接地阻抗测量电路包括音频激励源、电流采样电阻、耦合变压器、第八继电器和调理电路，所述音频激励源通过所述耦合变压器和所述第八继电器接入零线与地之间；所述耦合变压器初级绕组与所述电流采样电阻输出端通过第四调理电路、第五调理电路并联接入所述A/D转换电路；所述第六继电器第二输入端、第七继电器第二输入端与所述耦合变压器次级绕组相连，所述接地端与所述第六继电器第二输入端、第七继电器第二输入端、耦合变压器次级绕组连接。与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为:本实用新型通过在现有TV 二次压降测试仪的基础上增加了零线对地电压测量功能和一个专用的接地阻抗测量电路，该电路采用1870Hz的音频信号作为激励电源，并通过耦合变压器和继电器等耦合到N线与接地点回路。本实用新型可以在小信号下实现对零线对地电压和零线接地阻抗的安全、准确测量，并可减少测试现场工频信号的干扰对测量结果的不利影响。
图1为本现有TV 二次压降测试仪结构框图；图2为本实用新型一实施例结构框图；图3为本实用新型对三相四线制TV 二次回路现场测试示意图；图4为本实用新型对三相三线制(V-V接法)TV 二次回路现场测试示意图；其中:1:TV本体；2:TV 二次回路及有关附件、装置；3:电能表等计量、测量装置；4:测试线盘。
具体实施方式
如图2所示，本实用新型一实施例包括电压互感器二次压降和二次电压测量选线�？�、五个调理电路、A/D转换电路、单片机系统、电源�？椋龆窝菇岛投蔚缪共饬垦∠吣？榉直鹜ü谝坏骼淼缏�、第二调理电路并联接入所述A/D转换电路，所述A/D转换电路接入所述单片机系统，所述二次压降和二次电压测量选线模块通过依次连接的低通滤波器、过零比较器、微分器、数字鉴相器接入所述单片机系统；所述第三调理电路接入所述A/D转换电路，所述电源模块为所述单片机系统、调理电路、A/D转换电路提供电源，所述二次压降和二次电压测量选线模块为由多个继电器组成的开关网络，还包括接地端、对地电压测量电路和接地阻抗测量电路，所述对地电压测量电路并联接入所述二次压降和二次电压测量选线�？槭涑龆耍鼋拥刈杩共饬康缏酚胨龆缘氐缪共饬康缏妨樱鼋拥囟瞬⒘尤胨鼋拥刈杩共饬康缏酚胨龆缘氐缪共饬康缏分�。所述零线对地电压测量电路包括七个选线继电器和一个调理电路，所述第二至第五继电器的第一输入端并联接入所述二次压降和二次电压测量选线�？槭淙攵耍龆窝菇岛投蔚缪共饬垦∠吣？橛胨龅谝坏骼淼缏分洳⒘械谝患痰缙骱偷诹痰缙鳎龆窝菇岛投蔚缪共饬垦∠吣？橛胨龅诙骼淼缏分浣佑械谄呒痰缙鳎龅诹痰缙鞯谝皇淙攵擞胨龅谄呒痰缙鞯牡谝皇淙攵硕加氲叵吡樱龅诹痰缙鞯诙淙攵�、第七继电器第二输入端与所述第二至第五继电器并联后的第二输出端相连。所述接地阻抗测量电路包括音频激励源、电流采样电阻、耦合变压器、第八继电器和调理电路，所述音频激励源通过所述耦合变压器和所述第八继电器接入零线与地之间；所述耦合变压器初级绕组与所述电流采样电阻输出端通过第四调理电路、第五调理电路并联接入所述A/D转换电路；所述第六继电器第二输入端、第七继电器第二输入端与所述耦合变压器次级绕组相连，所述接地端与所述第六继电器第二输入端、第七继电器第二输入端、耦合变压器次级绕组连接。所述电源�？榘ń涣�-直流开关电源、直流-直流开关电源、蓄电池和四个二极管，所述交流-直流开关电源依次通过第一二极管、第三二极管与所述蓄电池连接，所述蓄电池通过第四二极管与所述直流-直流开关电源连接，所述交流-直流开关电源依次通过第一、第二二极管与所述直流-直流开关电源连接，所述第二二极管与所述第三二极管连接，所述第四二极管与所述第二二极管、第三二极管并联。本实用新型增加了 N线对地电压测量功能，在现有TV 二次压降测试仪的基础上增加一个接地端，现场测量时该接地端与厂站的公共接地网相连；装置内部具有二次压降和二次电压测量选线�？椋煞质毖≡馮V侧或表计侧的N线；装置可根据N线对地电压差的数值范围自动切换选择合适的测量电路，测量范围为(T150V、准确度为I级。根据N线对地电压数量的大小可初步判断N线接地和导通是否正常，且将TV侧或表计(含电能计量、继电保护或自动控制等装置)侧两根N线对地电压的进行对比也可初步确定故障点。N线连接正常时，N线与地之间的电压差很小，一般为(T0.2V ;异常时，该电压差较高，普遍大于0.5V，且视不同故障其数值范围相差很大。N线与公共接地点电压差的测量可在单独的操作界面进行测量和显示；也可与TV 二次压降一起测量，具体顺序在压降测量之前先进行，该电压差的数值与压降值一起显示在同一个界面。
本实用新型增加了 N线接地阻抗测试功能，根据阻抗数量的大小可确定N线是否接地或接地状态是否良好；根据TV侧或表计侧两根N线接地电阻的进行对比也可确定故障点。N线连接正常时，N线与地之间的阻抗值很�。灰斐Ｊ保米杩怪到细撸沂硬煌收掀涫捣段嗖詈艽�。图3和图4为本实用新型对三相四线制和电压互感器V-V接法的三相三线制TV二次回路现场测试的接线情况，操作使用时只增加了仪器上的接地端与接地网相连一根导线，其它与目前TV 二次压降测试接线完全相同。本装置中二次压降和二次电压测量选线采用由多个继电器并联组成开关网络来选择接入的被测电压或电压差信号；调理电路包括低通滤波和和与低通滤波器连接的程控放大电路，其中程控放大电路包括集成运放芯片AD8066和与AD8066连接的多路模拟开关芯片⑶4052 ;模数转换器采用8通道、16位、同步采样的AD7606芯片；所述A/D转换电路接有基准电压芯片，基准电压芯片采用LM4128 (AMF-2.5)芯片，输入2.9^5.5V、输出2.5V ;工作电源采用交流220V或内部蓄电池；数据处理和控制系统采用高性能、低功耗的MSP430F449单片机；控制继电器等的输出接口驱动芯片采用达林顿管集成芯片ULN2803，输出接口驱动芯片与单片机连接；过零比较器数量为2个，所述过零比较器采用LM311迟滞过零比较器，数字鉴相器由微分器和双D触发器连接构成。本实用新型的装置对被测N线(三相四线制TV侧、表计侧的零线H或三相三线制的参考电压线的选择是通过继电器QfQ5的导通或分断连接回路来控制。这种逻辑关系由单片机、输出接口驱动电路和继电器共同实现，每次只能允许导通其中的一根线。本装置对N线对地电压的测量是由继电器QfTQ8的导通或分断和小电压或较高电压信号测量电路来实现的。测接地电压的过程中Q8应始终保持在断开位置，以免形成被测线路短路的情况。N线接地良好时，N线对地电压数值很�。胙菇捣岛蚑A 二次回路电压都接近，可利用继电器Q6连接选择小电压信号来测量(&、&、U6) #线接地异常时，N线对地电压数值可能较大，极限情况下与额定二次电压(100/
S V或100V)接近，可利用继电器Q7连接选择较高电压信号测量电路来测量(&、 //)。其
中Qp Q6、Q7采用双触点继电器将电压高、低两端同时导通或分断，是因为TA 二次回路也有一个接地点，这样将不需测电压信号的低端分开以免出现两点接地的情况，否则会影响测试数据的准确性。本装置对N线接地电阻的测量是通过继电器Q8和音频激励源、耦合变压器T、回路阻抗电压^和电流/间接测量电路共同实现的。接地电阻测量过程中Q8始终保持在合上位置，以连通被测回路。Z=U7/I=Zx+Z0，Z0为耦合变压器、连接导线(特别是长达数百米的测试电缆)等本身的阻抗和，可在测试前直接短接测试，测得补偿值保存起来，再由算法来修约。耦合变压器不但用作信号耦合和隔离，而且可变换阻抗。经多次试验表明，N线接地阻抗较小，激励电源的频率选择交流1870Hz (比工频50Hz高多倍且非整数倍)，由单片机控制的AD9708作为信号发生 器。因为这种测量回路阻抗的频率特性较好，也易于实现在低功率下测量小阻抗；信号频率远离工频50Hz，减少了测试现场工频信号的干扰，以保证测量数据的可靠性。
权利要求1.一种电压互感器二次回路零线现场测试装置，包括电压互感器二次压降和二次电压测量选线�？椤⑽甯龅骼淼缏�、A/D转换电路、单片机系统、电源模块，所述二次压降和二次电压测量选线模块分别通过第一调理电路、第二调理电路并联接入所述A/D转换电路，所述A/D转换电路接入所述单片机系统，所述二次压降和二次电压测量选线模块通过依次连接的低通滤波器、过零比较器、微分器、数字鉴相器接入所述单片机系统；所述第三调理电路接入所述A/D转换电路，所述电源�？槲龅テ低�、调理电路、A/D转换电路提供电源，所述二次压降和二次电压测量选线模块为由多个继电器组成的开关网络，其特征在于，还包括接地端、对地电压测量电路和接地阻抗测量电路，所述对地电压测量电路并联接入所述二次压降和二次电压测量选线�？槭涑龆耍鼋拥刈杩共饬康缏酚胨龆缘氐缪共饬康缏妨樱鼋拥囟瞬⒘尤胨鼋拥刈杩共饬康缏酚胨龆缘氐缪共饬康缏分�。
2.根据权利要求1所述的电压互感器二次回路零线现场测试装置，其特征在于，所述零线对地电压测量电路包括七个选线继电器和一个调理电路，所述第二至第五继电器的第一输入端并联接入所述二次压降和二次电压测量选线�？槭淙攵耍龆窝菇岛投蔚缪共饬垦∠吣？橛胨龅谝坏骼淼缏分洳⒘械谝患痰缙骱偷诹痰缙鳎龆窝菇岛投蔚缪共饬垦∠吣？橛胨龅诙骼淼缏分浣佑械谄呒痰缙鳎龅诹痰缙鞯谝皇淙攵擞胨龅谄呒痰缙鞯牡谝皇淙攵硕加氲叵吡樱龅诹痰缙鞯诙淙攵�、第七继电器第二输入端与所述第二至第五继电器并联后的第二输出端相连。
3.根据权利要求2所述的电压互感器二次回路零线现场测试装置，其特征在于，所述接地阻抗测量电路包括音频激励源、电流采样电阻、耦合变压器、第八继电器和调理电路，所述音频激励源通过所述耦合变压器和所述第八继电器接入零线与地之间；所述耦合变压器初级绕组与所述电流采样电阻输出端通过第四调理电路、第五调理电路并联接入所述A/D转换电路；所述第六继电器第二输入端、第七继电器第二输入端与所述耦合变压器次级绕组相连，所述接地端与所述第六继电器第二输入端、第七继电器第二输入端、耦合变压器次级绕组连接。
4.根据权利要求1所述的电压互感器二`次回路零线现场测试装置，其特征在于，所述电源�？榘ń涣�-直流开关电源、直流-直流开关电源、蓄电池和四个二极管，所述交流-直流开关电源依次通过第一二极管、第三二极管与所述蓄电池连接，所述蓄电池通过第四二极管与所述直流-直流开关电源连接，所述交流-直流开关电源依次通过第一、第二二极管与所述直流-直流开关电源连接，所述第二二极管与所述第三二极管连接，所述第四二极管与所述第二二极管、第三二极管并联。
5.根据权利要求1所述的电压互感器二次回路零线现场测试装置，其特征在于，所述调理电路包括低通滤波器和与所述低通滤波器连接的程控放大电路，所述程控放大电路包括集成运放芯片和与所述集成运放芯片连接的多路模拟开关芯片。
6.根据权利要求1所述的电压互感器二次回路零线现场测试装置，其特征在于，所述集成运放芯片型号为AD8066，所述多路模拟开关芯片型号为⑶4052。
7.根据权利要求1或3所述的电压互感器二次回路零线现场测试装置，其特征在于，所述A/D转换电路采用AD7606芯片，所述A/D转换电路接有基准电压芯片LM4128。
8.根据权利要求1所述的电压互感器二次回路零线现场测试装置，其特征在于，所述过零比较器采用LM311迟滞过零比较器。
9.根据权利要求1所述的电压互感器二次回路零线现场测试装置，其特征在于，所述数字鉴相器由微分器和双D触发器连接构成。
10.根据权利要求1所述的电压互感器二次回路零线现场测试装置，其特征在于，所述单片机系统采用MSP430F449单 片机；所述单片机系统接有输出接口驱动芯片，所述输出接口驱动芯片采用达林顿管集成芯片ULN2803。
专利摘要本实用新型公开了一种电压互感器二次回路零线现场测试装置，包括二次压降和二次电压测量选线切换�？�、多个调理电路、A/D转换电路、单片机系统、电源�？椋拱阆呓拥刈杩共饬康缏罚鼋拥刈杩共饬康缏吠ü詈媳溲蛊骱图痰缙髁又帘徊饬阆哂氲刂洹１臼涤眯滦屯ü谙钟械缪够ジ衅鞫窝菇挡馐砸堑幕∩显黾恿私拥囟�、零线选择切换继电器电路、接地阻抗测量电路，装置将零线对地电压信号并联接入所述二次压降信号调理电路输入端，所述接地阻抗测量电路采用1870Hz的音频信号作为激励电源。本实用新型可以在小信号下实现零线对地电压和零线接地阻抗的安全、准确测量，并可减少测试现场工频信号的干扰对测量结果的不利影响。
文档编号G01R27/20GK202929152SQ20122068270
公开日2013年5月8日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者万全, 李劲柏, 陈福胜, 柳青, 彭潇, 罗志坤, 欧朝龙, 杨帅, 徐先勇 申请人:湖南省电力公司科学研究院, 湖南省湘电试研技术有限公司, 国家电网公司
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