局部放電測(cè)量?jī)x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(cè)量?jī)x校準(zhǔn)裝置是根據(jù)國(guó)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(guó)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(cè)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(guò)電腦操作控制，內(nèi)部應(yīng)用虛擬式示波器，測(cè)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(cè)等工作領(lǐng)域。

1 工作原理
1．1 局部放電測(cè)量?jī)x信號(hào)電路測(cè)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(cè)量?jī)x，用來(lái)校準(zhǔn)局部放電測(cè)量?jī)x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(cè)量?jī)x放電量校準(zhǔn)器校準(zhǔn)原理
    局部放電測(cè)量?jī)x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(guò)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(cè)量?jī)x。
    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(guò)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(cè)量?jī)x顯示的局部放電量進(jìn)行比較，可以得出被檢局部放電測(cè)量?jī)x的測(cè)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(méi)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電量的測(cè)量，這是本項(xiàng)目的*。過(guò)去都采用電壓幅值乘電容的方法，按照q=UC的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電量的測(cè)量。
    （2）采用阻抗替換的方法測(cè)量?jī)?nèi)阻，也是本項(xiàng)目的。
2．1 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)阻測(cè)試方法
    已有測(cè)試方法采用標(biāo)準(zhǔn)DL／T 846．4-2004（（高電壓測(cè)試設(shè)備通用技術(shù)條件第4部分：局部放電測(cè)量?jī)x》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(cè)試。
    測(cè)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(guò)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(cè)量?jī)?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(cè)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(cè)量電路，其時(shí)間常數(shù)很大，所以無(wú)法對(duì)高頻電路進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。
2．2 阻抗替換的內(nèi)阻測(cè)試方法
    本項(xiàng)目采用階躍電壓發(fā)生器內(nèi)阻的測(cè)量方法，階躍電壓發(fā)生器內(nèi)阻的測(cè)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(wú)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(cè)量。測(cè)量中使用的替換電阻都是經(jīng)過(guò)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(cè)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(cè)量要求。
    測(cè)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(cè)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(méi)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(cè)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(cè)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(cè)量了。

3 局部放電測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)裝置的應(yīng)用
    目前使用的局部放電測(cè)量?jī)x，無(wú)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(cè)量視在放電量。指數(shù)波的高度與測(cè)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(cè)量環(huán)路要求很高。甚至連接也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，因此，局部放電測(cè)量?jī)x需要定期校準(zhǔn)，本項(xiàng)目所研制的局部放電測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)裝置能夠按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定對(duì)局部放電測(cè)量?jī)x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(cè)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(yǔ)
    根據(jù)以上敘述，局部放電測(cè)量?jī)x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(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了許多技術(shù)突破，糾正了一些過(guò)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(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)工作做得更好。