專利名稱：氧化鋅避雷器測試儀校驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種氧化鋅避雷器測試儀校驗裝置，屬于電力測試儀器的校準、 檢定與檢測領域，利用該校驗裝置可以對氧化鋅避雷器測試儀主要的測量功能即全電 流、阻性電流、容性電流、參比電壓、相角、諧波分量等測量功能進行高準確度的校驗， 并且所產生的各次標準電壓、標準電流信號均能同步、方便、有效的進行量值溯源。
背景技術：
隨著氧化鋅避雷器被廣泛應用，電力系統的安全性得到了極大的提高。但是由于 氧化鋅避雷器工作環境惡劣，容易產生老化等現象，所以對氧化鋅避雷器定期進行檢測 十分必要。鑒于這種情況，國內很多電力測試儀器制造廠家開始研制、生產氧化鋅避雷 器測試儀。但據調查，國內市場上的氧化鋅避雷器測試儀質量參差不齊，對這類測試儀 進行校驗并對用戶提供可靠的校驗數據對提高預防性試驗的質量具有積極意義。在 《DL/T 987-2005氧化鋅避雷器阻性電流測試儀通用技術條件》中，明確要求對氧化鋅 避雷器測試儀的全電流、阻性電流、容性電流等測量功能進行檢測。
根據申請人所知，目前國內有關技術單位校驗氧化鋅避雷器測試儀的方法主要包 括傳統的RC阻容網絡法和普通標準信號源法，各有不足，具體分析如下
其中，傳統的RC阻容網絡法，其原理是在工頻電壓(即參比電壓)的激勵下， 通過阻容網絡的配置產生與參比電壓具有一定相位差的電流信號(即全電流)，產生的
參比電壓和全電流可用于對氧化鋅避雷器測試儀進行校驗。該方法的不足是回路中使
用的標準電阻、標準電容受環境影響較大，接線繁瑣，操作復雜，對測量結果的影響較 大，且測試數據單一，相角問題不易解決，校驗工作必須的諧波電壓和諧波電流無法產 生，且受試品影響導致標準值變化較大，進而影響對氧化鋅避雷器測試儀的校準結果
其中，普通標準信號源方法，其原理是利用電子電路等技術，產生標準信號源即 直接給出 一路參比電壓信號和一路全電流信號，用以對氧化鋅避雷器測試儀進行校驗。 利用該方法產生的參比電壓和全電流基本可以實現含有各次諧波電壓和諧波電流分量。 該方法的不足是僅通過這種思路設計的校驗裝置本身的量值溯源很難得到保證，比如 采取普通標準信號源法給出的全電流時，各次諧波電流的幅值、相位、頻率等參數很難 高準確度的溯源，簡單的說就是難以得到驗證，其原因在于這些諧波電流分量包含在
3全電流里，對這些分量進行溯源時只能通過信號分析(比如傅里葉變換等)手段"間接" 的計算出來，這種"間接"的計算或提取過程無疑會降低諧波電流分量溯源結果的可信 度，其結果就是導致基于該方法的氧化鋅避雷器測試儀校驗裝置的設計方案很難保證全 電流中各次諧波電流分量的良好溯源性，也就是各次諧波電流分量的幅值、相位、頻率 到底準確與否很難說清楚；同理，基于普通標準信號源給出的參比電壓含諧波電壓時， 各次諧波電壓的幅值、相位、頻率等參數很難高準確度的溯源。
綜上所述，目前國內可以參考的校驗裝置和校驗方法在工作原理和可溯源性上均存 在不足，準確度不能滿足要求，市場上大量的氧化鋅避雷器測試儀標稱的最大允許誤差 只達到幅值測量0.5%，角度測量0.2。左右，急需設計具有良好可溯源性的氧化鋅避雷 器測試儀校驗裝置，也就是準確度高并且可以得到有效驗證的氧化鋅避雷器測試儀校驗 裝置，滿足目前校驗工作的緊迫需要。
發明內容
本實用新型的目的是針對現有氧化鋅避雷器測試儀校驗裝置設計原理上的不足，尤 其是校驗裝置在可溯源性上的不足進行了改進，提供一種氧化鋅避雷器測試儀校驗裝 置，具有良好可溯源性，并提高校驗精度。
為了實現上述目的，本實用新型技術方案提供一種氧化鋅避雷器測試儀校驗裝置， 由控制器、信號產生模塊、精密電流源模塊、參比電壓回路信號調理模塊、精密四端電
阻、精密電壓互感器組成，其特征在于控制器的輸出控制信號分別連接5個信號產生
模塊的控制端，其中有3個信號產生模塊的輸出分別連接相應的3個精密電流源模塊的 輸入，3個精密電流源模塊分別通過相應的3個精密四端電阻輸出相應的電流分量，并 聯后各電流分量疊加提供全電流輸出，其中有2個信號產生模塊的輸出分別連接相應的 2個參比電壓回路信號調理模塊的輸入，2個參比電壓回路信號調理模塊的輸出分別與 相應2個精密電壓互感器原邊相連接，通過偶合，2個精密電壓互感器的副邊分別輸出 相應的電壓分量，2個精密電壓互感器的副邊相串聯后電壓分量疊加提供參比電壓輸出。 其工作原理為在控制器的控制作用下，每個信號產生模塊可以產生獨立的幅值、 頻率、相角可調的高度平滑的正弦信號單元，這些正弦信號單元可對后級各自獨立的精 密電流源模塊、參比電壓回路信號調理模塊、精密電壓互感器進行激勵，從而形成相互 獨立的各次電流分器偶合，其副邊串聯相加并最終輸出含有各次諧波分量的參比電壓。
如上所述的氧化鋅避雷器測試儀校驗裝置，其特征在于信號產生模塊采取基于 DDS芯片AD9951的電路，用DDS芯片的直接數字合成技術來方便的產生頻率穩定可 調、幅值穩定可調、相位穩定可調并且曲線高度平滑穩定的正弦信號。 其次，本實用新型在設計上還采用了如下核心技術-
1、 幅值、頻率和相位穩定可調且曲線平滑的正弦信號產生模塊 為了達到高準確度的校驗目的，首先需要生成若干基本的正弦信號單元，這些正弦
信號單元將用來激勵后置的電流源電路和恒壓源電路并產生相應的標準參比電壓和標
準全電流。為了首先獲得幅值和頻率穩定可調、且曲線平滑的正弦信號單元，采取了直 接數字合成技術即DDS芯片來產生正弦信號。直接數字合成技術目前主要在高頻信號 領域采取較多，在電氣測試領域使用還較少。其主要特點是基于直接數字合成理論，提 出了一種頻率可高速變化的正弦信號(或任意周期波形)產生辦法，這種技術應用在本
實用新型中可方便的產生頻率穩定可調、幅值穩定可調、相位穩定可調并且曲線高度平 滑穩定的正弦信號。其中正弦信號的頻率除了可為50Hz基波外，還可方便的配置成 各次諧波頻率，并且非常穩定；正弦信號的幅值分辨率可達14位，滿足本實用新型的 需要；更重要的是正弦信號曲線雖然仍為離散化的，但是曲線幅值的刷新間隔小于lus， 非常平滑，通過普通示波器已看不到"階梯"，這種"曲線高度平滑"的效果完全可以避免 采取后續的濾波電路，從而大大減少的濾波電路帶來的幅值和相位的負面效應。
2、 精密電流源電路和參比電壓回路信號調理電路的設計釆取了"模塊"化的方式 本實用新型對核心的精密電流源電路和參比電壓回路信號調理電路在設計上采取
了"模塊"化的方式。即每個精密電流源模塊或參比電壓回路信號調理模塊的輸入信號為 一個獨立純凈的正弦信號，該信號來自直接數字合成電路即DDS芯片，在獨立的幅頻 可調的正弦信號的激勵下，每個精密電流源模塊或參比電壓回路信號調理模塊可分別輸 出不同幅值、頻率、相位的電流、電壓分量，這些電流、電流分量可作為全電流和參比 電壓的各個分量，并且每個精密電流源模塊選取了高性能器件，接近輸出阻抗無窮大的 理想電流源要求，并且基于輸出阻抗接近無窮大的特點，這些精密電流源模塊可以直接 并聯以合成全電流信號，達到電流相加的目的。同時參比電壓回路信號調理模塊也可是 直接串聯合成參比電壓信號。基于這種"模塊"化思想，本實用新型形成了如下特點在 輸出全電流和參比電壓的同時能將各次電流分量和電壓分量分別引出，這種方式有利于 在本校驗裝置去上級單位溯源時可以在輸出全電流和參比電壓的背景下同時根據需要引出各次電流分量和電壓分量，也就是可以"同步"對任意諧波分量的幅值、頻率、相 位進行溯源，大大提高了溯源結果的有效性，保證了本校驗裝置產生的各次諧波分量的 準確度。
3、精密電壓源的設計中采取了精密電壓互感器
本實用新型在輸出參比電壓時，專門制作了原邊低壓，副邊高壓的高精度電壓互感 器。通過這種輸出方式避免了利用高壓功率放大器升壓的不足。
本實用新型的有益效果是，使用本氧化鋅避雷器測試儀校驗裝置，可以對氧化鋅 避雷器測試儀主要的測量功能即全電流、阻性電流、容性電流、參比電壓、相角、諧波 分量等測量功能進行高準確度的校驗，并且所產生的各次標準電壓、標準電流信號均能 同步、方便、有效的進行量值溯源。并且重要特點在于各次電壓、電流分量均可以在同 一時刻通過相應的回路"同步"進行溯源，驗證其準確度。
圖1，是傳統的基于標準信號源法的氧化鋅避雷器測試儀校驗裝置原理示意圖。
圖2，是本實用新型實施例的氧化鋅避雷器測試儀校驗裝置原理框圖。
圖3.1，是圖2中控制器的電路原理圖。
圖3.2，是圖2中一路信號產生模塊的電路原理圖。
圖3.3，是圖2中一路精密電流源模塊電路原理圖。
圖3.4，是圖2中一路參比電壓回路信號調理模塊和精密電壓互感器的電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步的說明。
圖中的標記l一控制器，21、 22、 23、 24、 25—信號產生模塊，31、 32、 33—精 密電流源模塊，34、35—參比電壓回路信號調理模塊，41、42、43—精密四端電阻，54、 55—精密電壓互感器，Ia,、 Ia2、 Ia3 —電流分量，Uai、 Ua2 —電壓分量，I一全電流， U—參比電壓。
參見圖1所示傳統的基于標準信號源法的氧化鋅避雷器測試儀校驗裝置原理示意 圖，是一項電的電路圖。它利用該校驗裝置產生的參比電壓U和全電流I基本可以實現 含有各次諧波電壓和諧波電流分量。該方法的不足是僅通過這種思路設計的校驗裝置 本身的量值溯源很難得到保證，其分量進行溯源時只能通過信號分析(比如傅里葉變換
6等)手段"間接"的計算出來，這種"間接"的計算或提取過程無疑會降低諧波分量溯 源結果的可信度。
參見圖2所示本實用新型實施例的氧化鋅避雷器測試儀校驗裝置原理圖，這是一項 電的相應電路。由控制器l的輸出控制信號連接信號產生模塊21、 22、 23、 24、 25的 控制端，信號產生模塊21、 22、 23的輸出分別連接相應精密電流源模塊31、 32、 33的 輸入，精密電流源模塊31、 32、 33的輸出分別通過精密四端電阻41、 42、 43產生輸出 電流分量Ia,、 Ia2、 Ia3，并聯疊加后產生全電流I輸出。信號產生模塊24、 25的輸出 分別連接相應參比電壓回路信號調理模塊34、 35的輸入，參比電壓回路信號調理模塊 34、 35的輸出端分別與精密電壓互感器54、 55原邊相連接，通過偶合，精密電壓互感 器54副邊產生電壓分量輸出Uai，精密電壓互感器55副邊產生電壓分量輸出Ua2， 二 個精密電壓互感器54、 55副邊相串聯使各輸出電壓Uah化2疊加，提供參比電壓U輸 出。
其工作原理為在控制器l (具體為單片機C8051F020)的控制作用下，每個信號 產生模塊21、 22、 23、 24、 25 (基于DDS芯片AD9951實現，參見圖3.2)可以產生 獨立的幅值、頻率、相角可調的高度平滑的正弦信號單元，這些正弦信號單元可對后級 各自獨立的精密電流源模塊31、 32、 33 (基于精密運放OPA228芯片構成，參見圖3.3)、 參比電壓回路信號調理模塊34、 35 (基于精密高電壓運放OPA454芯片構成，參見圖 3.4)、精密電壓互感器54、 55進行激勵，從而形成相互獨立的各次電流分量Ia,、 Ia2、 Ia3和電壓分量l^、 Ua2驅動信號，并且各次電流分量仏、Ia2、 133通過直接并聯相加， 最終合成并輸出含有各次諧波分量的全電流I，而電壓分量U&、 Ua2驅動信號則通過驅 動精密電壓互感器54、 55串聯相加并最終輸出含有各次諧波分量的參比電壓U。
在本實施例中，信號產生模塊21、 22、 23、 24、 25采取了基于DDS芯片的直接數 字合成技術來方便的產生頻率穩定可調、幅值穩定可調、相位穩定可調并且曲線高度平 滑穩定的正弦信號。
在本實施例中，在設計上采取了 "模塊化疊加"的方式，釆用了精密電流源模塊 31、 32、 33和參比電壓回路信號調理模塊34、 35。
在本實施例中，為了避免了利用高壓功率放大器升壓的不足，在設計中采取了通過 精密電壓互感器54、 55來輸出參比電壓。
權利要求1、一種氧化鋅避雷器測試儀校驗裝置，由控制器(1)、信號產生模塊(21)(22)(23)(24)(25)、精密電流源模塊(31)(32)(33)、參比電壓回路信號調理模塊(34)(35)、精密四端電阻(41)(42)(43)、精密電壓互感器(54)(55)組成，其特征在于由控制器(1)的輸出控制信號連接信號產生模塊(21)(22)(23)(24)(25)的控制端，信號產生模塊(21)(22)(23)的輸出分別連接相應精密電流源模塊(31)(32)(33)的輸入，精密電流源模塊(31)(32)(33)的輸出分別通過精密四端電阻(41)(42)(43)產生輸出電流分量Ia1、Ia2、Ia3，并聯疊加后產生全電流I輸出，信號產生模塊(24)(25)的輸出分別連接相應參比電壓回路信號調理模塊(34)(35)的輸入，參比電壓回路信號調理模塊(34)(35)的輸出端分別與精密電壓互感器(54)(55)原邊相連接，通過偶合，精密電壓互感器(54)副邊產生電壓分量輸出Ua1，精密電壓互感器(55)副邊產生電壓分量輸出Ua2，二個精密電壓互感器(54)(55)副邊相串聯使各輸出電壓Ua1、Ua2疊加，提供參比電壓U輸出。
2、 如權利要求1所述的氧化鋅避雷器測試儀校驗裝置，其特征在于信號 產生模塊(21) (22) (23) (24) (25)信號產生模塊采取基于DDS芯片AD9951 的電路。
專利摘要一種氧化鋅避雷器測試儀校驗裝置，包括控制器、信號產生模塊、精密電流源模塊、參比電壓回路信號調理模塊、精密四端電阻和精密電壓互感器。在控制器的作用下，每個信號產生模塊產生獨立的幅值、頻率、相角可調的高度平滑正弦信號，這些正弦信號對后級各自獨立的精密電流源模塊、參比電壓回路信號調理模塊、精密電壓互感器進行激勵，從而形成相互獨立的各次電流分量和電壓分量驅動信號，電流分量通過直接并聯相加，合成并輸出全電流，電壓分量通過驅動精密電壓互感器副邊串聯相加輸出參比電壓。利用該校驗裝置可以對氧化鋅避雷器測試儀主要的測量功能即全電流、阻性電流、容性電流、參比電壓、相角、諧波分量等測量功能進行高準確度的校驗。
文檔編號G01R35/00GK201289525SQ20082019218
公開日2009年8月12日 申請日期2008年11月7日 優先權日2008年11月7日
發明者包玉樹, 軍 張, 王斯琪, 章述漢, 陳習文, 民 雷, 瓊 項 申請人:國網武漢高壓研究院