專利名稱：多功能局部放電檢測(cè)分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電性能及故障檢測(cè)分析技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多功能局部放電檢測(cè)分析儀。
電工設(shè)備中局部放電的檢測(cè)分析技術(shù)不僅是電工技術(shù)領(lǐng)域中受到廣泛關(guān)注的問(wèn)題，也是分析測(cè)試技術(shù)中的難題。在本實(shí)用新型以前的現(xiàn)有技術(shù)中，就其測(cè)試方法而言，如無(wú)線電干擾電壓法、聲測(cè)法、光測(cè)法等，多年來(lái)都沒(méi)有取得明顯的進(jìn)展。唯有脈沖電流法經(jīng)過(guò)多年的考驗(yàn)證明是最有效的方法。應(yīng)用這一方法原理的測(cè)試儀器在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的有“便攜式多功能局放儀”、“JF-8601局放儀”、“智能化局部放電測(cè)試儀”、“8098單片機(jī)輔助抗干擾局部放電測(cè)量系統(tǒng)”等。上述儀器雖各有特色，但都不同程度地存在問(wèn)題。如“便攜式多功能局放儀”，測(cè)量參數(shù)簡(jiǎn)單，顯示部分仍為較落后的示波器顯示，電路部分基本上不帶處理?！癑P-8601局放儀”僅對(duì)排除偶發(fā)性的干擾有一定效果，而對(duì)如電暈放電類的干擾則失效?！?098單片機(jī)輔助抗干擾局部放電測(cè)量系統(tǒng)”的特色僅在于解決抗干擾問(wèn)題，而測(cè)試的參數(shù)僅是放電次數(shù)，功能單一?！爸悄芑植糠烹姕y(cè)試儀”，雖然在功能方面增加了不少，但是用PC機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，成本造價(jià)太高，不易于推廣使用。國(guó)外出現(xiàn)的HAEFELY公司提供的局部放電分析系統(tǒng)，已將測(cè)試技術(shù)提高到可測(cè)得不同相位上分布的放電量，不同放電量的放電所出現(xiàn)的次數(shù)、以及具有總電能的水平上。但是，由局部放電的統(tǒng)計(jì)特性，決定了它還需要測(cè)試和綜合分析更多的電參數(shù)，才能真正精確、可靠地評(píng)價(jià)電器的絕緣、裂化狀態(tài)，HAEFELY公司的產(chǎn)品未達(dá)到這一要求，而且儀器系統(tǒng)體積龐大，價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜。
針對(duì)上述國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)狀況，本實(shí)用新型的目的在于根據(jù)局部放電檢測(cè)分析技術(shù)的要求和發(fā)展趨勢(shì)，提供一種能夠測(cè)量現(xiàn)有局部放電需要的所有表征參數(shù)，能夠快速采集、統(tǒng)計(jì)處理大量數(shù)據(jù)，具有識(shí)別外來(lái)干擾，判斷不同放電源、不同絕緣類型的缺陷，分析某些電工設(shè)備中的放電部位、劣化程度等綜合分析能力的通用型多功能局部放電檢測(cè)分析儀，并力求使該儀器結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)便、直觀、方便，且造價(jià)低廉。
現(xiàn)將本實(shí)用新型技術(shù)解決方案敘述如下根據(jù)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)可測(cè)量的表征局部放電參數(shù)包括視在放電電荷q、平均放電電流I、放電能量W、放電功率P、放電重復(fù)率N、放電起始電壓U1、熄滅電壓Ue；本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)還可顯示不同放電量的放電所出現(xiàn)的次數(shù)(N-q)譜圖；不同相位上出現(xiàn)的放電次數(shù)(N-φ)譜圖；不同相位上出現(xiàn)的放電量(q-φ)譜圖；不同相位上出現(xiàn)的放電能量(W-φ)譜圖；不同能量的放電所出現(xiàn)的次數(shù)(N-W)譜圖。本實(shí)用新型在儀器的整體設(shè)計(jì)上，不僅考慮了多參數(shù)、多譜圖的測(cè)量與顯示，而且還使儀器具有自檢、自動(dòng)校正、靈敏度設(shè)定、監(jiān)視、測(cè)量時(shí)間選擇、測(cè)量結(jié)果顯示、打印、存檔、抗干擾七大功能。
本實(shí)用新型的硬件設(shè)計(jì)包括信號(hào)處理模擬電路，信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字電路，存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路，點(diǎn)陣式圖形液晶顯示器，具有繪圖和顏色轉(zhuǎn)換功能的打印機(jī)。本實(shí)用新型的系統(tǒng)軟件采用模塊化程序設(shè)計(jì)，用PL/M高效率、結(jié)構(gòu)化高級(jí)程序語(yǔ)言編寫(xiě)。
現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)解決方案作進(jìn)一步說(shuō)明

圖1信號(hào)處理模擬電路圖(第1部分)圖2信號(hào)處理模擬電路圖(第2部分)與數(shù)字電路圖圖3系統(tǒng)軟件原理框圖其中U1運(yùn)算放大器 U2、U5、U6比較器U3、U4高速運(yùn)算放大器U7、U8、U9單穩(wěn)電路U10單片機(jī)(1)初始化 (2)開(kāi)中斷 (3)局放監(jiān)視(4)測(cè)量 (5)計(jì)算 (6)譜圖顯示(7)菜單顯示 (8)按鍵 (9)中斷返回(10)分析鍵(11)自檢(12)校驗(yàn)(13)局放檢測(cè) (14)參數(shù)計(jì)算(15)譜圖計(jì)算(16)干擾去除 (17)干擾測(cè)量(18)打印(19)頁(yè)選控制器(20)存儲(chǔ)器陣列 (21)電池(22)圖形液晶顯示器(23)PIO并行口(24)鍵盤 (25)打印機(jī)圖1、圖2是模擬電路和U10(8097)為代表的數(shù)字電路。以運(yùn)算放大器U1為核心的電路是為交流試驗(yàn)電壓的阻抗匹配和極性轉(zhuǎn)換而設(shè)計(jì)，以滿足A/D轉(zhuǎn)換的要求。交流實(shí)驗(yàn)電壓(AC-IN)從U1的3腳輸入，經(jīng)分壓、限幅和阻抗匹配后，一路經(jīng)電平轉(zhuǎn)換，變換成0～5伏電壓，由U1的14腳輸出至單片機(jī)U10的5腳；另一路由U1的5腳輸出至比較器U2的2腳。以U2為核心的電路是為單片機(jī)提供一個(gè)時(shí)間同步基準(zhǔn)，作為計(jì)時(shí)控制信號(hào)，滿足相位測(cè)量與分析的需要，由U2的7腳輸出至單片機(jī)U10的26腳。U2的7腳輸出方波信號(hào)，經(jīng)由電容C1、電阻R11構(gòu)成的微分電路，使每個(gè)工頻周期產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號(hào)(對(duì)應(yīng)相位為180°和360°)，以產(chǎn)生自檢脈沖信號(hào)，備自檢時(shí)用。當(dāng)需要儀器自檢時(shí)，將圖1中的S1打向SELF-TEST檔，機(jī)內(nèi)產(chǎn)生過(guò)零脈沖，并自動(dòng)檢測(cè)50個(gè)周期，若測(cè)得的結(jié)果為100次脈沖，且幅值相等，出現(xiàn)在零位和180°時(shí)，說(shuō)明儀器工作正常。以高速運(yùn)算放大器U3的阻抗匹配、快速脈沖極性轉(zhuǎn)換電路，為滿足對(duì)局部放電信號(hào)(P.D-IN)進(jìn)行快速極性轉(zhuǎn)換的要求，使其在極性轉(zhuǎn)換時(shí)設(shè)有啟動(dòng)零位，將二極管D5、D6、D7、D8接在U3的反饋回路中。經(jīng)U3為核心的阻抗匹配、極性轉(zhuǎn)換電路后，被檢測(cè)的局放電脈沖信號(hào)全部轉(zhuǎn)換成正極性脈沖信號(hào)，然后分成兩路，一路從U3的9腳輸出至U5、U8、T2構(gòu)成的放電監(jiān)視電路和U6、U9、T3構(gòu)成的過(guò)載顯示電路，一路從U3的9輸出到U4為核心的快速脈沖峰值保持電路，該電路由高速運(yùn)算放大器U4、三極管T1、電容C2、二極管D9、D10構(gòu)成，以實(shí)現(xiàn)快速低過(guò)沖的脈沖峰值保持，使U4的14腳輸出一個(gè)穩(wěn)定的峰值信號(hào)至單片機(jī)U10的6腳，備A/D轉(zhuǎn)換用。比較器U5是為完成靈敏度設(shè)定和監(jiān)幅功能，進(jìn)行門坎測(cè)量并顯示靈敏度，由U5的3腳輸出至單片機(jī)和U10的4腳，以啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)大于門坎的放電脈沖信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，U5的7腳輸出一個(gè)高電平至單穩(wěn)U8，使L1燈亮，以示有放電產(chǎn)生，同時(shí)該信號(hào)送到單穩(wěn)U7的1腳，由U7的4腳向U10的25腳輸出一個(gè)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)，以完成放電測(cè)量，25μs后由U7的5腳輸出一個(gè)信號(hào)到U4為核心的峰值保持電路中的電阻R21，進(jìn)行峰值釋放，等待下一個(gè)脈沖信號(hào)。
本實(shí)用新型在數(shù)字電路中，巧妙地利用了單片機(jī)U10(8097)的P1口及一些控制線，采用選頁(yè)方案，將存儲(chǔ)空間擴(kuò)展到8頁(yè)，每頁(yè)32K字節(jié)，使得原16位地址總線的64K字節(jié)的尋址空間，擴(kuò)展到256K字節(jié)，在U10(8097)的P1口與頁(yè)選控制存儲(chǔ)器(19)相接；P3、P4口與存儲(chǔ)器陣列(20)相接，電池(21)接在存儲(chǔ)器陣列(20)上是作為掉電保護(hù)，以存儲(chǔ)校驗(yàn)的重要參數(shù)和進(jìn)行自動(dòng)校驗(yàn)用；P3、4口與8255P10并行口相接，并行口PIO用于控制、液晶顯示和打印輸出。液晶顯示器為圖形液晶顯示，本儀器以采用了以圖形液晶顯示與四色繪圖打印機(jī)、8個(gè)鍵的小鍵盤相互配合，才使得本儀器的諸項(xiàng)功能得以實(shí)現(xiàn)。
圖3是本實(shí)用新型系統(tǒng)軟件原理框圖。采用了模塊化的程序設(shè)計(jì)，用PL/M高效率高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)。在一般情況下，經(jīng)編譯后生成的機(jī)器代碼，相當(dāng)于用人工直接用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序質(zhì)量。還可象匯編語(yǔ)言一樣直接利用CPU的硬件特性進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，因而使得本儀器的智能化程度較高，而且還能進(jìn)行比較復(fù)雜的分析運(yùn)算。例如，本儀器的自檢、自動(dòng)校正、監(jiān)視、測(cè)量時(shí)間、測(cè)量結(jié)果的顯示和打印以及抗干擾等功能，都是通過(guò)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)而自動(dòng)完成的。
多功能具體敘述如下自檢功能即機(jī)內(nèi)自動(dòng)識(shí)別100次幅值相等、在零相位180°相位出現(xiàn)的脈沖信號(hào)，則自動(dòng)顯示“Very good”，否則顯示“Incorrect”。
自動(dòng)校正功能即根據(jù)選定的注入電荷量q0，放大器的衰減系數(shù)及測(cè)量試驗(yàn)電壓分壓器的分壓比，自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，得出在一定放大器衰減系數(shù)下，測(cè)得的電壓值與注入電荷的比值，即1V電壓代表的放電量。測(cè)量放電時(shí)，顯示出的視在放電電荷值及放電能量都以PC或μJ為單位，而不需要任何人工計(jì)算，如試品及測(cè)試回路不改變，每次開(kāi)機(jī)后，不需再校驗(yàn)。
監(jiān)視功能即連續(xù)測(cè)量10個(gè)周期，取同一相位上最大的放電量在液晶屏上顯示，顯示周期為1S。這樣在液晶屏上可連續(xù)地觀察到放電的圖形，比在示波器上看到的圖形更加清楚，并可使其靜止不動(dòng)，以便仔細(xì)觀察，同時(shí)還可將圖形打印出來(lái)。
測(cè)量時(shí)間功能即可選定一次連續(xù)測(cè)量的時(shí)間，測(cè)量時(shí)間以外加電壓的周期數(shù)為單位。
測(cè)量結(jié)果顯示、打印功能即將上述各參數(shù)的測(cè)量結(jié)果都可以在圖形液晶屏幕上顯示，同時(shí)可用四色繪圖儀打印，保留存檔。
抗干擾功能即對(duì)于固定出現(xiàn)在一定相位上的干擾可以在不接試品時(shí)先測(cè)定判斷儲(chǔ)存，以后在試品做試驗(yàn)時(shí)可以選擇從讀數(shù)中去除這些干擾。
本實(shí)用新型的主要技術(shù)指標(biāo)為1、靈敏度最小可測(cè)視在放電電荷為1PC。(在Cx＝Ck＝3μF時(shí)，Cx為試品電容，Ck為耦合電容)2、分辯時(shí)間兩個(gè)相鄰脈沖疊加誤差小于10％時(shí)，兩個(gè)脈沖最小間隔時(shí)間為100μS。
3、測(cè)量頻率頻帶分兩檔，低頻檔為10K-300KHz；選頻檔為50K-80KHz。
4、衰減器分5檔，每檔衰減20dB。
5、結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)臺(tái)式尺寸(L×W×H)1340×280×230(mm)重量4.0Kg。
本實(shí)用新型同現(xiàn)有技術(shù)相比，功能全，靈敏度高，不僅測(cè)量參數(shù)多，可進(jìn)行放電參數(shù)分析，放電譜圖分析，開(kāi)任意窗口去干擾，對(duì)放電狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，而且操作使用方便，儀器結(jié)構(gòu)緊湊，造價(jià)低廉。具有很好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求1.一種多功能局部放電檢測(cè)分析儀，具有放電信號(hào)處理模擬電路、數(shù)字電路及相應(yīng)系統(tǒng)軟件、單片機(jī)、液晶顯示器、鍵盤、打印機(jī)，其特征在于(1)具有以運(yùn)算放大器U1為核心的交流實(shí)驗(yàn)電壓阻抗匹配和極性轉(zhuǎn)換電路；以高速運(yùn)算放大器U3為核心的局部放電信號(hào)的阻抗匹配和快速極性轉(zhuǎn)換電路，二極管D5、D6、D7、D8接在U3的反饋回路中；(2)具有以比較器U2為核心的時(shí)間基準(zhǔn)同步電路和由電容C1、電阻R1構(gòu)成的微分電路；以比較器U5、單穩(wěn)電路U8和三極管T2構(gòu)成的放電監(jiān)視電路；以比較器U6、單穩(wěn)電路U9和三極管T3構(gòu)成的過(guò)載顯示電路；以單穩(wěn)電路U7為核心的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和釋放控制電路；以運(yùn)算放大器U4、三極管T1、電容C2、二極管D9、D10構(gòu)成的快速脈沖峰值保持電路；(3)液晶顯示器為圖形液晶顯示，并采用圖形液晶顯示與四色繪圖打印機(jī)和小鍵盤相互配合方案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能局部放電檢測(cè)分析儀，其特征在于模擬電路中運(yùn)放器U1的14腳接單片機(jī)U10的5腳；U1的1、2、5腳接比較器U2的2腳；比較器U2的7腳接單片機(jī)U10的26腳；運(yùn)放器U3的9腳與比較器U5的2腳、比較器U6的2腳及運(yùn)放器U4的3腳相接；比較器U4的14腳接單片機(jī)U10的6腳；單穩(wěn)電路U7的5腳與U4為核心的快速脈沖峰值保持電路的R21相接，4腳與單片機(jī)U10的25腳相接；比較器U5的3腳接U10的4腳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能局部放電檢測(cè)分析儀，其特征在于單片機(jī)的P1口與頁(yè)選控制存儲(chǔ)器(19)相接；P3、4口與存儲(chǔ)器陣列(20)相接，且同時(shí)與PIO(22)相接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種多功能局部放電檢測(cè)分析儀。具有放電信號(hào)處理模擬電路和數(shù)字電路及相應(yīng)的系統(tǒng)軟件、單片機(jī)、液晶顯示器、打印機(jī)、鍵盤等，其特征是模擬電路中有阻抗匹配、極性轉(zhuǎn)換、時(shí)間同步基準(zhǔn)、放電監(jiān)視、過(guò)載顯示、釋放控制等電路。數(shù)字電路中，巧妙利用單片機(jī)P
文檔編號(hào)G01R29/00GK2253481SQ9524546
公開(kāi)日1997年4月30日 申請(qǐng)日期1995年12月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月7日
發(fā)明者劉光斌, 邱昌容, 吳少軍 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍第二炮兵工程學(xué)院