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氧化锌避雷器测试仪校验标准
前言
在长期工作电压作用下,氧化锌避雷器阀片会出现老化现象,老化的结果是导致阻性电流和功率损耗的增加,同时阀片受潮等原因也会导致阻性电流和功率损耗增加。因此通过检测流过氧化锌避雷器阀片的阻性电流和功率损耗,即可反映出氧化锌避雷器的劣化程度。
由于氧化锌阀片具有非线性特征的电阻,在工作电压下流过氧化锌避雷器阀片的电流具有较丰富的谐波分量,主要包括有3、5、7次等奇次波。因此人们采用了各种方法设计的仪器来测量氧化锌避雷器的阻性电流和有功损耗,其中主要有基波法、三次谐波法、谐波法等。由于采用的测量方法、原理不尽相同,导致各种氧化锌避雷器测试仪测量结果的可比性较差,因此有必要设计一套氧化锌避雷器测试仪检验
标准,依据氧化锌避雷器阀片阻性电流和有功损耗测量的基本原理,对氧化锌避雷器测试仪进行检验,确定其测量误差。
设计原理
HX022氧化锌避雷器测试仪校验标准采用标准源法,即有该标准器提供输出一个已知阻性电流、容性电流的标准全电流信号,同时也提供输出一个相关的标准电压信号,供给被校验避雷器测试仪测量,其测量值与标准值之差即为被检测仪器的误差。
整体标准由一台笔记本电脑通过USB接口连接到标准器上,实现对检测软件操作和下位机的控制,实现标准信号的产生、计算、显示、保存,通过高精度的D/A转换,将数字信号转换为两路模拟信号,再两路功率放大器,将信号放大(由高精密元件组成),提供电压源和电流源给被检测仪器测量。
产生标准信号的数字模型有两种。一种数学模型是参照DL/Txxx-200x《交流无间隙金属氧化锌避雷器阻性电流测试仪通用技术条件》,设计了一种理想的电压、电流信号。其中电压信号为正弦波电压,f=50Hz,电流信号由阻性基波电流,阻性三次谐波电流和容性电流合成。
u=Umsinωt …..①.
I=IR1sinωt+IR3sin(3ωt+π)+ICsin(ωt+π/2) …...②
可根据通常Um、IR1、IR3、IC的测量范围,设定其值,通过软件计算可得电压、电流的有效值、峰值以及有功损耗。
另一种数学模型是通过对氧化锌避雷器阀片试验实测得到的。通过测量氧化锌避雷器阀片电流可知在运行电压下,氧化锌避雷器阀片电流有较明显的3次、5次、7次等分量。且谐波分量的初相位也是变化的,通过一套数字采集系统,采集了近30个阀片样品在运行电压下阀片电流的数据,进行FFT分析。试验时采用两种电压源,一种是近似理想的正弦波电源,其谐波系数<%。另一种电压源为220V市电电源,其谐波系数约3%,通过FFT分析发现,当采用近似理想的正弦波电源试验时,在运行电压值附近阀片电源中主要谐波为3次、5次、7次、9次以上基本上很小,可忽略不计,而且谐波的初相位是变化的;当采用220V市电电源时,在运行电压值附近阀片电流中谐波电流有很明显增加,主要谐波为3次、5次、7次、9次,因此有必要检测仪器对3次、5次、7次、9次谐波电流的测量误差。通过对电压、电流进行FFT分析,可得:
n
u=∑Uksin(kωt+αk) ……③
k=1
n
i=∑Iksin(kωt+βk) ……④
k=1
我们通常是测量氧化锌避雷器在运行状态下的电流,因此当使用式③和④建立数学模型时,只对氧化锌避雷器阀片运行电压±20%范围的n个点进行测试、计算。通过对同频率电压、电流谐波的相关计算,可得该次谐波电流的阻性分量、幅度及相角。最后在时域对各次谐波阻性电流进行合成,即可得总的阻性电流幅值。
工作原理
HX022氧化锌避雷器测试仪校验标准工作原理如(图1),计算机依据建立的数学模型,发出标准的电压、电流数字信号到D/A单元,通过D/A变换成模拟信号传输到功放单元,功放单元将电压、电流信号放大后提供给被检测仪器,由于采用了纯软件控制方式,标准信号的设置如幅值、相位均可通过软件设置并通过显示器同步显示输出的标准值及相关的电压、电流波形图。
( 图1) HX022氧化锌避雷器测试仪校验标准工作原理
四、主要功能特点
(1)USB通信连接简单可靠性提高;
(2)大规模集成FPGA电路简单;
(3)高精度电子元器件组成稳定性提高;
(4)软件直观操作简单;
校验参考电压测量准确度。
校验全电流有效值、峰值测量准确度。
校验阻性电流峰值、基波容性电流的有效值、峰值测量准确度。
校验基波阻性电流峰值测量准确度。
校验三次阻性电流有效值峰值测量准确度。
校验五次阻性电流有效值峰值测量准确度。
校验七次阻性电流有效值峰值测量准确度。
校验九次阻性电流有效值峰值测量准确度。
检测氧化锌避雷器阻性电流测试仪输入阻抗。
五、主要技术参数
设备型号:HX022
基波频率:50Hz ±
谐波电流