专利名称：变压器有载分接开关测试仪校验装置的制作方法
技术领域：
本发明属于对电力测试仪器的校准、检定与检测领域，具体的说涉及一种校验装置 和校验方法，利用该校验装置和校验方法可以对变压器有载分接开关测试仪主要的测量 功能即过渡电阻和过渡时间测量功能进行高准确度的校验。
背景技术：
变压器有载分接开关是与变压器高压回路联接的唯一运动部件，其故障率较高。 据统计，变压器有载分接开关的故障发生次数几乎占变压器故障总次数的20%以上， 且随着有载调压变压器台数的增多和运行年份的增长，故障率呈上升趋势。因此，对有 载分接开关的检查试验越来越引起重视。在《DL/T 596-1996电力设备预防性试验规程》 中要求检査有载分接开关的动作顺序、动作角度、测量切换时间。变压器有载分接开关 测试仪，是用于测量和分析电力变压器有载分接开关电气性能的综合测量仪器，通过专 门设计的测量电路可实现对有载分接开关的过渡波形、过渡时间、过渡电阻、三相同期 性、分离角等参数的自动测量。但是，目前变压器有载分接开关测试仪的质量参差不齐， 而且对于衡量有载分接开关测试仪器测量准确性和有效性的校验装置和校验方法还很 不完善，因此，迫切需要提出合理可行的校验方法并研制相应的校验装置，以用于对变 压器有载分接开关测试仪器进行校准、检定与检测。目前，国内对变压器有载分接开关 测试仪器开展的校验项目主要涉及过渡电阻、过渡时间、三相同期性、纹波系数、分离 角等，依据的校验规程主要是《DL/T 846.8-2004高电压测试设备通用技术条件第八部 分有载分接开关测试仪》，其中对过渡过程(包括过渡电阻和过渡时间)的校验是最重 要的校验项目。
目前，根据申请人所知，国内有关单位对变压器有载分接开关测试仪的过渡电阻、 过渡时间测量功能的校验方法主要可划分两种， 一种是采取"分别校验"的方法， 一种是 采取"同步校验"的方法，但是目前依据这两种方法进行的校验工作以及目前已有的基于 这两种方法设计的校验装置均有以下不足
首先是"分别校验"的方法，如图1所示，其特点是对被试仪器的过渡电阻测量功 能仅依据电阻测试仪相关检定方法单独采用标准电阻器进行校验；对被试仪器的过渡时 间测量功能仅依据时间间隔测量仪相关检定方法单独给出标准时间间隔进行校验。这种 "分别校验"方法的不足是并不能充分的评价变压器有载分接开关测试仪器对过渡电阻 和过渡时间的现场测量能力，因为，现场变压器有载分接开关在分接切换瞬间的过渡电 阻和过渡时间的变化是"同步"体现的，具体的表现形式是一个过渡波形，这就需要变压 器有载分接开关测试仪器在准确测量出过渡电阻的同时也能够准确且同步地测量出相 应过渡电阻经历的过渡时间。所以，当采用"分别校验"的方法对变压器有载分接开关测 试仪器进行校验时，对该试品的过渡电阻及过渡时间测量功能进行的评价是具有不足 的；换言之，即使一台变压器有载分接开关测试仪器对标准电阻和标准时间间隔在"分 别"测量的情况下能"分别"得到较好测量结果，我们也不能简单的推断出该仪器对过渡 过程(过渡过程是过渡电阻和过渡时间的同步体现)能"同步"的准确测量。
其次是"同步校验"的方法，如图2所示，其特点是利用若干实物标准电阻和若干 开关切换器件组成电阻切换装置(或者是电阻切换网络)，通过开关器件的快速切换和 组合而在短时间内配置出不同的阻值，继而达到模拟出过渡过程(过渡过程是过渡电阻 和过渡时间的同步体现)的作用。相对于"分别校验"的方法，对变压器有载分接开关测 试仪的过渡电阻和过渡时间测量功能进行"同步校验"明显更加合理，其主要原因在于 该方法的模拟效果更加接近于模拟实际的变压器有载分接的工作特征，即在短时间内给 出实物电阻的变化。但是，目前国内基于"同步校验"方法开展的校验工作很少，而且更 关键的不足在于目前国内已有的具有"同步校验"特点的校验装置的准确度还不够高，如 给出的标准过渡电阻的准确度一般不优于0.1Q,给出的标准过渡时间的准确度一般不 优于0.1ms,究其原因主要在于若设计具有"同步校验"功能的校验装置，则需要如图 2所示利用若干开关器件对若干电阻器件进行高速切换，从而在短时间内组合出不同的 阻值，虽然其中电阻器件的准确度相对容易选择，但与电阻器件串联的开关器件的等效 导通电阻和切换速度却会直接影响校验装置整体模拟出的过渡电阻和过渡时间的准确 度，可以说开关器件的选择是制约校验装置性能的最主要因素。目前，据申请人所知， 国内仅有的具有"同步校验"特点的变压器有载分接开关测试仪的校验装置在核心的切 换开关器件的选择上均属于以下几种电磁继电器、干簧继电器、水银继电器、二极管、 双极晶体管、晶闸管、固态继电器等，而这几种开关器件均有在等效导通电阻和开断时
间上的局限性，其中电磁继电器、干簧继电器、水银继电器等均为机械触点式开关， 特点为导通电阻较小，断开电阻趋近于无穷大，但是工作速度低、有触点抖动、动作延 迟时间较长，故采取该类开关期间虽然会获得相对较小的导通电阻，可接近数十毫欧数 量级，但是其时间特性较差，其开断时间最髙约为lms,而且具有触点抖动，开断时间 分散性较大，故利用该类机械触点式开关作为校验装置的切换开关会对标准过渡电阻和 标准过渡时间引入很大的不确定度；而二极管、双极晶体管、晶闸管等无触点式开关器 件虽然开断时间短，可以到ns级，但是该类器件的等效导通电阻等开关特性较差，以 NPN型双极晶体管正接正信号法为例，其作为模拟开关的简易等效导通电路如图3所 示，可见，当晶体管的基射结和基集结均正偏时，晶体管处于饱和导通状态，其等效导 通电路不仅包括等效导通电阻r。"，同时还包括了一个不可忽略的与基集电流无关的残 余电压FcMo,即晶体管在饱和导通状态下仍不能简单看作一个纯导通电阻，二极管、 晶闸管也有类似的不足，故利用这几种开关作为校验装置的切换开关会对标准过渡电阻 引入很大的不确定度；另外，固态继电器多为光电耦合驱动，故在时间特性上也有局限 性， 一般不优于lms。可见，受限于以上开关器件的性能，目前国内仅有的具有"同步 校验"特点的校验方法或校验装置在给出的过渡电阻和过渡时间的准确度上均有限，对 这两个指标往往只能倾向于提高其中一个，不能"同步"实现过渡电阻和过渡时间的髙准 确度。
如上所述，目前国内仅有的校验装置在给出的过渡电阻和过渡时间的准确度上均有 限。但是，目前市场上大量的变压器有载分接开关测试仪标称的最大允许误差已达到过 渡电阻O.lil、过渡时间O.lms左右，对这些仪器用"分别校验"的方法进行校验具有片 面性、不足性，而用已有的"同步校验"方法和校验装置，由于传统的开关器件的限制， 标准装置又很难达到髙准确、髙稳定度的要求。故急需设计新的校验装置和校验方法， 以提高基于"同步校验"方法的校验装置的标准过渡电阻和标准过渡时间的准确度，满足 目前校验工作的紧迫需要。
发明内容
本发明的目的是针对现有变压器有载分接开关测试仪器的校验装置的不足，尤其 是针对过渡过程(过渡过程是过渡电阻和过渡时间的同步体现)的校验装置在准确度上
的不足进行了改进，提供一种改进的变压器有载分接开关测试仪校验装置，可以对变压 器有载分接开关测试仪的过渡电阻和过渡时间测量功能进行髙准确度的"同步校验"，本 发明的具有"同步校验"特点的校验装置给出的标准过渡电阻准确度可以优于100mft (最髙可以优于2mft)，给出的标准过渡时间的准确度可以优于100jis (最髙可以优于 lps),从而为变压器有载分接开关测试仪有效的高准确度校验工作提供了条件和保障。
本发明的技术方案是 一种变压器有载分接开关测试仪校验装置，它包括若干实物 标准电阻和若干开关切换器件，组成电阻切换网络，电阻切换网络与核心控制器电连接， 其特征在于所述的实物标准电阻为低温度系数低分布参数的功率型精密电阻，其准确 度优于lOOmQ;所述的开关切换器件是具有超低导通电阻功率型场效应管，其导通电 阻小于lOmQ,切换速度优于ljis。该装置模拟的过渡电阻的准确度优于100mQ，模拟 的过渡时间的准确度优于100ns。
如上所述的变压器有载分接开关测试仪校验装置，其特征在于所述功率型精密电 阻，其准确度优于2mil。
如上所述的变压器有载分接开关测试仪校验装置，其特征在于在每一条标称阻值 对应的功率型精密电阻和超低导通电阻的功率型场效应管的串联回路均旁路一条由普 通精密电阻和中低导通电阻的功率型场效应管的串联回路。
本发明的原理和有益效果
本发明在模拟过渡过程时，选择了低温度系数低分布参数的髙稳定性功率型精密电 阻来模拟过渡电阻，这样可以保证本发明模拟的过渡电阻的阻值准确、保证在被试仪器 操作电流的作用下过渡电阻阻值的温漂足够小、并且保证在过渡电阻的快速切换过程中 尽可能减少电阻本身分布电容和电感带来的影响。
本发明在模拟过渡过程时，选择了具有超低等效导通电阻的功率型场效应管(FET) 作为核心的高速开关器件，具体的可以选择具有超低等效饱和导通电阻的功率型场效应 管(POWER MOSFET)。如图4所示，为一个典型的W沟道功率型场效应管(POWER MOSFET)在导通状态下的简易等效电路图，可见，由于场效应管(FET)的导电沟道 具有体电阻的性质，因此管子在饱和导通时其漏极电流与漏源电压成正比，即导通电阻 ，^是仅与栅源极控制电压K^相关的一个参数，当栅源极控制电压K^足够大时，导通 电阻r。"最小并且稳定在某一数值，此外，场效应管的偏移电压几乎为零，所以，整个
TV沟道功率型场效应管(POWER MOSFET)在导通时的等效电路可以看作是一个仅 与栅源极控制电压Kc^相关的纯导通电阻/w,并且该电阻随着栅源极控制电压F^足 够大时达到最小并且稳定在某一数值；同时，功率型场效应管(POWER MOSFET)作 为开关器件应用时可具有髙于lfis的开断速度。这样，通过选择具有超低等效导通电阻 的场效应管(FET)，具体的可以选择具有超低等效饱和导通电阻的功率型场效应管
(POWER MOSFET)作为核心的髙速开关器件，可以极大减少切换开关的开关特性 对校验装置整体的标准过渡电阻和标准过渡时间准确度和稳定性的影响，保证过渡电阻 从一个阻值到另外一个阻值的切换速度准确度最好可以优于ljis，保证切换期间过渡电 阻阻值的准确度可以优于2毫欧。
其次，本发明设计了阻值修正回路。由于切换开关导通电阻和回路引线电阻等的存 在，使得在不进行修正的情况下，校验装置实际的整体过渡电阻阻值会略高于标称阻值。 本发明针对全部标称阻值所对应的每一条电阻回路均设计了用于阻值修正的旁路电阻 回路，如图6，即在每一条标称阻值对应的功率型精密电阻和超低导通电阻场效应管
(FET)的串列回路均旁路一条由中等精密电阻和中低导通电阻场效应管(FET)的串 联回路，其中，场效应管(FET)具体的可以是功率型场效应管(POWERMOSFET)， 并且主电阻回路和旁路电阻的开关切换控制信号同步，这样，通过主、旁路电阻并联的 方法即可将等效过渡电阻阻值修正到标称阻值的允许误差范围之内。
图1、传统的"分别校验"方法的原理示意图。 图2、本发明采用的髙准确度"同步校验"方法的原理示意图。 图3、 NPN型双极晶体管在导通状态下的等效电路示意图。 图4、 N沟道功率型场效应管在导通状态下的等效电路示意图。 图5、本发明实施例l的电路原理示意图。
图6、本发明实施例2提出的过渡电阻阻值修正回路的原理示意图。 图中，l一被试变压器有载分接开关测试仪(被测仪器)、2—恒流源、21、 22— 过渡电阻输出端子、3—标准过渡电阻、31、 32—可调的功率型精密电阻、33、 34—功 率型精密电阻阵列、35~功率型精密电阻、36~普通精密电阻、4一髙速模拟开关、41、 42—高速开关、43、 44、 45^^超低导通电阻功率型场效应管开关阵列、46~超低导通电
阻功率型场效应管开关、47—中低导通电阻功率型场效应管开关、5~核心控制器件、6~ 光电隔离电路、7—驱动电路。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图2所示，为本发明采用的髙准确度"同步校验"方法的原理示意图。当本发明对 被试仪器l的过渡过程(包括过渡电阻和过渡时间)测量性能进行校验时，首先闭合超 低导通电阻的髙速开关41,使被试仪器1的恒流源仅通过可调的功率型精密电阻31， 然后闭合超低导通电阻的高速开关42,使被试仪器1的恒流源2通过可调的功率型精 密电阻31和32的并联回路，然后断开超低导通电阻的髙速开关41使得被试仪器1的 恒流源2仅通过可调的功率型精密电阻32,通过以上操作即可在校验装置的过渡电阻 输出端子21和22间模拟出一组典型阻值变化过程，即可模拟出一组标准过渡过程用来 校验被试仪器l的过渡过程(包括过渡电阻和过渡时间)测量性能。通过选择低温度系 数低分布参数的高稳定性可调的功率型精密电阻31、 32和具有超低等效导通电阻的高 速开关41、 42，本发明可以"同步"给出髙准确度的过渡电阻和过渡时间。
如图5所示，为本发明实施例的变压器有载分接开关测试仪校验装置的原理示意图。 本发明的核心控制部分5是单片机最小系统，进一步可以是DSP或者ARM等嵌入式 控制器件；本发明进行过渡过程(包括过渡电阻和过渡时间)模拟输出时，首先由核心 控制部分5发出相应的控制指令，该指令首先经过基于髙速光藕芯片的光电隔离电路6, 然后传送给功率型场效应管(POWERMOSFET)的驱动电路7，这些具有驱动能力的 切换指令作为控制信号传递给基于超低导通电阻的功率型场效应管(POWER MOSFET)的电阻切换网络(这些电阻切换网络可以包括过渡电阻公共档位切换的超 低导通电阻功率型场效应管开关阵列45、过渡电阻低阻值档位切换的超低导通电阻功 率型场效应管开关阵列43、过渡电阻中髙阻值档位切换的超低导通电阻功率型场效应 管开关阵列44),通过这些超低导通电阻的开关阵列的高速切换，即可对精密电阻阵列 33、 34进行相应的高速组态，进而达到高速度、高准确度的在端子21和22间模拟过 渡过程的目的；其中，精密电阻阵列由若干低温度系数低分布参数的高稳定性功率型精 密电阻构成，档位切换的开关阵列由具有超低导通电阻(可以接近lmft)、超低导通偏置 电压并且具有高速切换能力(开断速度可小于lfis)的功率型场效应管(POWER
MOSFET)构成，采用该类开关器件和功率型精密电阻阵列是本发明模拟过渡过程中 同步保证过渡电阻准确度和过渡时间准确度所提出的关键技术。
如图6所示，为本发明提出的过渡电阻阻值修正回路的原理示意图。本发明针对校 验装置的全部过渡电阻标称阻值所对应的每一条主电阻回路均设计了旁路电阻回路，即 在每一条标称阻值对应的功率型精密电阻35和超低导通电阻的功率型场效应管 (POWER MOSFET)开关46的串联回路均旁路了一条由普通精密电阻36和中低导 通电阻功率型场效应管(POWERMOSFET)开关47的串联回路，并且主电阻回路和 旁路电阻回路的开关切换信号同步，这样，通过主、旁路电阻并联的方法可将在端子 21和22间的等效过渡电阻阻值修正到标称阻值的允许误差范围之内。
权利要求
1、一种变压器有载分接开关测试仪校验装置，它包括若干实物标准电阻和若干开关切换器件，组成电阻切换网络，电阻切换网络与核心控制器电连接，其特征在于所述的实物标准电阻为低温度系数低分布参数的功率型精密电阻，其准确度优于100mΩ；所述的开关切换器件是具有超低导通电阻功率型场效应管，其导通电阻小于10mΩ，切换速度优于1μs。
2、 如权利要求1所述的变压器有载分接开关测试仪校验装置，其特征在于所 述功率型精密电阻，其准确度优于2mft。
3、 如权利要求1或2所述的变压器有载分接开关测试仪校验装置，其特征在于: 在每一条标称阻值对应的功率型精密电阻和超低导通电阻的功率型场效应管的串联回路均旁路一条由普通精密电阻和中低导通电阻的功率型场效应管的串联回路。
全文摘要
一种变压器有载分接开关测试仪校验装置，它包括若干实物标准电阻和若干开关切换器件，组成电阻切换网络，电阻切换网络与核心控制器电连接，其特征在于所述的实物标准电阻为低温度系数低分布参数的功率型精密电阻，其准确度优于100mΩ；所述的开关切换器件是具有超低导通电阻功率型场效应管，其导通电阻小于10mΩ，切换速度优于1μs。其模拟的过渡电阻的准确度优于100mΩ；模拟的过渡时间的准确度优于100μs。可以对变压器有载分接开关测试仪的过渡电阻和过渡时间测量功能进行高准确度的“同步校验”，从而为变压器有载分接开关测试仪的高准确度校验工作提供了条件和保障。
文档编号G01R35/00GK101169474SQ20071016853
公开日2008年4月30日 申请日期2007年11月29日 优先权日2007年11月29日
发明者军 张, 王斯琪, 章述汉, 民 雷, 琼 项 申请人:国网武汉高压研究院