专利名称：多功能局部放电检测分析仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电性能及故障检测分析技术领域，涉及一种多功能局部放电检测分析仪。
电工设备中局部放电的检测分析技术不仅是电工技术领域中受到广泛关注的问题，也是分析测试技术中的难题。在本实用新型以前的现有技术中，就其测试方法而言，如无线电干扰电压法、声测法、光测法等，多年来都没有取得明显的进展。唯有脉冲电流法经过多年的考验证明是最有效的方法。应用这一方法原理的测试仪器在国内出现的有“便携式多功能局放仪”、“JF-8601局放仪”、“智能化局部放电测试仪”、“8098单片机辅助抗干扰局部放电测量系统”等。上述仪器虽各有特色，但都不同程度地存在问题。如“便携式多功能局放仪”，测量参数简单，显示部分仍为较落后的示波器显示，电路部分基本上不带处理。“JP-8601局放仪”仅对排除偶发性的干扰有一定效果，而对如电晕放电类的干扰则失效。“8098单片机辅助抗干扰局部放电测量系统”的特色仅在于解决抗干扰问题，而测试的参数仅是放电次数，功能单一。“智能化局部放电测试仪”，虽然在功能方面增加了不少，但是用PC机来实现的，成本造价太高，不易于推广使用。国外出现的HAEFELY公司提供的局部放电分析系统，已将测试技术提高到可测得不同相位上分布的放电量，不同放电量的放电所出现的次数、以及具有总电能的水平上。但是，由局部放电的统计特性，决定了它还需要测试和综合分析更多的电参数，才能真正精确、可靠地评价电器的绝缘、裂化状态，HAEFELY公司的产品未达到这一要求，而且仪器系统体积庞大，价格昂贵，操作复杂。
针对上述国内外现有技术状况，本实用新型的目的在于根据局部放电检测分析技术的要求和发展趋势，提供一种能够测量现有局部放电需要的所有表征参数，能够快速采集、统计处理大量数据，具有识别外来干扰，判断不同放电源、不同绝缘类型的缺陷，分析某些电工设备中的放电部位、劣化程度等综合分析能力的通用型多功能局部放电检测分析仪，并力求使该仪器结构紧凑、操作简便、直观、方便，且造价低廉。
现将本实用新型技术解决方案叙述如下根据上述发明目的，本实用新型的设计可测量的表征局部放电参数包括视在放电电荷q、平均放电电流I、放电能量W、放电功率P、放电重复率N、放电起始电压U1、熄灭电压Ue；本实用新型的设计还可显示不同放电量的放电所出现的次数(N-q)谱图；不同相位上出现的放电次数(N-φ)谱图；不同相位上出现的放电量(q-φ)谱图；不同相位上出现的放电能量(W-φ)谱图；不同能量的放电所出现的次数(N-W)谱图。本实用新型在仪器的整体设计上，不仅考虑了多参数、多谱图的测量与显示，而且还使仪器具有自检、自动校正、灵敏度设定、监视、测量时间选择、测量结果显示、打印、存档、抗干扰七大功能。
本实用新型的硬件设计包括信号处理模拟电路，信号转换数字电路，存储器扩展电路，点阵式图形液晶显示器，具有绘图和颜色转换功能的打印机。本实用新型的系统软件采用模块化程序设计，用PL/M高效率、结构化高级程序语言编写。
现结合附图对本实用新型技术解决方案作进一步说明
图1信号处理模拟电路图(第1部分)图2信号处理模拟电路图(第2部分)与数字电路图图3系统软件原理框图其中U1运算放大器 U2、U5、U6比较器U3、U4高速运算放大器U7、U8、U9单稳电路U10单片机(1)初始化 (2)开中断 (3)局放监视(4)测量 (5)计算 (6)谱图显示(7)菜单显示 (8)按键 (9)中断返回(10)分析键(11)自检(12)校验(13)局放检测 (14)参数计算(15)谱图计算(16)干扰去除 (17)干扰测量(18)打印(19)页选控制器(20)存储器阵列 (21)电池(22)图形液晶显示器(23)PIO并行口(24)键盘 (25)打印机图1、图2是模拟电路和U10(8097)为代表的数字电路。以运算放大器U1为核心的电路是为交流试验电压的阻抗匹配和极性转换而设计，以满足A/D转换的要求。交流实验电压(AC-IN)从U1的3脚输入，经分压、限幅和阻抗匹配后，一路经电平转换，变换成0～5伏电压，由U1的14脚输出至单片机U10的5脚；另一路由U1的5脚输出至比较器U2的2脚。以U2为核心的电路是为单片机提供一个时间同步基准，作为计时控制信号，满足相位测量与分析的需要，由U2的7脚输出至单片机U10的26脚。U2的7脚输出方波信号，经由电容C1、电阻R11构成的微分电路，使每个工频周期产生两个脉冲信号(对应相位为180°和360°)，以产生自检脉冲信号，备自检时用。当需要仪器自检时，将图1中的S1打向SELF-TEST档，机内产生过零脉冲，并自动检测50个周期，若测得的结果为100次脉冲，且幅值相等，出现在零位和180°时，说明仪器工作正常。以高速运算放大器U3的阻抗匹配、快速脉冲极性转换电路，为满足对局部放电信号(P.D-IN)进行快速极性转换的要求，使其在极性转换时设有启动零位，将二极管D5、D6、D7、D8接在U3的反馈回路中。经U3为核心的阻抗匹配、极性转换电路后，被检测的局放电脉冲信号全部转换成正极性脉冲信号，然后分成两路，一路从U3的9脚输出至U5、U8、T2构成的放电监视电路和U6、U9、T3构成的过载显示电路，一路从U3的9输出到U4为核心的快速脉冲峰值保持电路，该电路由高速运算放大器U4、三极管T1、电容C2、二极管D9、D10构成，以实现快速低过冲的脉冲峰值保持，使U4的14脚输出一个稳定的峰值信号至单片机U10的6脚，备A/D转换用。比较器U5是为完成灵敏度设定和监幅功能，进行门坎测量并显示灵敏度，由U5的3脚输出至单片机和U10的4脚，以启动A/D转换。当大于门坎的放电脉冲信号产生时，U5的7脚输出一个高电平至单稳U8，使L1灯亮，以示有放电产生，同时该信号送到单稳U7的1脚，由U7的4脚向U10的25脚输出一个启动转换信号，以完成放电测量，25μs后由U7的5脚输出一个信号到U4为核心的峰值保持电路中的电阻R21，进行峰值释放，等待下一个脉冲信号。
本实用新型在数字电路中，巧妙地利用了单片机U10(8097)的P1口及一些控制线，采用选页方案，将存储空间扩展到8页，每页32K字节，使得原16位地址总线的64K字节的寻址空间，扩展到256K字节，在U10(8097)的P1口与页选控制存储器(19)相接；P3、P4口与存储器阵列(20)相接，电池(21)接在存储器阵列(20)上是作为掉电保护，以存储校验的重要参数和进行自动校验用；P3、4口与8255P10并行口相接，并行口PIO用于控制、液晶显示和打印输出。液晶显示器为图形液晶显示，本仪器以采用了以图形液晶显示与四色绘图打印机、8个键的小键盘相互配合，才使得本仪器的诸项功能得以实现。
图3是本实用新型系统软件原理框图。采用了模块化的程序设计，用PL/M高效率高级语言编写。在一般情况下，经编译后生成的机器代码，相当于用人工直接用汇编语言编写的程序质量。还可象汇编语言一样直接利用CPU的硬件特性进行程序设计，因而使得本仪器的智能化程度较高，而且还能进行比较复杂的分析运算。例如，本仪器的自检、自动校正、监视、测量时间、测量结果的显示和打印以及抗干扰等功能，都是通过系统软件的设计而自动完成的。
多功能具体叙述如下自检功能即机内自动识别100次幅值相等、在零相位180°相位出现的脉冲信号，则自动显示“Very good”，否则显示“Incorrect”。
自动校正功能即根据选定的注入电荷量q0，放大器的衰减系数及测量试验电压分压器的分压比，自动进行计算，得出在一定放大器衰减系数下，测得的电压值与注入电荷的比值，即1V电压代表的放电量。测量放电时，显示出的视在放电电荷值及放电能量都以PC或μJ为单位，而不需要任何人工计算，如试品及测试回路不改变，每次开机后，不需再校验。
监视功能即连续测量10个周期，取同一相位上最大的放电量在液晶屏上显示，显示周期为1S。这样在液晶屏上可连续地观察到放电的图形，比在示波器上看到的图形更加清楚，并可使其静止不动，以便仔细观察，同时还可将图形打印出来。
测量时间功能即可选定一次连续测量的时间，测量时间以外加电压的周期数为单位。
测量结果显示、打印功能即将上述各参数的测量结果都可以在图形液晶屏幕上显示，同时可用四色绘图仪打印，保留存档。
抗干扰功能即对于固定出现在一定相位上的干扰可以在不接试品时先测定判断储存，以后在试品做试验时可以选择从读数中去除这些干扰。
本实用新型的主要技术指标为1、灵敏度最小可测视在放电电荷为1PC。(在Cx＝Ck＝3μF时，Cx为试品电容，Ck为耦合电容)2、分辩时间两个相邻脉冲叠加误差小于10％时，两个脉冲最小间隔时间为100μS。
3、测量频率频带分两档，低频档为10K-300KHz；选频档为50K-80KHz。
4、衰减器分5档，每档衰减20dB。
5、结构参数结构台式尺寸(L×W×H)1340×280×230(mm)重量4.0Kg。
本实用新型同现有技术相比，功能全，灵敏度高，不仅测量参数多，可进行放电参数分析，放电谱图分析，开任意窗口去干扰，对放电状态进行实时监视，而且操作使用方便，仪器结构紧凑，造价低廉。具有很好的应用前景。
权利要求1.一种多功能局部放电检测分析仪，具有放电信号处理模拟电路、数字电路及相应系统软件、单片机、液晶显示器、键盘、打印机，其特征在于(1)具有以运算放大器U1为核心的交流实验电压阻抗匹配和极性转换电路；以高速运算放大器U3为核心的局部放电信号的阻抗匹配和快速极性转换电路，二极管D5、D6、D7、D8接在U3的反馈回路中；(2)具有以比较器U2为核心的时间基准同步电路和由电容C1、电阻R1构成的微分电路；以比较器U5、单稳电路U8和三极管T2构成的放电监视电路；以比较器U6、单稳电路U9和三极管T3构成的过载显示电路；以单稳电路U7为核心的启动转换和释放控制电路；以运算放大器U4、三极管T1、电容C2、二极管D9、D10构成的快速脉冲峰值保持电路；(3)液晶显示器为图形液晶显示，并采用图形液晶显示与四色绘图打印机和小键盘相互配合方案。
2.根据权利要求1所述的多功能局部放电检测分析仪，其特征在于模拟电路中运放器U1的14脚接单片机U10的5脚；U1的1、2、5脚接比较器U2的2脚；比较器U2的7脚接单片机U10的26脚；运放器U3的9脚与比较器U5的2脚、比较器U6的2脚及运放器U4的3脚相接；比较器U4的14脚接单片机U10的6脚；单稳电路U7的5脚与U4为核心的快速脉冲峰值保持电路的R21相接，4脚与单片机U10的25脚相接；比较器U5的3脚接U10的4脚。
3.根据权利要求1所述的多功能局部放电检测分析仪，其特征在于单片机的P1口与页选控制存储器(19)相接；P3、4口与存储器阵列(20)相接，且同时与PIO(22)相接。
专利摘要本实用新型涉及一种多功能局部放电检测分析仪。具有放电信号处理模拟电路和数字电路及相应的系统软件、单片机、液晶显示器、打印机、键盘等，其特征是模拟电路中有阻抗匹配、极性转换、时间同步基准、放电监视、过载显示、释放控制等电路。数字电路中，巧妙利用单片机P
文档编号G01R29/00GK2253481SQ9524546
公开日1997年4月30日 申请日期1995年12月7日 优先权日1995年12月7日
发明者刘光斌, 邱昌容, 吴少军 申请人:中国人民解放军第二炮兵工程学院