一种有载分接开关测试记录仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种有载分接开关测试记录仪，包括恒流源电路模块、信号调理电路模块、程控电路模块、8通道采集卡和工控计算机，程控电路模块与8通道采集卡连接，用以对信号调理电路模块进行程控增益设置；同时，对恒流源电路模块进行程控电流设置；恒流源电路模块提供有载分接开关测试信号电流源，并输出三相独立的电压信号和电流信号至信号调理电路模块；信号调理电路模块将三相独立的电压信号和电流信号经过处理之后将6路电压信号差分输出至8通道采集卡；8通道采集卡与工控计算机连接。可实现对有载分接开关的过渡时间、过渡波形、过渡电阻、三相同期性等参数的测量，具有使用方便、重量轻、抗干扰性能好、精度高的优点。
【专利说明】
一种有载分接开关测试记录仪
技术领域
[0001]本实用新型涉及测试技术领域，尤其是涉及一种有载分接开关测试记录仪。
【背景技术】
[0002]有载分接开关是一种为变压器在负载变化时提供恒定电压的开关装置。其基本原理就是在保证不中断负载电流的情况下，实现变压器绕组中分接头之间的切换，从而改变绕组的匝数，即变压器的电压比，最终实现调压的目的。在目前的输变电行业中，大型变压器都广泛地安装了有载调压开关以保证系统和用户的电压质量。而有载分接开关是变压器中的关键部件，但目前对有载分接开关的检测还缺乏有效、完善、准确的设备和方法。
[0003]现有有载分接开关测试仪，基本上都是小屏幕的，同时显示3个通道曲线基本上不能反映波形的细节，分辨率低。测试结果需要实验人员通过面板上的按键手动卡光标得到测试结果，这样不仅影响了测试速度，而且也会影响测试结果。如果自动判断光标位置得到测试结果，操作人员就不能测量他所任意一个想要的测试结果。特别有载分接开关厂家、变压器厂家及现场操作人员，对仪器操作的简易性、测试速度及智能化程度提出越来越高的要求。为此，提出各种各样的解决方案，但仪器的价格和性能很难找到平衡点。
[0004]目前通常采用加电流源的方法，以恒流消除开关切换时变压器线圈电感对测量的影响，但这种方面目前国内制造的测试仪准确度一般不是很高，加上测试仪输出结果直接显示过渡电阻和过渡时间组成的波形，靠使用人员自己移动光标，以查看实际的过渡电阻和过渡时间，由于人员读数的差异性，造成对有载分接开关过渡电阻和过渡时间的测量误差比较大。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，结构简单，能够有效提高变压器有载分接开关测试效率的有载分接开关测试仪。
[0006]为了达到上述实用新型目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下:
[0007]—种有载分接开关测试记录仪，包括恒流源电路模块、信号调理电路模块、程控电路模块、8通道采集卡和工控计算机，其中:
[0008]所述程控电路模块与所述8通道采集卡连接，用以:
[0009]对所述信号调理电路模块进行程控增益设置；
[0010]同时，对所述恒流源电路模块进行程控电流设置；
[0011]所述恒流源电路模块提供有载分接开关测试信号电流源，并输出三相独立的电压信号和电流信号至所述信号调理电路模块；
[0012]所述信号调理电路模块将所述三相独立的电压信号和电流信号经过处理之后将6路电压信号差分输出至所述8通道采集卡；
[0013]所述8通道采集卡与所述工控计算机连接。
[0014]进一步的，所述程控电路模块包括三个相互独立的程控电路，分别为第一程控电路、第二程控电路和第三程控电路；
[0015]所述恒流源电路模块包括三个相互独立的恒流源电路，分别为第一恒流源电路、第二恒流源电路和第三恒流源电路；
[0016]所述信号调理电路模块包括三个相互独立的信号调理电路，分别为第一信号调理电路、第二信号调理电路和第三信号调理电路；
[0017]所述测试信号电流源包括第一测试电流信号输出II+，I1-、第二测试电流信号输出12+，12-、第三测试电流信号输出13+，13_;
[0018]所述三相独立的电压信号包括第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号；
[0019]所述三相独立的电流信号包括第一电流信号、第二电流信号和第三电流信号；
[0020]所述6路电压信号包括第一当前电压、第一额定电压、第二当前电压、第二额定电压、第三当前电压和第三额定电压。
[0021 ]进一步的，所述第一程控电路用以:
[0022]对所述第一信号调理电路模块进行程控增益设置；
[0023]同时，对所述第一恒流源电路模块进行程控电流设置；
[0024]所述第二程控电路用以:
[0025]对所述第二信号调理电路模块进行程控增益设置；
[0026]同时，对所述第二恒流源电路模块进行程控电流设置；
[0027]所述第三程控电路用以:
[0028]对所述第三信号调理电路模块进行程控增益设置；
[0029]同时，对所述第三恒流源电路模块进行程控电流设置。
[0030]进一步的，所述第一恒流源电路输出第一测试电流信号输出I1+，I1-至变压器A、0端，并输出第一电压信号和第一电流信号至所述第一信号调理电路；
[0031 ]所述第二恒流源电路输出第一测试电流信号输出12+，12-至变压器B、O端，并输出第二电压信号和第二电流信号至所述第二信号调理电路；
[0032]所述第三恒流源电路输出第一测试电流信号输出13+，13-至变压器C、O端，并输出第三电压信号和第三电流信号至所述第三信号调理电路。
[0033]进一步的，所述恒流源电路模块包括基准电压电路，所述基准电压电路中的稳压二极管D4的电压值Ud经过放大器U13的两级放大，电压值达到10V。
[0034]进一步的，所述第一信号调理电路将所述第一电流信号和第一电压信号处理后输出第一当前电压和第一额定电压；
[0035]所述第二信号调理电路将所述第二电流信号和第二电压信号处理后输出第二当前电压和第二额定电压；
[0036]所述第三信号调理电路将所述第三电流信号和第三电压信号处理后输出第三当前电压和第三额定电压。
[0037]进一步的，所述8通道采集卡输出13和Il信号，经过光电隔离、施密特电路处理后输出U6A0、U6A1及A0、A1这两组信号，其中:
[0038]U6A0、U6A1信号用以完成程控设置电流；
[0039]A0、A1信号用以完成程控增益；
[0040]所述8通道采集卡输出12信号，经过光电隔离、施密特电路处理后完成程控衰减。
[0041]本实用新型由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果:
[0042]1、设计合理、结构简单、测试过程快，测试结果能直观地观测，并且对应切换位置的光标自动判断，相关测试数据准确，自动判断并得出有载切换的过渡电阻。
[0043]2、配套的工控机测试软件可提供更自动化的、更直观的测试功能。测试软件控制测试仪的信号采样过程，接收采样数据，并根据数据自动计算并显示过渡时间参数、自动居中显示完整的过渡波形、自动存储过渡动作的采样数据。此外，测试软件还能在测试后提供报告的生成与打印功能；
[0044]3、工作效率更高，精度更高，成本更低，故障率更小，抗电磁干扰能力很强；
[0045]4、采用最前沿的技术自动化程度高，屏幕大设计合理结构简单，WINDOWS用户界面易于操作。连续性批量化测试，海量存储，测试完毕即可快速查阅分析。波形曲线法测量过渡电阻精度高，在有载分接开关厂家特别有用，可以省下一道拆线才能用电桥测量过渡电阻的工序，直接在组装中完成过渡电阻测量。变压器厂家及现场操作也很有用，每相绕组线圈直流电阻和过渡电阻能一起测量出。
【附图说明】
[0046]为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中:
[0047]图1为本实用新型一种有载分接开关测试记录仪的整体结构示意图；
[0048]图2为本实用新型一种有载分接开关测试记录仪的恒流源电路图；
[0049]图3为本实用新型一种有载分接开关测试记录仪的调理电路图；
[0050]图4为本实用新型一种有载分接开关测试记录仪的程控电路图；
[0051]图5为本实用新型一种有载分接开关测试记录仪中波形曲线法测量过度电阻的波形示意图。
【具体实施方式】
[0052]以下将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本实用新型的一部分实例，并不是全部的实例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
[0053]本实用新型主要采用下列技术方案:大电流的恒流源连接到变压器A、B、C、0上，长线传输采用四线制电压采样电路，避免导线电阻影响。采用屏蔽线减少噪声影响，因为加上滤波器电路会影响到过渡过程信号相位，器件离散性还会影响到通道间的同步性。采样信号经过程控增益电路处理直接送到8通道采集卡，采集卡连到工控计算机上。它采用32G固态硬盘作为存储空间。12寸触摸屏作为显示和输入。提供I个USB2.0接口，I个蓝牙便于word文档发送。采用虚拟仪器技术的NI的Iabview开发环境，显示器上生成仪器面板，触摸点击面板上图标按钮进行操作。
[0054]如图1所示，为本实施例一种有载分接开关测试记录仪的整体结构示意图，包括变压器、恒流源电路模块、信号调理电路模块、程控电路模块、8通道采集卡和工控计算机，其中:
[0055]所述程控电路模块与所述8通道采集卡连接，用以:
[0056]对所述信号调理电路模块进行程控增益设置；
[0057]同时，对所述恒流源电路模块进行程控电流设置；
[0058]所述恒流源电路模块提供有载分接开关测试信号电流源，并输出三相独立的电压信号和电流信号至所述信号调理电路模块；
[0059]所述信号调理电路模块将所述三相独立的电压信号和电流信号经过处理之后将6路电压信号差分输出至所述8通道采集卡；
[0060]所述8通道采集卡与所述工控计算机连接。
[0061]进一步的，所述程控电路模块包括三个相互独立的程控电路，分别为第一程控电路、第二程控电路和第三程控电路；
[0062]所述恒流源电路模块包括三个相互独立的恒流源电路，分别为第一恒流源电路、第二恒流源电路和第三恒流源电路；
[0063]所述信号调理电路模块包括三个相互独立的信号调理电路，分别为第一信号调理电路、第二信号调理电路和第三信号调理电路；
[0064]所述测试信号电流源包括第一测试电流信号输出II+，I1-、第二测试电流信号输出12+，12-、第三测试电流信号输出13+，13_;
[0065]所述三相独立的电压信号包括第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号；
[0066]所述三相独立的电流信号包括第一电流信号、第二电流信号和第三电流信号；
[0067]所述6路电压信号包括第一当前电压、第一额定电压、第二当前电压、第二额定电压、第三当前电压和第三额定电压。
[0068]进一步的，所述第一程控电路用以:
[0069]对所述第一信号调理电路模块进行程控增益设置；
[0070]同时，对所述第一恒流源电路模块进行程控电流设置；
[0071]所述第二程控电路用以:
[0072]对所述第二信号调理电路模块进行程控增益设置；
[0073]同时，对所述第二恒流源电路模块进行程控电流设置；
[0074]所述第三程控电路用以:
[0075]对所述第三信号调理电路模块进行程控增益设置；
[0076]同时，对所述第三恒流源电路模块进行程控电流设置。
[0077]进一步的，所述第一恒流源电路输出第一测试电流信号输出I1 +，11_至变压器A、O端，并输出第一电压信号和第一电流信号至所述第一信号调理电路；
[0078]所述第二恒流源电路输出第一测试电流信号输出12+，12-至变压器B、0端，并输出第二电压信号和第二电流信号至所述第二信号调理电路；
[0079]所述第三恒流源电路输出第一测试电流信号输出13+，13-至变压器C、O端，并输出第三电压信号和第三电流信号至所述第三信号调理电路。
[0080]进一步的，所述第一信号调理电路将所述第一电流信号和第一电压信号处理后输出第一当前电压和第一额定电压；
[0081]所述第二信号调理电路将所述第二电流信号和第二电压信号处理后输出第二当前电压和第二额定电压；
[0082]所述第三信号调理电路将所述第三电流信号和第三电压信号处理后输出第三当前电压和第三额定电压。
[0083]如图2所示为有载分接开关测试仪中的恒流源电路示意图，对有载开关进行测试，需要将恒流源作为激励信号源加载到被测设备上。对于带变压器的测试，针对电流的大小及动态特性都有一定的要求。本实用新型实施例采用如下设置:
[0084]程控设置电流大小，分为5.5A、1A、0.5A三档，基本上可以满足全系列的过渡电阻的测量。长时间连续工作制，快速调整动态性能好，电流精度可达0.5%，电流纹波小于量程I % ο整个恒流源电路部分主要分为基准电压、程控设置、采样恒流三部分。
[0085]1.基准电压
[0086]本恒流源电路可以产生稳定度较好的1V基准源，精度可达0.5%。稳压二极管D4的电压值Ud = 2.5V经放大器U13同相两级放大4倍后达到1V，电源电压变动时也能保持恒定。电阻选择金属膜电阻器RJ1/4、温度系数50ppm，放大器U13采用LM258型双运算放大器，稳压二极管D4采用LM258型，电压值为2.5V。
[0087]本实施例中，电阻50ppm的意思就是温度变化I百万度电阻值才变化50欧姆。ppm是英文part per mill1n的缩写，表示百万分之几，在不同的场合与某些物理量组合，常用于表示器件某个直流参数的精度。所有实物电阻的阻值都不是一个固定的值，而是随着温度的变化而变化，只是变化范围较小，大部分情况下不必特别关注。描述这个参数常用到电阻的温度系数，就是温度每变化I度所对应的电阻值的相对变化量，通常用PPM(百万分之一)为单位。
[0088]2.程控设置
[0089]经过基准电压分压，得到3路分路电压，再分别经过各自跟随器，最后输出3路参考电压。放大器Ull采用LM258型双运算放大器，U6采用DG408型高可靠性8通道模拟复用器，3-8选择电子开关。根据编码输出相应的参考电压，电阻选择金属膜电阻器RJ1/4、温度系数50ppmo
[0090]3.采样恒流
[0091]参考电压输入到放大器U14同向端，采集电压经放大器U22放大和电压跟随器U24跟随输出到放大器U14反向端。
[0092]放大器U14输出驱动大功率三极管，采用三极管C极、0ut、0utl、主回路等端口形成四线制输出。为了保证恒流稳定度，采样电阻选取温度系数为50ppm，功率为3W。
[0093]如图3所示，恒流源模块的电压信号及电流信号经过信号调理模块处理后，差分输出到8通道采集卡中。
[0094]1.电流信号
[0095]采样电阻得到的电流信号经仪表放大器UlO转换到程控电路。芯片U19、U20组成程控电路。U20采用DG408型高可靠性8通道模拟复用器，3-8选择电子开关，根据编码输出相应的导通电阻，从而改变放大电路增益。根据3档电流的幅值，分别设置X 10、X5、X20等3档增益系数，从而确定电阻R52、R53、R55的电阻值，电压跟随器U23跟随输出。电阻R47、电阻R45和com端组成差分电路输出。U10、U19为AD620型低功耗仪表放大器，U23为0P07型运算放大器。电阻选择金属膜电阻器RJ1/4、温度系数50ppm。
[0096]2.电压信号
[0097]长线传输采用四线制电压采样电路，避免导线电阻影响。采用屏蔽线减少噪声影响。当power = “I”时继电器吸合，输入电源out、out I两端的电压必须经过分压电阻Rl衰减1/2才能输入到放大电路，然后经电压跟随器U2跟随输出。电阻R44、电阻R51、com端组成差分电路输出。电阻选择金属膜电阻器RJI /4、温度系数50ppm。
[0098]如图4所示，程控电路模块的程控设置电流、程控增益、程控衰减信号这3个功能的信号来自采集卡1端口。
[0099]具体的，电压信号13、Il、12来自8通道采集卡，其中电压信号13、11经过光电隔离、施密特电路的处理，分别输出U6A0、U6A1及A0、A1这2组信号。其中，U6A0、U6A1这组信号完成程控设置电流的功能，A0、A1这组信号完成程控增益的功能，且这2组信号相互独立。而电压信号12经过光电隔离、施密特电路的处理完成程控衰减、程控主电源输入的功能。
[0100]本实施例中U51为74HC14型六反相施密特触发器，U3、U17、U18、U4和U21的型号为74AHC1G14，U5、U53、U55、U7 和 U8 为 TLP521-1 型光电耦合器。
[0101 ]本实施例中的8通道采集卡，采样率为250k/S，16位，差分输入，输入输出端口 *4。所述8通道采集卡只是工控机与外界的接口，是虚拟仪器的一个必要组成部分。
[0102]3相独立的电压和电流信号经过一系列处理，6路电压信号输入到8通道采集卡，它在软件的控制下将对模拟信号进行AD转换。同时也可以在软件的配置下，端口输出数字量信号来控制前端所有的信号的处理，完成如程控恒流源、程控增益、程控衰减等功能。
[0103]所述工控机的设备配置参数如下:
[0104]英特尔赛扬Atom 11900四核2.06抱；
[0105]内存条为DDR32G;
[0106]32G固态硬盘；
[0107]12寸触摸显示屏，分辨率为1024*768;
[0108]外接接口为USB2.0、USB3.0，数量各为2个；
[0109]以上只是本实施例中的工控机的一种设备配置参数，本实施例不限于上述设备配置参数。
[0110]在用Labview构成数据采集系统时，主要包括硬件和软件两个方面。创建一台专业领域的虚拟仪器，软件是整个仪器的主体。在计算机上通过Iabview开发平台，在触摸屏上创建仪器的面板，触摸操作面板上的图标按钮，来完成对有载分接开关的测试。软件为采集和回放2大部分。采集的同时可以对已完成的数据当场进行快速查阅、定量分析、归档保存。
[0111]如图5所示为有载分接开关切换整个过程的曲线波形。使用波形曲线法测量过渡电阻，而图5中曲线下凹区域就是过渡过程。测试人员只需触摸移动显示屏上仪器面板的游标3、4，根据每相电压值U、电流值I即可测出过渡电阻、绕组电阻的数值。电压值U、电流值I测量时运用滤波算法，根据游标3、4的位置变化，所得测试结果的精度仍可达0.5级，整个测试过程一目了然，简单便捷，易于操作。测试完后，测试软件还能提供报告生成与打印功能。
[0112]需要说明的是，本实施例中所述恒流源电路模块、信号调理电路模块和程控电路模块均包含了三个子模块，进而可将三组当前电压和额定电压输入8通道采集卡中，实现6通道的输入。在实际操作中，可将所述恒流源电路模块、信号调理电路模块和程控电路模块的子模块数量进行拓展，进而实现16通道的输入，与之匹配的采集卡的通道数量也需随之增加，而前述恒流源电路、信号调理电路和程控电路均与附图2-4—致，即原理上基本一致，只是子模块数量上的增加，即可实现多通道的输入，拓展性较强。
[0113]本实施例所述装置的创新点在于真正将虚拟仪器技术运用在有载开关测试上，实现测试仪器的高度自动化、智能化，本质区别于目前的传统测试仪器。且通过波形图解法大大提高测试精度。
[0114]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种有载分接开关测试记录仪，其特征在于，包括恒流源电路模块、信号调理电路模块、程控电路模块、8通道采集卡和工控计算机，其中: 所述程控电路模块与所述8通道采集卡，用以: 对所述信号调理电路模块进行程控增益设置； 同时，对所述恒流源电路模块进行程控电流设置； 所述恒流源电路模块提供有载分接开关测试信号电流源，并输出三相独立的电压信号和电流信号至所述信号调理电路模块； 所述信号调理电路模块将所述三相独立的电压信号和电流信号经过处理之后将6路电压信号差分输出至所述8通道采集卡； 所述8通道采集卡与所述工控计算机连接。2.根据权利要求1所述的一种有载分接开关测试记录仪，其特征在于， 所述程控电路模块包括三个相互独立的程控电路，分别为第一程控电路、第二程控电路和第三程控电路； 所述恒流源电路模块包括三个相互独立的恒流源电路，分别为第一恒流源电路、第二恒流源电路和第三恒流源电路； 所述信号调理电路模块包括三个相互独立的信号调理电路，分别为第一信号调理电路、第二信号调理电路和第三信号调理电路； 所述测试信号电流源包括第一测试电流信号输出II+，I1-、第二测试电流信号输出12+，12-、第三测试电流信号输出13+,13-; 所述三相独立的电压信号包括第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号； 所述三相独立的电流信号包括第一电流信号、第二电流信号和第三电流信号； 所述6路电压信号包括第一当前电压、第一额定电压、第二当前电压、第二额定电压、第三当前电压和第三额定电压。3.根据权利要求2所述的一种有载分接开关测试记录仪，其特征在于， 所述第一程控电路用以: 对所述第一信号调理电路模块进行程控增益设置； 同时，对所述第一恒流源电路模块进行程控电流设置； 所述第二程控电路用以: 对所述第二信号调理电路模块进行程控增益设置； 同时，对所述第二恒流源电路模块进行程控电流设置； 所述第三程控电路用以: 对所述第三信号调理电路模块进行程控增益设置； 同时，对所述第三恒流源电路模块进行程控电流设置。4.根据权利要求2所述的一种有载分接开关测试记录仪，其特征在于， 所述第一恒流源电路输出第一测试电流信号输出I1 +，I1-至变压器A、0端，并输出第一电压信号和第一电流信号至所述第一信号调理电路； 所述第二恒流源电路输出第一测试电流信号输出12+，12-至变压器B、O端，并输出第二电压信号和第二电流信号至所述第二信号调理电路； 所述第三恒流源电路输出第一测试电流信号输出13+，13-至变压器C、O端，并输出第三电压信号和第三电流信号至所述第三信号调理电路。5.根据权利要求4所述的一种有载分接开关测试记录仪，其特征在于，所述恒流源电路模块包括基准电压电路，所述基准电压电路中的稳压二极管D4的电压值Ud经过放大器U13的两级放大，电压值达到1V。6.根据权利要求2所述的一种有载分接开关测试记录仪，其特征在于， 所述第一信号调理电路将所述第一电流信号和第一电压信号处理后输出第一当前电压和第一额定电压； 所述第二信号调理电路将所述第二电流信号和第二电压信号处理后输出第二当前电压和第二额定电压； 所述第三信号调理电路将所述第三电流信号和第三电压信号处理后输出第三当前电压和第三额定电压。7.根据权利要求2所述的一种有载分接开关测试记录仪，其特征在于， 所述8通道采集卡输出13和Il信号，经过光电隔离、施密特电路处理后输出U6A0、U6A1及A0、A1这两组信号，其中: U6A0、U6A1信号用以完成程控设置电流； A0、A1信号用以完成程控增益； 所述8通道采集卡输出12信号，经过光电隔离、施密特电路处理后完成程控衰减。
【文档编号】G01R31/327GK205539376SQ201620175130
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月8日
【发明人】蒋同有
【申请人】上海通甬机电设备成套有限公司