专利名称：测试高压大容量电气设备介质损耗角正切值的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电气设备高压方面的试验装置，尤其是涉及一种 能在现场直接、方便测试高压大容量电气设备介质损耗角正切值的装置。
背景技术：
对已安装好或已运行的高压电气设备(或称现场电气设备)，有关电 气规程中规定，要定期或不定期地对该电气设备进行各种电气参数的测试
或试验，其中，介质损耗角正切值即tan5值的测试是所测试的重要电气
参数之一。
目前，通常对tan5值进行测试的方法是釆用一套能输出很大功率 和足够高电压的较大容量的50Hz交流加压装置，给被测试电气设备外加 由0V至电气设备额定电压V。的50Hz交流电压；再通过连接在测试回路中
的介质损耗专用测量仪器测量出电气设备在某一电压下的tan5值。在其 测试过程中，50Hz交流加压装置的功率容量P可由下式计算得到P-2; /C。"，
式中/=50&， C。为是被测试电气设备的等效电容量(单位为iaF), K为被 测试电气设备所要求的试验电压(单位kv)。而实践中，对于大型发电机及 长距离大截面高压电缆等的电气设备，要求交流加压装置的功率容量P至 少在几十千瓦，最大几十兆瓦，因而，其实际装置的体积和重量都较大， 都不能满足方便移动的目的。因此，无法对电容量C。较大的电气设备的tan
5值，在现场进行方便测试。
实践中，为满足在一定电压下对被测试电气设备tan5值进行测试的 需要，且能在现场直接、方便地进行测试，需要则要求产生交流的高压装 置即交流加压装置的体积要小、重量要轻，这样，才能满足在现场方便移 动的目的。曾经，有一家国外公司生产过一种仪器，其在被测试电气设备
等效电压V。下，通过一套频率为0. 1HZ的超低频加压装置给被测试电气设
备加高压，由公式P-2^C。^可知，在同样电压V下，当频率/由50Hz 变为0.1Hz时，功率P值则将减少500倍；在理论上，高压装置的体积和 重量也相应地能减少500倍。这样，先通过测量频率在0. 1Hz下的电气设 备的tan5值，再通过分析计算对应得出同电压V下，频率在50Hz下电气 设备的tan5值。但是，这种频率为0. 1Hz的超低频加压装置存在以下两 个缺点①目前，试验电压V最高只能做到100kv左右，不能再高；②频 率在0. 1Hz下的tan5值，与人们习惯的频率在50Hz下所测得的tan5值 是否完全对应还未确定，缺少理论依据以及更多的实际数据。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提 供一种测试高压大容量电气设备介质损耗角正切值的装置，其结构简单合 理、使用操作简便，能大大减小试验所用高压加压装置的功率容量，能在 现场直接、方便、准确地对高压大容量电气设备的tan5值进行测试。
为解决上述技术问题，本实用新型釆用的技术方案是 一种测试高压大 容量电气设备介质损耗角正切值的装置，其特征在于包括相串联的加压 装置、变压器以及电抗器，上述三者与相并联的被测试电气设备和标准电 容相串联组成串联LC谐振回路，所述被测试电气设备为被试品；所述串 联LC谐振回路中的被试品和标准电容分别串接有一个电流互感器，所述 电流互感器与对其所釆集的电流信号进行检测、分析和处理的测试分析系 统相接。
所述电流互感器与测试分析系统之间通过同轴电缆进行连接。 所述测试分析系统由两路信号初步处理电路、同步AD釆集及控制电 路、存储器以及处理器组成，所述信号初步处理电路由滤波电路、电流负 反馈电路和放大电路组成；所述两个电流互感器所釆集的两路信号分别经 各自的滤波电路、电流负反馈电路和放大电路后，同时输入至同步AD采
集及控制电路，同步AD釆集及控制电路分别与存储器和处理器相接。 所述加压装置为变频谐振试验装置。 所述电抗器为可调式电抗器。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点，1、结构简单合理，使用
操作简便；2、通过釆用变频串联谐振装置，再外加一套对电气设备的介 质损耗角正切值即tanS进行检测的测试分析系统，组合成一套完整的试 验检测装置，在给电气设备做交流耐压试验的同时，可方便地检测出在不 同交流电压下电气设备的主要电气性能参数tanS; 3、能大大减小试验所 用高压加压装置的功率容量，因而能在现场直接、方便、准确地对高压大 容量电气设备的介质损耗角正切值进行测试，最终达到测试目的；4、通 过小范围内调节可调式电抗器的阻抗值，将变频串联谐振的谐振频率调整 在50Hz或60Hz频率的工频范围内，此时所测得电气设备的tanS值即为 工频50Hz或60Hz条件下测出的标准值；实际应用中，因为变频串联LC 谐振试验的谐振频率几乎都控制在30-70Hz范围内，因此，也可通过实际 测试，方便得出本试验频率与50Hz或60Hz工频下所测得tanS之间的对 应关系，即最终得出工频50Hz或60Hz条件下测出的tanS的标准值。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图l为本实用新型的结构框图。
图2为本实用新型的信号釆集及测试分析系统部分的结构框图 附图标记说明
l一电抗器；
4一标准电容；
7—电流互感器二；
IO—处理器；
13—电流负反馈电路-
2 —变压器;
品
8 —同轴电缆；
ll一存储器； 14一放大电路-
3—变频谐振试验装置; 6—电流互感器一； 9一测试分析系统； 12 —滤波电路一； 15 —滤波电路二；
16—电流负反馈电路二；17—放大电路二； 18 —同步AD釆集及控制电路。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括相串联的加压装置、变压器2以及电抗 器1,上述三者分别与相并联的被测试电气设备和标准电容4相串联组成 串联LC谐振回路，而所述被测试电气设备为被试品5。另外，串联LC谐 振回路中的被试品5和标准电容4分别串接有一个电流互感器，所述电流 互感器与对其所釆集的电流信号进行检测、分析和处理的测试分析系统9 相接。
所述加压装置为变频谐振试验装置3，所述电抗器1为可调式电抗器。 由于被试品5与标准电容4相并接，也就是说，加压装置、变压器2、电 抗器1和相并接的被试品5及标准电容4组成 一个变频串联LC谐振回路。 另外，与呈容性的被试品5和标准电容4分别串接的两个电流互感器均与 测试分析系统9相接，测试分析系统9对两个电流互感器所采集的两路电 流信号进行检测、分析和处理。而且两个电流互感器与测试分析系统9之 间通过同轴电缆8进行连接，具体是，与标准电容4相串接的电流互感器 二 7通过同轴电缆8，将其所釆集的电流波形信号iE2 (t)传送至测试分 析系统9;而与被试品5相串接的电流互感器一 6也同样通过同轴电缆8, 将其所釆集的电流波形信号iE1 (t)传送至测试分析系统9。
其中，变频谐振试验装置3为加压装置，其为被试品5提供试验时所 需的高压电压，变压器2主要用于隔离以及进行电压升压匹配，以满足对 不同被试品5进行测试的要求。也就是说，在本测试装置的实际测试过程 中，被试品5上所加测试电压的电压值U。，由变频谐振试验装置3和变压 器2来共同决定。
根据串联谐振LC回路的谐振工作原理，串联谐振LC回路的固有频率
<formula>formula see original document page 7</formula>其中L为电抗器的电感，C为谐振电容的电容量；而要使所
加交流电源U。的频率/与串联谐振LC回路的谐振频率/。相等，则有以下
关系式成立，US=QU。，其中Q为串联谐振LC回路的品质因数，Us为被试
品5两端的电压，U。为所加的测试电压。也就是说，在串联谐振LC回路
中，如果是理想状态，完全谐振时在被试品5上会出现非常高的的电压； 考虑到串联谐振LC回路中所存在的电阻R的阻尼作用，则<formula>formula see original document page 7</formula>
其品质因数Q表示谐振能力， 一般情况下，Q在20 200之间。综上，在 LCR串联电路发生谐振时，在被试品5上会产生Q倍所加测试电压U。的高 电压Us。因而在谐振状态下，呈容性的被试品5上的电压Us为所加测试电 压U。的Q倍，此时，变频谐振试验装置3所提供的试验电源即所加测试电 压U。只需提供频率为/。的交流有功功率，来补充串联谐振LC回路损耗。
由于同一回路中电流值相等，则试验电源设备功率容量即加压设备功率容 量，是被试品5所要求功率容量的1/Q倍，因此，试验电源设备功率容量
能够大大减小。
如图2所示，所述测试分析系统9由两路信号初步处理电路、同步AD 釆集及控制电路18、存储器11以及处理器IO组成。其同步AD釆集及控 制电路18,包括相接的同步AD采集电路部分和同步AD控制电路部分。所 述信号初步处理电路由滤波电路、电流负反馈电路、放大电路组成，电流 互感器所釆集的信号先经滤波电路去除杂波和干扰，再经电流负反馈电路 进行驱动和稳定，最后经放大电路调整成适合同步AD釆集电路部分输入 的电信号，再由同步AD控制电路部分将所釆集的数据信号传于存储器11 进行记录存储，即将所传入电流波形信号的瞬态值按时间顺序进行分组记
录存储，并将数据同步传于处理器io进行分析。
另外，由于标准电容4并接在呈容性的被试品5两端，则利用标准电 容4的稳定性能，能够得到一个能完全反映试验所加高压电压波形通过标 准电容4的电流波形信号iE2 (t)。具体是，与标准电容4串接的电流互
感器二 7，将其釆集到的标准电容4的电流波形iE2 ( t )经滤波电路二 15、
电流负反馈电路二 16和放大电路二 17后传送至同步AD釆集及控制电路 18。同样地，与被试品5串接的电流互感器一 6，将其釆集到的通过被试 品5的电流波形iE1 ( t)经滤波电路一 12、电流负反馈电路一 13和放大 电路一 14后也传送至同步AD采集及控制电路18。并且，同步AD釆集及 控制电路18分别与存储器11和处理器IO相接，其将所传入的分别通过 标准电容4和被试品5的两路电流波形信号，先经AD转换同步转换成数 字信号后，再传送至存储器11进行同步存储，即同步记录两路电流波形 信号为数字信号。同时，同步AD釆集及控制电路18将经其处理后的两路 电流波形信号iE1 (t)和iE2 (t)同步传送给处理器10，处理器IO对所传 入的上述两路电流波形信号进行分析处理。
而处理器IO对所传入的上述两路电流波形信号iE1 ( t)和iE2 ( t)， 进行分析处理的过程如下
第一步、通过处理器10对所传入的两路电流波形信号iE1 ( t)和iE2 (t)进行滤波。
第二步、计算被试品5上的电压Us (t):釆用公式Us (t) =iE2 (t) wCb=2<iE2 ( t ) Cb，其中iE2 ( t )为流过标准电容4的电流，"为标准电容
4的电容量。
由于标准电容4的电容量Cb是已知的，且非常稳定，因此釆集通过电 流互感器一 6的交流电流值iB2 ( t)(即通过标准电容4的电流值)，根 据公式Us (t) =iE2 (t) wC。=2《iB2 (t) Cb，可计算出标准电容4上的电 压Us (t),该电压Us (t)即为被试品5上的电压值，式中/。为串联谐 振LC回路的谐振频率，即/。=^^。
第三步、根据傅立叶变换，相应计算出电压函数Us(t)和电流函数i^
(t)的相位差，即被试品5的介质损耗角tan8;再根据iE1 ( t)和iE2 ( t) 的比值以及标准电容4的电容量Cb，计算出被试品5的电容值C。。
其具体运算处理过程如下
首先，根据傅立叶变换，周期函数/(x)的傅立叶级数及谐波系数为<formula>formula see original document page 9</formula>谐波系数为
<formula>formula see original document page 9</formula> k= 1,2，3.........
而周期函数/00的基波系数
<formula>formula see original document page 9</formula>
其基波分量A;为
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中<formula>formula see original document page 9</formula>
那么，计算得出的被试品5上的电压函数Us ( t)的基波系数为
<formula>formula see original document page 9</formula> 其中，
4,是电压函数Us ( t)的幅值，么是其相位。
而通过被试品5的电流函数iE1 ( t )的基波系数为<formula>formula see original document page 9</formula>其中，
4,,,,是电流函数iE1 ( t)的幅值,A是其相位。 其中，<formula>formula see original document page 9</formula>
<formula>formula see original document page 10</formula>
由于被试品5与标准电容4相并接，在谐振电路中，根据公式<formula>formula see original document page 10</formula>中，C。为被试品5的电容值，"为标准电容4的电容量。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限
以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
权利要求1. 一种测试高压大容量电气设备介质损耗角正切值的装置，其特征在于:包括相串联的加压装置、变压器(2)以及电抗器(1)，上述三者与相并联的被测试电气设备和标准电容(4)相串联组成串联LC谐振回路，所述被测试电气设备为被试品(5)；所述串联LC谐振回路中的被试品(5)和标准电容(4)分别串接有一个电流互感器，所述电流互感器与对其所采集的电流信号进行检测、分析和处理的测试分析系统(9)相接。
2. 按照权利要求1所述的测试高压大容量电气设备介质损耗角正切值 的装置，其特征在于所述电流互感器与测试分析系统(9)之间通过同 轴电缆(8)进行连接。
3. 按照权利要求l或2所述的测试高压大容量电气设备介质损耗角正 切值的装置，其特征在于所述测试分析系统(9)由两路信号初步处理 电路、同步AD釆集及控制电路(18)、存储器(11)以及处理器(10) 组成，所述信号初步处理电路由滤波电路、电流负反馈电路和放大电路组 成；所述两个电流互感器所采集的两路信号分别经各自的滤波电路、电流 负反馈电路和放大电路后，同时输入至同步AD采集及控制电路(18), 同步AD釆集及控制电路(18)分别与存储器(11)和处理器(10)相接。
4. 按照权利要求l或2所述的测试高压大容量电气设备介质损耗角正 切值的装置，其特征在于所述加压装置为变频谐振试验装置(3)。
5. 按照权利要求l或2所述的测试高压大容量电气设备介质损耗角正 切值的装置，其特征在于所述电抗器(1)为可调式电抗器。
专利摘要本实用新型公开了一种测试高压大容量电气设备介质损耗角正切值的装置，包括相串联的加压装置、变压器以及电抗器，上述三者与相并联的被测试电气设备和标准电容相串联组成串联LC谐振回路，所述被测试电气设备为被试品；所述串联LC谐振回路中的被试品和标准电容分别串接有一个电流互感器，所述电流互感器与对其所采集的电流信号进行检测、分析和处理的测试分析系统相接。本实用新型结构简单合理、使用操作简便，能大大减小试验所用高压加压装置的功率容量，能在现场直接、方便、准确地对高压大容量电气设备的介质损耗角正切值进行测试。
文档编号G01R27/26GK201207061SQ20082002929
公开日2009年3月11日 申请日期2008年6月6日 优先权日2008年6月6日
发明者王军强, 韩伯锋 申请人:西安四方机电有限责任公司