电气安规测试仪用绝缘性能动态测量与分析装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电气安规测试仪用绝缘性能动态测量与分析装置及方法，该装置包括程控交流信号源、升压变压器、高压交/直流信号输出模块、高压输出端接口、回流端接口、泄漏电流采样电阻R

【技术实现步骤摘要】
电气安规测试仪用绝缘性能动态测量与分析装置及方法
本专利技术涉及一种耐压测试过程中绝缘性能动态测量与分析装置和方法，属于耐压测试仪测量技术。
技术介绍
绝缘材料绝缘性能的劣化过程，在物理特性上可表征为绝缘良好、内部放电、电晕、拉弧闪烁、绝缘崩溃五个阶段，在传统耐压测试仪中用泄漏电流有效值判断绝缘性能，由于从内部放电到拉弧闪烁的劣化过程中，泄漏电流相对变化量不明显，只有在接近绝缘崩溃时，泄漏电流才发生突变。因此，单纯用泄漏电流来衡量绝缘材料绝缘性能优劣的方法灵敏度低，虽可判断出是否有绝缘故障，但难以提前发现绝缘隐患，因而不能辨识绝缘体是否具有弱绝缘缺陷。与泄漏电流不同的是，从内部放电开始，放电信号的能量和频次在不同阶段有显著变化。通常有：在绝缘良好时，无放电现象；在内部放电阶段，放电频率高，放电能量小；在电晕放电阶段，放电能量集中在中频；在拉弧闪烁时，放电能量集中在中低频；而在崩溃阶段，放电能量发生阶跃突变。因此，综合利用泄漏电流与放电信号辨识绝缘材料的绝缘性能，可实现对弱绝缘缺陷的准确辨识。近年来，新型程控耐压测量仪器通过测量放电电流峰值来辅助判断是否存在绝缘缺陷。该方法将流经被测品的高频电流整流后，与电弧电流阈值进行比较，大于该阈值即表示存在电弧，该方法可判断是否产生了具有设定阈值大小的电弧电流，但对电弧准确强度、变化趋势、何时何电压发生电弧等均无法获知，存在较大的局限性。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有耐压测试仪绝缘缺陷识别性能存在的不足，本专利技术提供一种电气安规测试仪用绝缘性能动态测量与分析装置及方法，通过动态获取实时放电动态特性、放电能量谱、放电频次谱等参数特征，准确判断被测品绝缘性能劣化过程阶段，并可有效预测绝缘缺陷，并根据放电能量谱和放电频次谱变化规律捕捉电弧起始放电电压和预测绝缘劣化趋势。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种电气安规测试仪用绝缘性能动态测量与分析装置，包括程控交流信号源、升压变压器、高压交/直流信号输出模块、高压输出端接口、回流端接口、泄漏电流采样电阻Rlk、放电电流采样电阻Rarc、泄漏电流调理单元、高频放电电流调理单元、高压检测调理单元、同步模数转换器U1、同步模数转换器U2、高速模数转换器U3、现场可编程门阵列FPGA和微处理器；所述程控交流信号源的输出信号经升压变压器升压后提供给高压交/直流信号输出模块，高压交/直流信号输出模块的输出端I与高压输出端接口连接，高压交/直流信号输出模块的输出端II经放电电流采样电阻Rarc和泄漏电流采样电阻Rlk后与回流端接口连接；所述高压输出端接口和回流端接口同时分别与高压检测调理单元的两个输入端连接，高压检测调理单元的输出端与同步模数转换器U2的输入端连接；泄漏电流采样电阻Rlk的两端分别与泄漏电流调理单元的两个输入端连接，泄漏电流调理单元的输出端与同步模数转换器U1的输入端连接；放电电流采样电阻Rarc的两端分别与高频放电电流调理单元的两个输入端连接，高频放电电流调理单元的输出端与高速模数转换器U3连接；所述同步模数转换器U1、同步模数转换器U2和高速模数转换器U3与现场可编程门阵列FPGA连接，现场可编程门阵列FPGA产生的同步采样触发信号f1同时提供给同步模数转换器U1和同步模数转换器U2的采集控制端，现场可编程门阵列FPGA产生的固定高频采样触发信号f3提供给高速模数转换器U3的采集控制端；所述微处理器与程控交流信号源和现场可编程门阵列FPGA互联。优选的，泄漏电流调理单元对采集信号进行调理后发送给同步模数转换器U1，同步模数转换器U1根据同步采样触发信号f1采集泄漏电流波形Ilk(通过测量泄漏电流采样电阻Rlk两端的电压，经计算得到泄漏电流信号)；高压检测调理单元对采集信号进行调理后发送给同步模数转换器U2，同步模数转换器U2根据同步采样触发信号f1采集高压分压波形Uhv(加载在高压输出端与回流端之间的电压波形，即加载在被测品两端的电压)；高频放电电流调理单元对采集信号进行调理后发送给高速模数转换器U3，高速模数转换器U3根据固定高频采样触发信号f3采集高频放电电流信号Iarc(通过测量放电电流采样电阻Rarc两端的电压，经计算得到高频放电电流信号Iarc，该高频放电电流信号Iarc也就是串联在回流端上的电流信号；泄漏电流是低频特性，高频放电电流是高频特性，因而对泄漏电流和高频放电电流采用不同的采样通道进行采样)。优选的，所述现场可编程门阵列FPGA内置同步采样控制器、放电信号采样控制器和高速放电信号预处理器；同步采样控制器根据程控交流信号源的输出信号频率计算并输出同步采样触发信号f1，同步采样触发信号f1的初始触发时刻记为t0，采样周期记为T；放电信号采样控制器以t0时刻为触发时刻产生固定高频采样触发信号f3；高速放电信号预处理器根据瞬时放电量算法计算当前采样周期T内的瞬时放电总量。优选的，同步模数转换器U1采集的泄漏电流波形Ilk存储在先进先出存储器FIFO#1内，同步模数转换器U2采集的高压分压波形Uhv存储在先进先出存储器FIFO#2内，高速模数转换器U3采集的高频放电电流信号Iarc存储在先进先出存储器FIFO#3内；存储器FIFO#1和存储器FIFO#2的存储深度均为N，存储器FIFO#3的存储深度为kN，k为f3/f1商的整数部分；高速放电信号预处理器计算得到的瞬时放电总量存储在先进先出存储器FIFO#4内，存储器FIFO#4和存储器FIFO#1对应存储地址的采样时刻相同。优选的，所述瞬时放电总量根据公式求取，即：在(n-1)T时刻和nT时刻间的时间段内，对高频放电电流信号Iarc(t)进行积分运算，得到该时间段内的放电总量Q(nT)，将Q(nT)作为nT时刻的瞬时放电总量；n为当前采样点数，T为采样周期(也即采样间隔)。优选的，所述现场可编程门阵列FPGA内置放电谱寄存器组；高速放电信号预处理器根据放电谱统计算法，获取从t0时刻到当前时刻t不同放电电流脉宽对应的放电总量和总放电次数，结果存储在放电谱寄存器组内。优选的，所述放电谱统计算法包括脉宽测量算法、放电能量谱算法和放电频次谱算法；在高频放电电流信号Iarc(t)发生极性反向翻转时刻启动脉宽测量算法，即在极性反向翻转开始时刻开始当前放电电流脉宽测量，在极性反向翻转停止时刻结束当前放电电流脉宽测量：若测得的放电电流脉宽长度在预设上下限阈值范围内(上限阈值对应最长放电电流脉宽，下限阈值对应最短放电电流脉宽，用于区别高频噪声)，则记录该放电电流脉宽为当前脉宽m，并启动下一组放电电流脉宽测量；否则认为当前脉冲信号为扰动，忽略；放电能量谱算法记录t0时刻和t1时刻间的时间段内，放电电流脉宽为m的电荷总量(在被测品上施加高压信号，脉宽为m的、流经被测品的高频放电电流对应的电荷总量)，表示为Power_Spectrum(m,t0,t1)；放电频次谱算法记录t0时刻和t1时刻间的时间段内，放电电流脉宽为m的发生次数(在被测品上施加高压信号，脉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电气安规测试仪用绝缘性能动态测量与分析装置，其特征在于：包括程控交流信号源、升压变压器、高压交/直流信号输出模块、高压输出端接口、回流端接口、泄漏电流采样电阻R

【技术特征摘要】
1.一种电气安规测试仪用绝缘性能动态测量与分析装置，其特征在于：包括程控交流信号源、升压变压器、高压交/直流信号输出模块、高压输出端接口、回流端接口、泄漏电流采样电阻Rlk、放电电流采样电阻Rarc、泄漏电流调理单元、高频放电电流调理单元、高压检测调理单元、同步模数转换器U1、同步模数转换器U2、高速模数转换器U3、现场可编程门阵列FPGA和微处理器；
所述程控交流信号源的输出信号经升压变压器升压后提供给高压交/直流信号输出模块，高压交/直流信号输出模块的输出端I与高压输出端接口连接，高压交/直流信号输出模块的输出端II经放电电流采样电阻Rarc和泄漏电流采样电阻Rlk后与回流端接口连接；
所述高压输出端接口和回流端接口同时分别与高压检测调理单元的两个输入端连接，高压检测调理单元的输出端与同步模数转换器U2的输入端连接；泄漏电流采样电阻Rlk的两端分别与泄漏电流调理单元的两个输入端连接，泄漏电流调理单元的输出端与同步模数转换器U1的输入端连接；放电电流采样电阻Rarc的两端分别与高频放电电流调理单元的两个输入端连接，高频放电电流调理单元的输出端与高速模数转换器U3连接；
所述同步模数转换器U1、同步模数转换器U2和高速模数转换器U3与现场可编程门阵列FPGA连接，现场可编程门阵列FPGA产生的同步采样触发信号f1同时提供给同步模数转换器U1和同步模数转换器U2的采集控制端，现场可编程门阵列FPGA产生的固定高频采样触发信号f3提供给高速模数转换器U3的采集控制端；
所述微处理器与程控交流信号源和现场可编程门阵列FPGA互联。


2.根据权利要求1所述的电气安规测试仪用绝缘性能动态测量与分析装置，其特征在于：泄漏电流调理单元对采集信号进行调理后发送给同步模数转换器U1，同步模数转换器U1根据同步采样触发信号f1采集泄漏电流波形Ilk；高压检测调理单元对采集信号进行调理后发送给同步模数转换器U2，同步模数转换器U2根据同步采样触发信号f1采集高压分压波形Uhv；高频放电电流调理单元对采集信号进行调理后发送给高速模数转换器U3，高速模数转换器U3根据固定高频采样触发信号f3采集高频放电电流信号Iarc。


3.根据权利要求1所述的电气安规测试仪用绝缘性能动态测量与分析装置，其特征在于：所述现场可编程门阵列FPGA内置同步采样控制器、放电信号采样控制器和高速放电信号预处理器；同步采样控制器根据程控交流信号源的输出信号频率计算并输出同步采样触发信号f1，同步采样触发信号f1的初始触发时刻记为t0，采样周期记为T；放电信号采样控制器以t0时刻为触发时刻产生固定高频采样触发信号f3；高速放电信号预处理器根据瞬时放电量算法计算当前采样周期T内的瞬时放电总量。


4.根据权利要求3所述的电气安规测试仪用绝缘性能动态测量与分析装置，其特征在于：同步模数转换器U1采集的泄漏电流波形Ilk存储在先进先出存储器FIFO#1内，同步模数转换器U2采集的高压分压波形Uhv存储在先进先出存储器FIFO#2内，高速模数转换器U3采集的高频放电电流信号Iarc存储在先进先出存储器FIFO#3内；存储器FIFO#1和存储器FIFO#2的存储深度均为N，存储器FIFO#3的存储深度为kN，k为f3/f1商的整数部分；高速放电信号预处理器计算得到的瞬时放电总量存储在先进先出存储器FIFO#4内，存储器FIFO#4和存储器FIFO#1对应存储地址的采样时刻相同。


5.根据权利要求3所述的电气安规测试仪用绝缘性能动态测量与分析装置，其特征在于：所述瞬时放电总量根据公式求取，即：在(n-1)T时刻和nT时刻间的时间段内，对高频放电电流信号Iarc(t)进行积分运算，得到该时间段内的放电总量Q(nT)，将Q(nT)作为nT时刻的瞬时放电总量；n为当前采样点数。


6.根据权利要求3所述的电气安规测试仪用绝缘性能动态测量与分析装置，其特征在于：所述现场可编程门阵列FPGA内置放电谱寄存器组；高速放电信号预处理器根据放电谱统计算法，获取从t0时刻到当前时刻t不同放电电流脉宽对应的放电总量和总放电次数，结果存储在放电谱寄存器组内。


7.根据权利要求6所述的电气安规测试仪用绝缘性能动态测量与分析装置，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓俊，赵永杰，
申请(专利权)人：南京长盛仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32