一种大截面导体交流电阻自动测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种大截面导体交流电阻自动测试系统及方法，涉及电气测试领域，包括：计算机、FPGA/实时系统、D/A转换器1、D/A转换器2、D/A转换器3、A/D转换器、压控电流源、电极、GIL导电管试样、穿心式高精密电流互感器、高精密电阻R、锁相放大器和带有负载Z的耦合变压器，本发明专利技术消除了电流回路与电压测试回路之间的互感以及试品自感的影响，基于等效电路模型通过FPGA和D/A转换器产生超前电流90

【技术实现步骤摘要】
一种大截面导体交流电阻自动测试系统及方法


[0001]本专利技术属于电气测试领域，具体涉及一种大截面导体交流电阻自动测试系统及方法。

技术介绍

[0002]随着国民经济对电力需求的不断增长，导体的载流量以及导体的标称截面不断增加，由于集肤效应和邻近效应的影响，导体交流电阻往往比直流电阻要大得多，然而，目前国内外学者对测量大截面导体交流电阻没有一个公认的方法，因此，为保证大截面导体安全可靠运行，研究大截面导体交流电阻测量技术具有重要应用意义。
[0003]大截面导体的导电性能会随着铺设环境的不同而发生变化，进而影响大截面导体的输电能力和电力系统的运行可靠性。为了检测大截面导体的载流能力，需要测量大截面导体的电气性能参数。在众多衡量大截面导体性能参数中，导体的交流电阻可以更精准地反映导体的导电性能，这是因为交变电流下的大截面导体的载流量与交流电阻密切相关，大截面导体的交流电阻由于集肤效应和邻近效应的影响而增大，导致载流量的减小，但是在检测过程中很多因素都会影响大截面导体交流电阻的测试精度。其中最主要的影响因素是被测对象为大截面导体，等效电感大，导致电压与电流间相角接近90
°
，由函数误差可知相角造成交流电阻的误差较大，严重影响其测试精度。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于电压补偿技术的大截面导体交流电阻自动测试系统及方法，基于等效电路模型利用FPGA技术和实时系统构建虚拟基准电压，用于补偿试品自感和电压测试回路中互感上的电压，通过实时系统实时更新虚拟基准电压，减小被测导体上的电压与激励电流间相角，解决大截面导体交流电阻的测试精度问题，实现大截面导体交流电阻准确地自动化测量。
[0005]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0006]一种大截面导体交流电阻自动测试系统，包括：计算机、FPGA/实时系统、D/A转换器1、D/A转换器2、D/A转换器3、A/D转换器、压控电流源、电极、GIL导电管试样、穿心式高精密电流互感器、高精密电阻R、锁相放大器和带有负载Z的耦合变压器；
[0007]所述计算机与所述FPGA/实时系统电连接，所述计算机用于对所述FPGA/实时系统发出数据和控制指令，所述计算机还用于对所述大截面导体交流电阻自动测试系统进行数据分析、处理和显示；
[0008]所述FPGA/实时系统分别与所述D/A转换器1、所述D/A转换器2、所述D/A转换器3和所述A/D转换器电连接，所述FPGA/实时系统用于接收所述A/D转换器的数字信号，所述FPGA/实时系统还用于分别对所述D/A转换器1、所述D/A转换器2、所述D/A转换器3输出数字信号；
[0009]所述D/A转换器1，用于将所述FPGA/实时系统输出的数字信号转换为第一模拟电
压，并将所述第一模拟电压输出至所述压控电流源；
[0010]所述D/A转换器2，用于将所述FPGA/实时系统输出的数字信号转换为第二模拟电压，并将所述第二模拟电压输出至所述锁相放大器；
[0011]所述D/A转换器3，用于将所述FPGA/实时系统输出的数字信号转换为第三模拟电压，并将所述第三模拟电压输出至所述带有负载Z的耦合变压器实现电压补偿；
[0012]所述A/D转换器，用于将所述高精密电阻R上的模拟电压转换为数字信号，并输出至所述FPGA/实时系统；
[0013]所述压控电流源，用于将所述第一模拟电压信号转换成激励电流信号，并将所述激励电流信号输出至所述GIL导电管试样，所述压控电流源与所述穿心式高精密电流互感器、所述GIL导电管试样形成电流回路；
[0014]所述电极，放置于所述GIL导电管试样上，用于测量所述GIL导电管试样上的电压；
[0015]所述GIL导电管试样为被测对象，进行其交流电阻的测量；
[0016]所述穿心式高精密电流互感器，用于将流过所述GIL导电管试样的电流转换为小电流输出到所述高精密电阻R；
[0017]所述高精密电阻R，用于将所述穿心式高精密电流互感器得到的电流信号转换为电压信号，并输出至所述A/D转换器；
[0018]所述锁相放大器，用于获取所述GIL导电管试样上的经过补偿后A路电压信号，将补偿后A路电压信号经USB接口输出到所述计算机；
[0019]所述带有负载Z的耦合变压器，用于将经过所述第三模拟电压按照所述带有负载Z的耦合变压器设定的比例关系输出，被测电压与所述带有负载Z的耦合变压器输出电压差分后输出到所述锁相放大器的A路，从而实现补偿后电压信号的测量。
[0020]优选地，所述大截面导体交流电阻自动测试系统分为电压测试回路和电流激励及其测试回路。
[0021]优选地，所述电压测试回路包括：放置于导体表面的电极、锁相放大器、带有负载Z的耦合变压器、FPGA/实时系统、D/A转换器2和D/A转换器3。
[0022]优选地，所述电流激励及其测试回路包括：FPGA/实时系统、D/A转换器1、压控电流源、GIL导电管试样、穿心式高精密电流互感器、高精密电阻R和A/D转换器。
[0023]优选地，所述FPGA/实时系统包括：Real
‑
Time(RT)实时系统、FPGA机箱和输入输出I/O模块。
[0024]一种大截面导体交流电阻自动测试方法，应用于所述的大截面导体交流电阻自动测试系统，包括：
[0025]在FPGA内构建大截面导体的等效电路模型，通过激励电流和计算机赋值的参数建立一个虚拟基准；
[0026]通过FPGA和D/A转换器1给压控电流源施加电压，产生电流激励作用在GIL导电管试样上；
[0027]电流激励通过穿心式电流互感器和高精密电阻R转换为电压信号，A/D转化器将其转换为数字信号经FPGA传输至计算机，计算机通过运算得到电流有效值及相角；
[0028]通过FPGA和D/A转换器2给锁相放大器施加与电流同频率的电压信号，所述电压信号作为锁相放大器的参考信号，锁相放大器以所述参考信号为基础获得同频率被测GIL导
体上的初始电压信息，并经USB接口传输至计算机；
[0029]计算机通过初始电压与电流的有效值以及相角计算出等效电路模型的参数，并赋值给FPGA构建虚拟基准；
[0030]FPGA基于激励电流实时信息和等效电路模型的参数值生成一超前电流90
°
的感性虚拟基准电压，实时系统保证虚拟基准电压的实时更新，并通过D/A转换器3输出至带有负载Z的耦合变压器；
[0031]带有负载Z的耦合变压器按照匝数比输出虚拟基准电压，作用于锁相放大器用于采集电压的A路，实现与被测GIL导体上的电压差分；
[0032]锁相放大器获取差分电压经过USB接口传输到计算机，并计算出被测试品的交流电阻。
[0033]一种大截面导体交流电阻自动测试方法，所述等效电路模型包括电阻和电感的串联形式。
[0034]与现有技术相比，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大截面导体交流电阻自动测试系统，其特征在于，包括：计算机、FPGA/实时系统、D/A转换器1、D/A转换器2、D/A转换器3、A/D转换器、压控电流源、电极、GIL导电管试样、穿心式高精密电流互感器、高精密电阻R、锁相放大器和带有负载Z的耦合变压器；所述计算机与所述FPGA/实时系统电连接，所述计算机用于对所述FPGA/实时系统发出数据和控制指令，所述计算机还用于对所述基于电压补偿的大截面导体交流电阻自动测试系统进行数据分析、处理和显示；所述FPGA/实时系统分别与所述D/A转换器1、所述D/A转换器2、所述D/A转换器3和所述A/D转换器电连接，所述FPGA/实时系统用于接收所述A/D转换器的数字信号，所述FPGA/实时系统还用于分别对所述D/A转换器1、所述D/A转换器2、所述D/A转换器3输出数字信号；所述D/A转换器1，用于将所述FPGA/实时系统输出的数字信号转换为第一模拟电压，并将所述第一模拟电压输出至所述压控电流源；所述D/A转换器2，用于将所述FPGA/实时系统输出的数字信号转换为第二模拟电压，并将所述第二模拟电压输出至所述锁相放大器；所述D/A转换器3，用于将所述FPGA/实时系统输出的数字信号转换为第三模拟电压，并将所述第三模拟电压输出至所述带有负载Z的耦合变压器实现电压补偿；所述A/D转换器，用于将所述高精密电阻R上的模拟电压转换为数字信号，并输出至所述FPGA/实时系统；所述压控电流源，用于将所述第一模拟电压信号转换成激励电流信号，并将所述激励电流信号输出至所述GIL导电管试样，所述压控电流源与所述穿心式高精密电流互感器、所述GIL导电管试样形成电流回路；所述电极，放置于所述GIL导电管试样上，用于测量所述GIL导电管试样上的电压；所述GIL导电管试样为被测对象，进行其交流电阻的测量；所述穿心式高精密电流互感器，用于将流过所述GIL导电管试样的电流转换为小电流输出到所述高精密电阻R；所述高精密电阻R，用于将所述穿心式高精密电流互感器得到的电流信号转换为电压信号，并输出至所述A/D转换器；所述锁相放大器，用于获取所述GIL导电管试样上的经过补偿后A路电压信号，将补偿后A路电压信号经USB接口输出到所述计算机；所述带有负载Z的耦合变压器，用于将经过所述第三模拟电压按照所述带有负载Z的耦合变压器设定的比例关系输出，被测电压与所述带有负载Z的耦合变压器输出电压差分后输出到所述锁相放大器的A路，从而实现补偿...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑欢，徐凌霄，孙志文，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：