专利名称：便携式介损频率响应分析仪的制作方法
技术领域：
本实用新型主要涉及到变电站的电气设备领域，特指一种主要适用于变电站电气设备的便携式介损频率响应分析仪。
背景技术：
电气设备介电损耗是电气绝缘性能的重要指标，目前常规的检测方式为例行停电试验，这种例行停电试验的方式存在电源频率单一的缺陷，不能测量被试品在不同频率下的介损值，进而无法进行较为准确的介损频率响应分析。

实用新型内容本实用新型要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单紧凑、成本低廉、操作方便、能快速高效进行变电站电气设备介损频率响应分析的便携式介损频率响应分析仪。为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案一种便携式介损频率响应分析仪，包括控制单元、AD高速采集单元、DA输出电源单元、电压选择控制单元、工频变 压器、电源输入滤波器以及AD与DA参考电压单元，所述电源输入滤波器经过工频变压器、电压选择控制单元后输出选择后的电压至标准电容通道和外部测量通道；所述标准电容通道内设置有标准电容( 、第一串联电阻选择单元和第一高压差分运放单元；外部测量通道内设置有待测部件的外部测量电容Cx、第二串联电阻选择单元和第二高压差分运放单元，所述第一高压差分运放单元和第二高压差分运放单元的输出端与AD高速采集单元相连，所述控制单元通过电压选择控制单元自动选择电压与电阻，把所述AD高速采集单元采集的数据根据傅立叶算法滤波分析然后还原成真实的采集波形，比较标准电容( 与外部测量电容Cx之间的差异以得到介损值。作为本实用新型的进一步改进所述工频变压器采用E型变压器并利用同绕组分段方法分压；所述电压选择控制单元为由控制单元控制的继电器。所述标准电容( 采用的是高精度云母，含IOnF和30nF两个容值电容。所述第一串联电阻选择单元和第二串联电阻选择单元中的串联电阻均分10档，每IOK —档，从O欧姆开始到100K，并由控制单元控制继电器来选择。所述AD与DA参考电压单元为AD高速采集单元和DA输出电源单元提供精准参考电压；所述DA输出电源单元的输出频率从IHz 1000Hz连续可调低电压信号，经过电压选择控制单元放大为高电压信号。与现有技术相比，本实用新型的优点在于1、本实用新型的便携式介损频率响应分析仪，结构简单紧凑、成本低廉、操作简便，是一种针对变电设备介损-频率响应的特点研制的，合适、简易、便捷的介损频率响应分析仪。本实用新型通过连续变化测试仪输出电压的频率，测量被试品在不同频率下的介损值，通过分析被试品频率-介损曲线，来判断被试品中水分、老化、污染等情况。2、本实用新型的输出频率范围广，从IHz 1000Hz连续变化，频率精度达O. 001Hz，输出电压O. 3mV 100V，电容测量范围为500pF 10 μ F ;本实用新型采用基于FIR滤波数据提取的数值分析方法，从上位机测试软件、下位机控制软件、硬件设计、机箱结构设计四个部分进行优化，介损测试精度可达土(1%*D+7*10_4)，电容测试精度为± (O. 5%*D+lpF);本实用新型的装置使用便捷，具备数据库存储、电子表格、曲线图、输出等数据结构呈现功能，可在“自由测试”、“专业测试”间进行选择，便于变电站电气设备进行介损频率响应测试。

图1是本实用新型方法的控制原理示意图。图2是具体实施例中工频变压器以及电压选择控制单元的原理示意图。图3是具体实施例中DA输出电源单元的原理示意图。图4是具体实施例中标准电容通道的原理示意图。图5是具体实施例中外部测量通道的原理示意图。图例说明1、控制单元；2、AD高速采集单元；3、DA输出电源单元；4、电压选择控制单元；5、工频变压器；6、电源输入滤波器；7、第一高压差分运放单元；8、第二高压差分运放单元；9、标准电容Cig ;10、外部测量电容CX;11、AD与DA参考电压单元；12、第一串联电阻选择单元；13、第二串联电阻选择单元。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。如图1所示,本实用新型的便携式介损频率响应分析仪,包括控制单元1、AD高速采集单元2、DA输出电源单元3、电压选择控制单元4、工频变压器5、电源输入滤波器6、第一高压差分运放单元7、第二高压差分运放单元8、标准电容(^9、外部测量电容CX10、AD与DA参考电压单元11，电源输入滤波器6经过工频变压器5、电压选择控制单元4后输出选择后的电压至标准电容通道和外部测量通道；标准电容通道内设置有标准电容Cg9、第一串联电阻选择单元12和第一高压差分运放单元7 ;外部测量通道内设置有待测部件的外部测量电容Cx10、第二串联电阻选择单元13和第二高压差分运放单元8，第一高压差分运放单元7和第二高压差分运放单元8的输出端与AD高速采集单元2相连并将采集的信号经AD高速采集单元2输送给控制单元1，电压选择控制单元4、第一串联电阻选择单元12和第二串联电阻选择单元13由控制单元I控制。控制单元I采用FPGA，FPGA通过电压选择控制单元4自动选择电压与电阻，把AD高速采集单元2采集的数据根据傅立叶算法滤波分析然后还原成真实的采集波形，然后比较标准电容C#9与外部测量电容CxIO之间的差异，从而得到一个比较精确的介损值。由上可知，本实用新型可以通过连续变化测试仪输出电压的频率，测量被试品在不同频率下的介损值，然后通过分析被试品频率-介损曲线，来判断被试品中水分、老化、污染等情况。AD与DA参考电压单元11采用高精度、高稳定性的专用参考电压芯片ADR431，为AD高速采集单元2和DA输出电源单元3提供精准参考电压。DA输出电源单元3输出频率从IHz IOOOHz连续可调低电压信号，经过电压选择控制单元4放大为高电压信号。
本实用新型的输出频率从IHz 1000Hz连续变化，频率精度达O. 00IHz，输出电压O. 3mV 100V，介损分辨率O. 00001。本实用新型采用了基于FIR滤波数据提取的数值分析方法，从上位机测试软件、下位机控制软件、硬件设计、机箱结构设计四个部分进行优化，介损测试精度可达土(1%*D+7*10_4)。本实用新型使用便捷，具备数据库存储、电子表格、曲线图、输出等数据结构呈现功能，可在“自由测试”、“专业测试”间进行选择。本实施例中，FPGA采用的是ALTERA公司的Cyclone III系列的EP3C55F484I7N。本实施例中，参见图2，工频变压器5采用的是E型变压器，利用同绕组分段方法分压，电压有5分档，电压选择控制单元4为由FPGA控制的继电器，因此E型变压器的电压靠FPGA控制继电器来选择。本实施例中，如图4和图5所示，标准电容C$9采用的是高精度云母，含IOnF和30nF两个容值电容。串联电阻总共分IO档，每IOK —档，从O欧姆开始到IOOK，靠FPGA控制继电器来选择。标准电容所具有的容值非常稳定，准确度小于2%，介损tg δ小于O. 0005%,温度系数也小于lOOppm。第一高压差分运放单元7和第二高压差分运放单元8均采用的是TI公司的INA149运放，这款运放共模电压能达到±275V。本实施例中，AD高速采集单元2采用AD7606芯片，这款芯片具有单电源供电，双极性输入，同步采样等特点。AD7606是一款集成式8通道同步采样模拟数据采集系统(DAS)，片内集成模拟输入箝位保护电路、二阶抗混叠滤波器、模拟多路复用器、跟踪保持放大器，16位电荷在分配逐次逼近型模数转换器(ADC)、灵活的数字滤波器、基准电压缓冲以及高速串行和并行接口。AD7606的模拟输入阻抗均为1ΜΩ，它采用单电源工作方式，具有片内滤波和高输入阻抗，因此无需驱动运算放大器和外部双极性电源，抗混叠滤波器的3dB截止频率为22KHz，当采样速率为200KSPS时，它具有40dB抗混叠抑制特性，灵活的数字滤波器配置，可以改善信噪比(SNR)。为了保持多相电力线网络(主要是两相信息，标准通道与测量通道)通道之间的相位信息，必须具备同步采样能力；而且要求采样速度要求最少ΙΟΟΚΗζ，外部电路要求最少，这样就会减少测量误差，因此AD7606芯片非常适合设计要求。本实施例中，AD与DA参考电压单元11使用的是ADR431芯片，具有温漂系数小，精度高特点。本实施例中，如图3所示，DA输出电源单元3采用的是TI公司的DAC7644芯片，是由FPGA控制DA的输出电压幅值，该DAC7644芯片具有多通道，如果有某个通道损坏，可以自动判断切换到另外一个通道。以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种便携式介损频率响应分析仪，其特征在于包括控制单元(1)、AD高速采集单元 (2)、DA输出电源单元(3)、电压选择控制单元(4)、工频变压器(5)、电源输入滤波器(6)以及AD与DA参考电压单元(11 )，所述电源输入滤波器(6 )经过工频变压器(5 )、电压选择控制单元(4)后输出选择后的电压至标准电容通道和外部测量通道；所述标准电容通道内设置有标准电容Cg(9)、第一串联电阻选择单元(12)和第一高压差分运放单元(7);外部测量通道内设置有待测部件的外部测量电容Cx (10)、第二串联电阻选择单元(13)和第二高压差分运放单元(8)，所述第一高压差分运放单元(7)和第二高压差分运放单元(8)的输出端与AD高速采集单元(2 )相连，所述控制单元(I)通过电压选择控制单元(4)自动选择电压与电阻，把所述AD高速采集单元(2)采集的数据根据傅立叶算法滤波分析然后还原成真实的采集波形，比较标准电容C“9)与外部测量电容Cx (10)之间的差异以得到介损值。
2.根据权利要求1所述的便携式介损频率响应分析仪，其特征在于所述工频变压器(5)采用E型变压器并利用同绕组分段方法分压；所述电压选择控制单元(4)为由控制单元(I)控制的继电器。
3.根据权利要求1或2所述的便携式介损频率响应分析仪，其特征在于所述标准电容(标(9)采用的是高精度云母，含IOnF和30nF两个容值电容。
4.根据权利要求3所述的便携式介损频率响应分析仪，其特征在于所述第一串联电阻选择单元(12)和第二串联电阻选择单元(13)中的串联电阻均分10档，每IOK —档，从O 欧姆开始到100K，并由控制单元(I)控制继电器来选择。
5.根据权利要求1或2所述的便携式介损频率响应分析仪，其特征在于所述AD与DA 参考电压单元(11)为AD高速采集单元(2 )和DA输出电源单元(3 )提供精准参考电压；所述DA输出电源单元(3)的输出频率从IHz 1000Hz连续可调低电压信号，经过电压选择控制单元(4)放大为高电压信号。
专利摘要一种便携式介损频率响应分析仪，它的电源输入滤波器经过工频变压器、电压选择控制单元后输出选择后的电压至标准电容通道和外部测量通道；标准电容通道内设置有标准电容C标、第一串联电阻选择单元和第一高压差分运放单元；外部测量通道内设置有待测部件的外部测量电容CX、第二串联电阻选择单元和第二高压差分运放单元，控制单元通过电压选择控制单元自动选择电压与电阻，把AD高速采集单元采集的数据根据傅立叶算法滤波分析然后还原成真实的采集波形，比较标准电容C标与外部测量电容CX之间的差异以得到介损值。本实用新型具有结构简单紧凑、成本低廉、操作方便、能快速高效进行变电站电气设备介损频率响应分析等优点。
文档编号G01R31/14GK202886545SQ20122056667
公开日2013年4月17日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者刘卫东, 邓维, 姚程, 王江, 蒋斌 申请人:湖南省电力公司超高压管理局, 长沙永程科技有限公司, 国家电网公司