專利名稱：便攜式絕緣油介電強(qiáng)度測定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力安全測試領(lǐng)域，具體涉及一種便攜式絕緣油介電強(qiáng)度測定儀。
技術(shù)背景擊穿電壓是表征絕緣油介電強(qiáng)度的一項(xiàng)重要指標(biāo)，在電力絕緣油的測試過程中，需要有 一個可調(diào)的高壓電壓加在絕緣油杯兩端，電壓從零逐步上升，當(dāng)電壓達(dá)到某一值時，絕緣油 將遭到破壞而失去電阻，伴隨著電弧的產(chǎn)生而發(fā)生導(dǎo)電，這一電壓叫做絕緣油的擊穿電壓。 擊穿電壓和試驗(yàn)條件緊密相關(guān)，這些條件包括:施加電壓的波形、頻率、峰值因數(shù)、試驗(yàn)變壓 器的短路電流、電極的形狀、電極間距離、電極表面的狀況、油杯的容積、升壓速度、實(shí)驗(yàn) 室的溫度、濕度有關(guān)。目前，電力系統(tǒng)使用的介電強(qiáng)度測試裝置，電極間距、電極表面狀況以及油杯容積等試 驗(yàn)條件均已形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而溫度和濕度也都有相對統(tǒng)一的要求。而對于測試所需試驗(yàn)電壓 波形的處理、調(diào)壓方式以及檢測方式，目前電力系統(tǒng)使用的測試裝置均存在一定缺陷，以下 根據(jù)其所用加壓調(diào)壓方式進(jìn)行具體分析。1、 市電+自耦調(diào)壓器法這種測試方式是目前使用最普遍的介電強(qiáng)度測試方式，設(shè)備直接從市電引入電壓，不可避免的存在大量干擾性雜波，對儀器施加電壓的波形、頻率、峰值 因數(shù)必然也存在影響，導(dǎo)致影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)。而且由于自耦調(diào)壓器的自身特性，導(dǎo)致實(shí)際施加 的是階躍式的試驗(yàn)電壓，儀器重復(fù)性和可靠性差，并且此種儀器由于依賴市電，無法脫離市 電進(jìn)入現(xiàn)場試驗(yàn)。2、 市電+穩(wěn)壓濾波電路+自耦調(diào)壓器法這種方法是在引入市電后，對市電進(jìn)行穩(wěn)壓濾波 后再通過調(diào)壓器調(diào)壓，其穩(wěn)壓濾波電路有效的濾除了市電中的干擾性諧波，但依然部分存在 幅度和頻率的不穩(wěn)定性。同時這種調(diào)壓方式施加的依然是階躍式的試驗(yàn)電壓，儀器重復(fù)性和 可靠性差，并且依然不能脫離市電進(jìn)入現(xiàn)場試驗(yàn)。3、 市電+穩(wěn)壓濾波電路+普通電子調(diào)壓模塊這種方法是在引入市電后，對市電進(jìn)行穩(wěn)壓 濾波后再通過調(diào)壓器調(diào)壓，其穩(wěn)壓濾波電路有效的濾除了市電中的干擾性諧波，但依然部分 存在幅度和頻率的不穩(wěn)定性；此方法的最大優(yōu)點(diǎn)是使用了電子調(diào)壓模塊代替自耦調(diào)壓器，可 以保證對油施加連續(xù)升壓的試驗(yàn)電壓。但此方法也依然存在致命缺陷，那就是使用的電子調(diào) 壓方式難以保證輸出的是純正弦波電壓，并且依然無法脫離市電進(jìn)入現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)。4、 普通電池+交流生成電路+自耦調(diào)壓器法此種方法最大的優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行現(xiàn)場性試驗(yàn)， 但由于使用的電池本身的容量小和重量大等缺陷，使其在現(xiàn)場時無法連續(xù)完成多組試驗(yàn)，并 且儀器一般還要附帶一個體積容量都不小的電池箱，攜帶與使用均有很大局限性因此，目前電力系統(tǒng)迫切需要一種能夠提供穩(wěn)定純正的正弦波電壓、能夠方便攜帶入現(xiàn) 場試驗(yàn)、并能夠在脫離市電情況下完成多組試驗(yàn)的便攜式介電強(qiáng)度測定儀。隨著新一代聚合物鋰離子電池技術(shù)的逐漸成熟，采用聚合物鋰離子電池為儀器供電從而 脫離市電供電已成為可能。聚合物鋰離子電池采用固體聚合物電解質(zhì)來代替鋰離子電池使用的液體電解質(zhì)，不僅具 有液態(tài)鋰離子電池的高電壓、長循環(huán)壽命、放電電壓平穩(wěn)以及清潔無污染等特點(diǎn)，而且消除 了液態(tài)鋰離子電池存在的爆炸的安全隱患。同時外形更靈活、方便，重量更輕巧，其能量質(zhì) 量比是現(xiàn)有鋰離子電池的3倍，被譽(yù)為新一代的鋰離子電池，非常適合作為儀器內(nèi)部供電電 源。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是能夠方便攜帶進(jìn)入現(xiàn)場試驗(yàn)、能夠提供穩(wěn)定純正的正 弦波電壓、能夠在脫離市電情況下完成多組試驗(yàn)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是 一種便攜式絕緣油介電強(qiáng)度測定儀，包括CPU控制單元、正 弦波電壓測量單元、擊穿電流采集單元、高壓升壓變壓器、試驗(yàn)油杯和正弦波試驗(yàn)電壓發(fā)生 單元，其特征在于所述正弦波試驗(yàn)電壓發(fā)生單元包括聚合物離子電池、純正弦波逆變器電路、 正弦波調(diào)壓模塊和無級調(diào)壓控制電路，所述聚合物離子電池提供儀器電源，為純正弦波逆變 器電路供電，純正弦波逆變器電路輸出正弦波交流電壓接正弦波調(diào)壓模塊輸入端，CPU控制 單元控制無級調(diào)壓控制電路輸出一按一定速率連續(xù)升高的直流電壓信號至正弦波調(diào)壓模塊控 制端，控制正弦波調(diào)壓模塊輸出端輸出按一定速率連續(xù)升壓的交流電壓經(jīng)高壓升壓變壓器升 壓后施加于試驗(yàn)油杯內(nèi)的油樣上，正弦波電壓測量單元隨時測量正弦波調(diào)壓模塊輸出電壓、 擊穿電流采集單元測取高壓升壓變壓器產(chǎn)生的油樣擊穿電流信號并分別傳送至CPU控制單 元，CPU控制單元控制測試過程。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、 本實(shí)用新型采用集成大容量新型聚合物離子電池的方式為調(diào)壓電路供電，而非外配式 的傳統(tǒng)電池供電，也非直接從市電引入電壓方式供電，系統(tǒng)供電可以脫離市電，為系統(tǒng)提供 干凈的電源，并且此類電池容量大、重量輕，非常適合作為儀器內(nèi)部供電電源。2、 本實(shí)用新型采用純TH弦波逆變電路方式生成220V/50Hz電壓，輸出波形比傳統(tǒng)方式更 加可靠，輸出的交流220V/50Hz電壓，無論波形、頻率、峰值都極為穩(wěn)定，不存在像市電中 那樣繁多的干擾波。3、 本實(shí)用新型的調(diào)壓方式采用純正弦波調(diào)壓模塊，避免了傳統(tǒng)調(diào)壓方式上使用自耦調(diào)壓 器造成的輸出電壓階躍性升高。4、 本實(shí)用新型調(diào)壓時，調(diào)壓電路隨時向系統(tǒng)CPU控制單元反饋當(dāng)前電壓信息，正弦波調(diào)壓模塊輸出正弦波試驗(yàn)電壓由儀器的CPU控制單元通過控制無級調(diào)壓控制電路來完成，輸出 波形是穩(wěn)定的正弦波，由于擁有實(shí)時反饋電路，可以更加準(zhǔn)確地通過系統(tǒng)CPU對輸出進(jìn)行無 級調(diào)節(jié)。

圖l為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實(shí)用新型的實(shí)施例的無級調(diào)壓控制電路原理圖； 圖3為本實(shí)用新型的實(shí)施例的純正弦波逆變器電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。圖1中，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖中，便攜式絕緣油介電強(qiáng)度測定儀包括CPU控制單元、 正弦波電壓測量單元、擊穿電流采集單元、高壓升壓變壓器、試驗(yàn)油杯和正弦波試驗(yàn)電壓發(fā) 生單元，其特征在于所述正弦波試驗(yàn)電壓發(fā)生單元包括聚合物離子電池、純正弦波逆變器電 路、正弦波調(diào)壓模塊和無級調(diào)壓控制電路，所述聚合物離子電池提供儀器電源，為純正弦波 逆變器電路供電，純正弦波逆變器電路輸出正弦波交流電壓接正弦波調(diào)壓模塊輸入端，CPU控制單元控制無級調(diào)壓控制電路輸出一按一定速率連續(xù)升高的直流電壓信號至正弦波調(diào)壓模 塊控制端，控制正弦波調(diào)壓模塊輸出端輸出按一定速率連續(xù)升壓的交流電壓經(jīng)高壓升壓變壓 器升壓后施加于試驗(yàn)油杯內(nèi)的油樣上，正弦波電壓測量單元隨時測量正弦波調(diào)壓模塊輸出電壓、擊穿電流采集單元測取高壓升壓變壓器產(chǎn)生的油樣擊穿電流信號并分別傳送至CPU控制 單元，CPU控制單元控制整個測試過程。圖2本實(shí)用新型的實(shí)施例的無級調(diào)壓控制電路原理圖中，CPU控制單元輸出控制信號通 過插頭JP1來控制芯片Ul輸出0-5V的電壓信號，此電壓信號經(jīng)過由LM358組成的電壓跟隨 器U2以提高驅(qū)動能力，然后控制由G1、 G2組成的線性光耦電路，使其輸出端為與控制信號 隔離的線性信號。輸出端的滿電壓范圍由插頭JP2的1腳輸入，輸出電壓信號由2腳輸出，3 腳為地線。JP2連接至純正弦波調(diào)壓模塊的控制輸入端，其控制輸入信號的0-5伏對應(yīng)正弦 波調(diào)壓模塊輸出穩(wěn)定正弦波電壓的0-220V，以此達(dá)到調(diào)整輸出電壓的目的。圖中芯片型號及其外圍電路典型工作參數(shù)Rl: 20K， R2、 R3、 R4:470Q， Cl、 C2:104pF，Ul: AD5320， U2: LM358AN， Gl、 G2: P521， RT1、 RT2: 50K， D8: 1N4148。圖3本實(shí)用新型的實(shí)施例的純正弦波逆變器電路原理圖中IC3采用市售逆變電源控制芯片，由OUTA和OUTB腳輸出正弦波SP麵(SINE PULSE WIDE M0DULITION，正弦波脈寬調(diào)制)脈沖序列，經(jīng)過逆變后分別對應(yīng)正弦波波形的IH負(fù)半周，頻率 為20KHz。輸出的正弦波SP麗波形經(jīng)過IC1A、 IC1B、 IC2A、 IC2B、 IC2C和IC2D組成的死區(qū)控制電 路，防止在正負(fù)半周波形交替時燒壞逆變元件MOSFET管。通過死區(qū)控制電路的SP觀波送入IC4、IC5組成的專用MOSFET驅(qū)動器以控制橋路的通斷。IC4、 IC5控制T1、 T2、 T3、 T4四個M0SFET管組成的全橋通斷，正負(fù)半周各有一對管導(dǎo)通。橋路輸出端接逆變器專用EI型升壓變壓器，將電壓升高至220伏，并且在220伏端連接 一CBB電容C9，將波形整為純正的正弦波波形。同時電路通過光耦元件Ul和R2等元件組成的反饋電路隨時反饋當(dāng)前輸出電壓信息，通 過此反饋信息，控制芯片IC3會實(shí)時調(diào)整輸出脈沖序列，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓和輸出頻率的 目的。圖中芯片型號及其外圍電路典型工作參數(shù)Rl: 4. 7K， R2: 220Q, R3: 470K， R4、 R5、 R8、 R9:36Q， R6、 R7、 RIO、 Rll: IOK， R12: 470 Q， RT1: 20K， Cl、 C2:470WV50V, C3:47^F/25， C4:0.47l^F， C5:0.22l^F， C6:104pF， C7:47PF/25V， C8:10MF/25V， C9:1WV400V， C10:10pF/25V， Cll、 C12: 20pF， D1-D4: 1N4007， D5、 D6: FR107， Ul: P521， IC1A、 IC1B: 74HC14, IC2A、 IC2B、 IC2C、 IC2D: 74HC08, IC4、 IC5:IR2110，T1-T4: IRFZ48S， FUSEL:2A。本實(shí)用新型采用自帶充放電保護(hù)控制電路的市售聚合物離子電池供電，如北京天銳池能 源PL 1085120M 24V/10AH型聚合物離子電池。由于用固體電解質(zhì)代替了液體電解質(zhì)，與液態(tài) 鋰離子電池相比，聚合物離子電池具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化等優(yōu)點(diǎn)，也不會 產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題，因此可以用鋁塑復(fù)合薄膜制造電池外殼，從而可以提 高整個電池的比容量；聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料，其質(zhì)量比能量將會 比目前的液態(tài)鋰離子電池提高50%以上。此外,聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環(huán) 壽命等方面都比鋰離子電池有所提高。本實(shí)用新型的正弦波調(diào)壓模塊可采用市售純正弦波調(diào)壓模塊，如上海佛朗克電子出品的 ZXB-2A型產(chǎn)品，調(diào)壓模塊的輸入端接純正弦波逆變器電路輸出的交流220V信號，控制端輸 入無級調(diào)壓控制電路輸出的0至5V直流信號，輸出端對應(yīng)輸出從0至220V按一定速率連續(xù) 升壓的交流信號。正弦波調(diào)壓模塊所輸出正弦波試驗(yàn)電壓由儀器的CPU控制單元通過控制無級調(diào)壓控制電 路來完成，輸出波形是穩(wěn)定的正弦波，并且擁有實(shí)時反饋電路，可以更加準(zhǔn)確地通過系統(tǒng)CPU 對輸出進(jìn)行無級調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型的CPU控制單元可采用現(xiàn)有技術(shù)的微處理器設(shè)備并包括顯示、鍵盤、打印等外圍設(shè)備，其內(nèi)嵌程序按照絕緣油介電強(qiáng)度測試標(biāo)準(zhǔn)控制裝置工作流程如下(1) 儀器上電，屏幕顯示進(jìn)入主界面；(2) 按相應(yīng)按鍵可進(jìn)入調(diào)壓升壓模式，升壓前，CPU控制單元自動控制集成了自動充放 電功能的聚合物離子電池為純正弦波逆變器電路供電，由逆變器逆變生成穩(wěn)定的220V正弦波 交流電壓，并將此220V電壓接入正弦波調(diào)壓模塊輸入端；(3) CPU控制單元控制無級調(diào)壓控制電路生成0至5V的按一定速度勻速升高的直流電 壓，并由此電壓控制正弦波調(diào)壓模塊輸出從0至220V按規(guī)定速度升高的穩(wěn)定的交流電壓；(4) 調(diào)壓模塊輸出的電壓經(jīng)過高壓升壓變壓器升壓后，生成0至80KV按規(guī)定速度勻速 升高的交流電壓，此電壓施加在試驗(yàn)油杯內(nèi)的油樣上；(5) 正弦波電壓測量單元隨時測量當(dāng)前施加電壓，并傳送至系統(tǒng)CPU，以便記錄和實(shí)時 調(diào)整施加電壓；(6) 油樣發(fā)生擊穿時，高壓變壓器會產(chǎn)生一個突變的電流信號，此信號由擊穿電流采集 單元獲取后，進(jìn)行光電隔離處理后傳送給CPU控制單元；(7)CPU控制單元接收到擊穿信號時，停止記錄施加的電壓值，并將先前記錄的最后一個 電壓值作為油樣擊穿電壓。同時，系統(tǒng)CPU通過無級調(diào)壓控制電路將調(diào)壓控制電路輸出電壓 降為OV，斷開高壓；(8)屏幕顯示擊穿電壓等試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)需要可打印試驗(yàn)結(jié)果。本實(shí)用新型的便攜式絕緣油介電強(qiáng)度測定儀能夠方便地攜帶進(jìn)入現(xiàn)場試驗(yàn)，能夠提供穩(wěn) 定純正的正弦波電壓并能夠在脫離市電情況下完成多組試驗(yàn)，可廣泛應(yīng)用于各類現(xiàn)場及試驗(yàn) 室的油質(zhì)試驗(yàn)。
權(quán)利要求1、便攜式絕緣油介電強(qiáng)度測定儀，包括CPU控制單元、正弦波電壓測量單元、擊穿電流采集單元、高壓升壓變壓器、試驗(yàn)油杯和正弦波試驗(yàn)電壓發(fā)生單元，其特征在于所述正弦波試驗(yàn)電壓發(fā)生單元包括聚合物離子電池、純正弦波逆變器電路、正弦波調(diào)壓模塊和無級調(diào)壓控制電路，所述聚合物離子電池提供儀器電源，為純正弦波逆變器電路供電，純正弦波逆變器電路輸出正弦波交流電壓接正弦波調(diào)壓模塊輸入端，CPU控制單元控制無級調(diào)壓控制電路輸出一按一定速率連續(xù)升高的直流電壓信號至正弦波調(diào)壓模塊控制端，控制正弦波調(diào)壓模塊輸出端輸出按一定速率連續(xù)升壓的交流電壓經(jīng)高壓升壓變壓器升壓后施加于試驗(yàn)油杯內(nèi)的油樣上，正弦波電壓測量單元隨時測量正弦波調(diào)壓模塊輸出電壓、擊穿電流采集單元測取高壓升壓變壓器產(chǎn)生的油樣擊穿電流信號并分別傳送至CPU控制單元，CPU控制單元控制測試過程。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種便攜式絕緣油介電強(qiáng)度測定儀，包括CPU控制單元、正弦波電壓測量單元、擊穿電流采集單元、高壓升壓變壓器、試驗(yàn)油杯和正弦波試驗(yàn)電壓發(fā)生單元，正弦波試驗(yàn)電壓發(fā)生單元包括聚合物離子電池、純正弦波逆變器電路、正弦波調(diào)壓模塊和無級調(diào)壓控制電路，聚合物離子電池提供儀器電源，為純正弦波逆變器電路供電，純正弦波逆變器電路輸出正弦波交流電壓接正弦波調(diào)壓模塊輸入端，無級調(diào)壓控制電路輸出一直流電壓信號至正弦波調(diào)壓模塊控制端，控制正弦波調(diào)壓模塊輸出端輸出按一定速率連續(xù)升壓的交流電壓經(jīng)高壓升壓變壓器升壓后施加于試驗(yàn)油杯內(nèi)的油樣上。本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于各類現(xiàn)場及試驗(yàn)室的絕緣油介電強(qiáng)度油質(zhì)試驗(yàn)。
文檔編號G01R31/00GK201083797SQ20072002810
公開日2008年7月9日 申請日期2007年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月18日
發(fā)明者馮俊博, 李國棟, 殷衍剛 申請人:馮俊博