專利名稱：工頻絕緣試驗計算機控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種新型的以工業(yè)控制計算機為控制中心的工頻絕緣試驗計算機控制系 統(tǒng)，屬于高電壓試驗技術領域。背景技術：
現(xiàn)有的傳統(tǒng)工頻絕緣試驗控制系統(tǒng)采用試驗變壓器提供試驗電壓、調(diào)壓器整定試驗電 壓、傳統(tǒng)儀表測量試驗參數(shù)和結(jié)果，用按鈕操作、繼電器和接觸器實施控制，試驗電壓靠手 動控制調(diào)整調(diào)壓器升降壓實現(xiàn)，試驗電壓作用(耐壓)時間由時間繼電器整定，試驗過程中 的保護依靠過流繼電器，對于試驗電壓波形，雖然試驗標準有明確的規(guī)定，但是一般用戶一 直未給予足夠的重視，試驗控制系統(tǒng)中沒有試驗電壓波形分析功能。工頻絕緣試驗屬于破 壞性試驗，而且高壓電氣設備價格昂貴，傳統(tǒng)的人工控制、人工讀取參數(shù)和繼電控制與保護 方法不可避免地存在控制誤操作、讀數(shù)出現(xiàn)誤差和保護不可靠等缺陷。這樣，合格試品在試 驗過程中其絕緣可能遭到破壞，造成損失；不合格試品可能通過試驗，是電力系統(tǒng)安全可靠 運行的隱患。另外試驗報告人工填寫，不可避免地存在人為因素。這樣，現(xiàn)有的傳統(tǒng)工頻絕 緣試驗控制系統(tǒng)已經(jīng)不適合電力工業(yè)的發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的
本發(fā)明是一種工頻絕緣試驗計算機控制系統(tǒng)，其主要目的在于在現(xiàn)有的工頻絕緣試驗 控制系統(tǒng)基礎上，通過創(chuàng)新設計，將工業(yè)控制計算機應用到高電壓試驗控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)高 壓電氣設備工頻絕緣試驗的設定、控制、保護、測量、存儲、輸出、波形分析、濾波及試品絕緣 擊穿機理分析于一體，統(tǒng)一由工業(yè)控制計算機控制完成。2、技術方案
本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)的
一種工頻絕緣試驗計算機控制系統(tǒng)，其特征在于整個系統(tǒng)由工控機控制管理，所述系 統(tǒng)主要包括工控機、接口電路和主電路；工控機上連接有顯示器、打印機、鍵盤和鼠標，參 數(shù)輸入模塊與試驗程序模塊均工控機相連接，工控機與接口電路相連；接口電路經(jīng)信號輸 出模塊、隔離電路和驅(qū)動電路連接到主電路上；主電路經(jīng)電壓測量模塊、取樣電路、模擬隔 離模塊、整流/濾波模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊連接到接口電路上；主電路經(jīng)電流測量模塊、轉(zhuǎn)換 電路、模擬隔離模塊、整流/濾波模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊連接到接口電路上；主電路的輸入/ 輸出模塊與接口電路的輸入/輸出模塊之間分別連接有處理電路、邏輯電路和隔離電路； 主電路還與過電壓測量模塊相連，并經(jīng)微分電路、脈沖形成模塊和放大觸發(fā)模塊后連回主 電路；接口電路與主電路之間還設有保護電路。所述主電路通過試驗電壓波形測量模塊與接口電路相連接，接口電路再經(jīng)濾波電 路模塊連接到主電路上。所述主電路通過試品擊穿時的電壓測量模塊與接口電路相連接。該系統(tǒng)采用屏蔽設計防止空間電磁干擾，采用電位懸浮設計防止地電位抬高對控 制系統(tǒng)的破壞。該抗干擾模塊結(jié)構(gòu)如下連接有顯示器和打印機的工控機經(jīng)光電隔離模塊連接到與電源濾波器1相連的控制電路上，控制電路經(jīng)光電隔離模塊與主電路相連；工控 機經(jīng)光電隔離模塊連接到與電源濾波器1相連的保護電路上；電源經(jīng)電源濾波器1、電源濾 波器2連接到工控機上；電源濾波器1經(jīng)變頻器和調(diào)壓器連接試驗變壓器；一次分壓器模 塊連接V/F轉(zhuǎn)換模塊，通過光纜傳輸?shù)紽/V轉(zhuǎn)換模塊，再經(jīng)模擬隔離模塊、測量電路模塊和 A/D轉(zhuǎn)換模塊與工控機相連?？刂齐娐放c光電隔離模塊和主電路之間均采用同軸電纜相連；工控機與光電隔離 模塊和保護電路之間均采用同軸電纜連接。3、優(yōu)點及效果
本發(fā)明提出的一種工頻絕緣試驗計算機控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)具有如下優(yōu)點 既能實現(xiàn)傳統(tǒng)手動控制、傳統(tǒng)儀表測量與保護的工頻絕緣試驗控制系統(tǒng)的試驗功能， 又能實現(xiàn)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)所不能實現(xiàn)的試驗參數(shù)和試驗程序(手動、自動、分步試驗)設定、試 驗結(jié)果自動存儲與輸出(試驗結(jié)果不可人為修改)、試品閃絡產(chǎn)生暫態(tài)恢復過電壓保護、波 形分析與濾波、絕緣擊穿機理分析等功能的計算機控制系統(tǒng)，使得試驗程序更合理、參數(shù)測 量更準確、保護措施更完善、試驗結(jié)果更客觀、試驗效率更高，確保試驗電壓波形滿足試驗 標準要求，同時還可以開展試品擊穿機理分析。四

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明控制系統(tǒng)抗干擾結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明試驗電壓波形分析與濾波流程圖； 圖4為本發(fā)明試品擊穿機理分析結(jié)構(gòu)示意圖。五具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明
本發(fā)明提供一種工頻絕緣試驗計算機控制系統(tǒng)，整個系統(tǒng)由工控機控制管理，如圖1 中所示，該系統(tǒng)主要包括工控機、接口電路和主電路，主電路包括電源回路、調(diào)壓器輸出回 路和試驗回路；工控機上連接有顯示器、打印機、鍵盤和鼠標，參數(shù)輸入模塊與試驗程序模 塊均工控機相連接，工控機與接口電路相連；接口電路經(jīng)信號輸出模塊、隔離電路和驅(qū)動電 路連接到主電路上；主電路經(jīng)電壓測量模塊、取樣電路、模擬隔離模塊、整流/濾波模塊和 A/D轉(zhuǎn)換模塊連接到接口電路上；主電路經(jīng)電流測量模塊、轉(zhuǎn)換電路、模擬隔離模塊、整流/ 濾波模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊連接到接口電路上；主電路的輸入/輸出模塊與接口電路的輸入 /輸出模塊之間分別連接有處理電路、邏輯電路和隔離電路；主電路還與過電壓測量模塊 相連，并經(jīng)微分電路、脈沖形成模塊和放大觸發(fā)模塊后連回主電路；接口電路與主電路之間 還設有保護電路。主電路通過試驗電壓波形測量模塊與接口電路相連接，接口電路再經(jīng)濾波電路模 塊連接到主電路上。主電路通過試品擊穿時的電壓測量模塊與接口電路相連接。該系統(tǒng)采用屏蔽設計防止空間電磁干擾，采用電位懸浮設計防止地電位抬高對控 制系統(tǒng)的破壞。如圖2中所示，該抗干擾模塊結(jié)構(gòu)如下連接有顯示器和打印機的工控機經(jīng) 光電隔離模塊連接到與電源濾波器1相連的控制電路上，控制電路經(jīng)光電隔離模塊與主電 路相連；工控機經(jīng)光電隔離模塊連接到與電源濾波器1相連的保護電路上；電源經(jīng)電源濾波器1、電源濾波器2連接到工控機上；電源濾波器1經(jīng)變頻器和調(diào)壓器連接試驗變壓器； 一次分壓器模塊連接V/F轉(zhuǎn)換模塊，通過光纜傳輸?shù)紽/V轉(zhuǎn)換模塊，再經(jīng)模擬隔離模塊、測 量電路模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊與工控機相連。控制電路與光電隔離模塊和主電路之間均采用同軸電纜相連；工控機與光電隔離 模塊和保護電路之間均采用同軸電纜連接。本發(fā)明這種工頻絕緣試驗計算機控制系統(tǒng)，整個試驗過程包括控制、測量、保護、 波形分析和試品擊穿機理分析環(huán)節(jié)，統(tǒng)一由工控機即工業(yè)控制計算機控制管理。如圖1所示，將工業(yè)控制計算機應用在工頻絕緣試驗控制系統(tǒng)中作為系統(tǒng)控制、 測量、保護、波形分析和試品擊穿機理分析中心。工控機首先通過參數(shù)輸入模塊和試驗程序 模塊接受指令，如試驗電壓、試驗時間、試驗程序(包括手動、自動、分步試驗)等，然后工控 機按照試驗參數(shù)和試驗程序設定通過接口電路輸出控制信號，該信號經(jīng)過隔離電路光電隔 離并通過驅(qū)動電路放大后對主電路實施控制，使整個試驗過程按照設定完成。試驗過程中， 工控機實時通過電壓/電流測量模塊、取樣與轉(zhuǎn)換電路模塊、模擬隔離模塊、整流/濾波 模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊測量來自主電路的電源電壓與電流、調(diào)壓器輸出電路電壓與電流和試 驗電壓與電流，這些電壓與電流通過工控機送顯示器顯示、送存儲器儲存，并作為保護電路 實施保護的依據(jù)。如圖1所示，系統(tǒng)保護分兩種情況一是當測量環(huán)節(jié)測量到電源回路、調(diào) 壓器輸出回路或試驗回路中任何一個回路出現(xiàn)過流或欠壓與過壓時，工控機均通過接口電 路和保護電路輸出保護命令實施保護，確保試驗系統(tǒng)本身和試品安全；二是試品閃絡出現(xiàn) 暫態(tài)恢復過電壓時，系統(tǒng)通過過電壓測量模塊測量到該過電壓后經(jīng)微分電路、脈沖形成模 塊形成觸發(fā)脈沖，該觸發(fā)脈沖經(jīng)放大觸發(fā)模塊放大后，觸發(fā)調(diào)壓器輸出回路中的電力電子 元件實施保護。波形分析環(huán)節(jié)通過試驗電壓波形測量模塊測量到試驗電壓波形，通過接口 電路輸入給計算機實施波形分析，當諧波總含量超過試驗標準要求時，通過濾波電路模塊 濾波使試驗電壓波形滿足試驗標準要求。試品擊穿機理分析環(huán)節(jié)通過試品擊穿時的電壓測 量模塊測量到帶有試品擊穿機理信息的電壓波形，通過接口電路輸入給工控機實施試品擊 穿機理分析。本發(fā)明在高壓靜電干擾、電暈放電和試品擊穿或閃絡下的電磁場干擾、放電電流 引起地電位抬高和暫態(tài)恢復過電壓工況下的抗干擾設計，如圖2中所示，通過一次分壓器 模塊測量到被測電壓，通過V/F轉(zhuǎn)換模塊實施電壓/頻率轉(zhuǎn)換，經(jīng)光纜傳輸，經(jīng)過F/V轉(zhuǎn)換 模塊實施頻率/電壓轉(zhuǎn)換，經(jīng)過模擬隔離模塊、測量電路模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊輸入工控機實 施測量；來自電源的干擾采用電源濾波器模塊濾波；控制信號采用光電隔離模塊隔離，同 軸電纜傳輸；整個控制系統(tǒng)采用屏蔽設計防止空間電磁干擾，采用電位懸浮設計防止地電 位抬高對控制系統(tǒng)的破壞。試驗電壓波形分析與濾波設計，如圖3中所示，試驗時，該控制系統(tǒng)通過試驗電壓 波形測量模塊測量得到試驗電壓波形，通過波形分析模塊實施分析試驗電壓波形，當試驗 電壓波形不滿足試驗標準時，獲得試驗電壓的諧波成份和含量，通過濾波模塊濾波使試驗 電壓波形滿足試驗標準要求。根據(jù)試驗結(jié)果進行試品擊穿機理分析，指導高壓電氣設備絕緣結(jié)構(gòu)的改進與設 計如圖4中所示，試品擊穿或閃絡產(chǎn)生的暫態(tài)恢復過電壓中含有豐富的與絕緣擊穿機理 有關的信息且具有突變特性?？刂葡到y(tǒng)通過試品擊穿時的電壓測量模塊實施測量含有豐富的與絕緣擊穿機理有關信息的暫態(tài)恢復過電壓，通過試品擊穿機理分析模塊分析其擊穿機 理，得出結(jié)論用于指導高壓電氣設備絕緣結(jié)構(gòu)的改進與設計。 該系統(tǒng)除了具有傳統(tǒng)試驗控制系統(tǒng)的功能以外，還具有試驗參數(shù)和試驗程序(手 動、自動、分步試驗)設定、試驗結(jié)果自動存儲與輸出(試驗結(jié)果不可人為修改)、試品閃絡產(chǎn) 生暫態(tài)恢復過電壓保護、波形分析與濾波和絕緣擊穿機理分析等功能；實際運行結(jié)果表明， 該系統(tǒng)滿足相關試驗標準規(guī)程要求，可以在專業(yè)高壓試驗站和電力公司、各類高壓電氣設 備生產(chǎn)企業(yè)的試驗室運行，考核各類高壓電氣設備的絕緣能力，開展高電壓絕緣理論和技 術的試驗研究。
權利要求
1.一種工頻絕緣試驗計算機控制系統(tǒng)，其特征在于整個系統(tǒng)由工控機控制管理，所 述系統(tǒng)主要包括工控機、接口電路和主電路；工控機上連接有顯示器、打印機、鍵盤和鼠 標，參數(shù)輸入模塊、試驗程序模塊均與工控機相連接，工控機與接口電路相連；接口電路經(jīng) 信號輸出模塊、隔離電路和驅(qū)動電路連接到主電路上；主電路經(jīng)電壓測量模塊、取樣電路、 模擬隔離模塊、整流/濾波模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊連接到接口電路上；主電路經(jīng)電流測量模 塊、轉(zhuǎn)換電路、模擬隔離模塊、整流/濾波模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊連接到接口電路上；主電路的 輸入/輸出模塊與接口電路的輸入/輸出模塊之間分別連接有處理電路、邏輯電路和隔離 電路；主電路還與過電壓測量模塊相連，并經(jīng)微分電路、脈沖形成模塊和放大觸發(fā)模塊后連 回主電路；接口電路與主電路之間還設有保護電路。
2.根據(jù)權利要求1所述的工頻絕緣試驗計算機控制系統(tǒng)，其特征在于所述主電路通 過試驗電壓波形測量模塊與接口電路相連接，接口電路再經(jīng)濾波電路模塊連接到主電路 上。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的工頻絕緣試驗計算機控制系統(tǒng)，其特征在于所述主電 路通過試品擊穿時的電壓測量模塊與接口電路相連接。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的工頻絕緣試驗計算機控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)采 用屏蔽設計防止空間電磁干擾，該抗干擾模塊結(jié)構(gòu)如下連接有顯示器和打印機的工控機 經(jīng)光電隔離模塊連接到與電源濾波器(1)相連的控制電路上，控制電路經(jīng)光電隔離模塊與 主電路相連；工控機經(jīng)光電隔離模塊連接到與電源濾波器(1)相連的保護電路上；電源經(jīng) 電源濾波器(1 )、電源濾波器(2)連接到工控機上；電源濾波器(1)經(jīng)變頻器和調(diào)壓器連接 試驗變壓器；一次分壓器模塊連接V/F轉(zhuǎn)換模塊，通過光纜傳輸?shù)紽/V轉(zhuǎn)換模塊，再經(jīng)模擬 隔離模塊、測量電路模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊與工控機相連。
5.根據(jù)權利要求4所述的工頻絕緣試驗計算機控制系統(tǒng)，其特征在于控制電路與光 電隔離模塊和主電路之間均采用同軸電纜相連；工控機與光電隔離模塊和保護電路之間均 采用同軸電纜連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種工頻絕緣試驗計算機控制系統(tǒng)，以工業(yè)控制計算機為控制中心，應用計算機測控技術、信號檢測與處理技術、數(shù)字與模擬隔離技術、電位懸浮技術、光纜傳輸與屏蔽技術、傅立葉變換和小波變換技術等設計完成的高壓電氣設備工頻絕緣試驗控制系統(tǒng)，替代目前應用的以手動控制、傳統(tǒng)儀表測量與保護的工頻絕緣試驗控制系統(tǒng)。具有試驗程序更合理、參數(shù)測量更準確、保護措施更完善、試驗結(jié)果更客觀、試驗效率更高等優(yōu)點，能夠確保試驗電壓波形滿足試驗標準要求。
文檔編號G05B15/02GK102073277SQ20101056378
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月29日 優(yōu)先權日2010年11月29日
發(fā)明者厲偉, 王儉, 蔡志遠, 馬少華 申請人:沈陽工業(yè)大學