多功能线圈类设备综合参数测试装置的研制

李卫彬，周睿，陆忠心，王月强，林瑶，邢婧

（国网上海长兴供电公司，上海 201913）

多功能线圈类设备综合参数测试装置的研制

李卫彬，周睿，陆忠心，王月强，林瑶，邢婧

（国网上海长兴供电公司，上海 201913）

针对目前线圈类电气设备试验装置数量繁多、笨重、使用不便等问题，文章提出多功能线圈类设备综合参数测试装置的设计思路，并对装置的总体模块、具体功能设计、试验接线等关键内容展开详细介绍。

线圈类；综合参数；测试装置

线圈类设备（如各类变压器、互感器等）在电力系统的各类设备中占有极其重要地位，而其电气试验项目较其他设备而言项目往往更多更复杂。

目前，各个供电公司针对线圈类设备每项试验基本都需配置一套专用试验仪器，且试验仪器都较为笨重。因此完成一个设备的试验往往需要多台仪器。受限于场地及电源等因素，在现场工作中需反复将仪器搬前搬后以及多次重复接线，工作效率较低。有些试验项目还需外配试验电源，再配合各种电压表、电流表和功率表等表计进行测量，因而操作起来更加麻烦。

随着电力电子技术的发展，各类智能仪器仪表在电力系统上已有大量成熟的应用，包括各类测量装置，在线监测，智能系统等[1-5]。然而目前国内外在综合性电气试验装置的研究相当缺乏，大多数仪器功能单一，输出结果的格式也不规范，对后期的数据分析整理归档也造成很多麻烦。

论文创新地将数字化可程控的电子调压器与多功能测量表计进行融合，源表一体，使得整套装置真正成为高度智能化、多功能的测量装置。

本文所设计的多功能线圈类设备综合参数测试装置包含了电压互感器耐压（感应耐压或工频耐压）、空载电流、伏安特性等试验功能，还能用于变压器的空载试验、负载试验以及耐压试验。

1 装置总体模块设计

通过对目前多种专用测试仪器的研究发现，大部分的仪器都可以由3部分组成：试验电源、测量系统、控制显示人机系统[6-8]。

1.1 显示控制（人机界面）部分

显示控制部分主要用于接受用户操作指令，控制程控试验电源和测量表计的有序工作，并显示、打印、保存测量结果。如图1所示，该部分设计采用32位ARM单片机作为核心，配合320×240液晶显示器为人机交互界面并配置微型打印机，用于打印输出测量结果，结果格式依照相关规程及报告标准模板设计，并通过内部模块自动判断设备试验结果是否合格[9]。模块内附非易失性存贮器，用于保存测量结果，可随时调用查看，同时配置外存接口和通讯接口，可联机操作将数据批量导出分析。该部分电路与程控试验电源和测量表计部分通过内部串口进行控制和数据传送，使装置可根据用户预设的功能进行全自动测量。

图1 显示控制部分原理图Fig.1 Schematic of display&control part

1.2 程控试验电源部分

设计采用可程控的电子调压装置代替传统自耦调压器，具有可调压调频功能，输出电压频率稳定性好。采用单片机经过软件程序编程实现SPWM调制波来控制大功率IPM开关模块的工作，通过反馈电压与采样电压比例比较控制占空比实现稳压。这样由高性能数字信号处理器进行控制的SPWM调制技术设计的数字电源，可输出电压连续可调的正弦波试验电源[10]。如图2、图3所示。

图2 试验电源部分原理图Fig.2 Schematic of power supply part

图3SPWM调制原理Fig.3 SPWM modulation principle

程控试验电源是大功率部件，使用中为了保护试验设备和被试品的安全，在硬件及软件中都应设计保护功能，如过流过压过温保护等。

1.3 多功能测量表计部分

多功能测量表计部分主要由一片高性能单片机分别对试验时的电压、电流信号进行实时采样计算，得出电压、电流、有功功率、功率因数及频率等电参量。装置采用高性能的双16位模数转换器作为主要的数据采集芯片，保证了测量的高精度。测量原理采用同步高速采样技术，对电压和电流信号进行同步采样，将采样数据保存在存储器中，然后将采样数据按照电工学原理进行计算得到各电参数的测量结果，如图4所示。

图4 测量表计部分原理图Fig.4 Schematic of measuring part

2 装置具体功能设计

装置分为人机模块、测量模块和电源模块；人机模块主要功能是根据按键反馈来控制测量模块与电源模块并将结果通过声音（蜂鸣器）与图象（显示器）反馈给操作人员[11]初步设定的装置功能如图5所示。

图5 主要功能Fig.5 Major function

2.1 耐压试验

分为工频耐压与感应耐压，工频耐压是直接用工频进行测量，感应耐压可以进行频率及其他参数设定后进行测量。

1）自动测量。自动测量是自动升压到参数设置里所设置的电压值（频率值），根据参数设置里的试验时间进行测量，全程进行过压过流和外中断判断。其程序步骤流程如图6所示所示。

图6 耐压自动测量程序流程图Fig.6 Flow chart of voltage pressure automatic test

2）手动测量。手动测量可以根据现场实时要求在试验过程直接调节电压（频率）及试验时间再进行测量。其程序步骤流程图如图7所示。

图7 耐压手动测量程序流程图Fig.7 Flow chart of voltage pressure manualtest

2.2 伏安特性试验

伏安特性测量是根据伏安特性设置的电压点的进行逐点升压，整个升压过程会进行过流判断和中断判断，升压结束后对整个升压过程的电压电流以线性图描述（可以得到一条励磁曲线图）并加以拐点标注。装置可进行伏安特性电压点输入，共可支持10个点，将各个电压点进行从小到大自动排序。其软件流程如图8所示：

图8 伏安特性试验程序流程图Fig.8 Flow chart of voltage-amperecharacteristic test

2.3 空载电流试验

空载电流试验是将电压升压到额定电压下测量出电流值并与出厂数值比较无明显差别，整个过程进行过压过流、电源状态和键盘中断判断。其软件流程如图9所示：

图9 空载电流试验程序流程图Fig.9 Flow chart of no-load current test

2.4 空载损耗试验

空载损耗试验是逐相将电源升压到额定电压下并记录功率值保存，等三相测量结束后进行累加计算出总功率损耗，并且各相功率损耗可以显示比较，整个过程进行过压过流、电源状态和键盘中断判断。其软件流程如图10所示。

图10 空载损耗试验程序流程图Fig.10 Flow chart of no-load loss test

2.5 负载损耗试验

负载损耗试验是逐相将电源升压到额定电流下并记录功率值保存，等三相测量结束后进行累加计算出总功率损耗，并且各相功率损耗可以显示比较，整个过程进行过压过流、电源状态和键盘中断判断。其软件流程如图11所示。

图11 负载损耗试验程序流程图Fig.11 Flow chart of load loss test

3 试验接线

综合测试装置在试验时的总体接线如图12—图16所示[12-13]。

图12 电压互感器空载电流及励磁特性试验Fig.12 No-load current and excitation characteristic test of voltage transformer

图13 电压互感器耐压试验Fig.13 Voltage pressure test of voltage transformer

图14 变压器空载电流、空载损耗试验（单相加压法）Fig.14 No-load current and no-load loss test oftransformer（Single phase method）

图16 变压器感应耐压试验Fig.16 Voltage pressure test of transformer

4 结语

随着电力电子技术的发展，传统的试验调压已完全可以由SPWM调制技术所取代，从而实现自动化调压。借助单片机原理，多类测试可集中于一台小型化综合装置上开展测量，自动计算，并按要求打印报告，省去大量操作和计算工作，极大提高的安全性、便捷性，大幅提升现场作业效率。

以电压互感器为例，经测算，原先手动升压打一次耐压至少10 min，作一组励磁特性曲线将耗时30 min。采用新型装置后，仪器自动进行耐压试验，整个过程2 min，仪器自动测量、存贮励磁电流，并打印出励磁曲线，整个过程只需8 min。

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（编辑 张晓娟）

Design of multifunctional parameters testing device for electrical coil equipment

LI Weibin，ZHOU Rui，LU Zhongxin，WANG Yueqiang，LIN Yao，XING Jing
（State Grid Shanghai Changxing Electric Power Supply Company 201913，Shanghai，China）

Referring to the problems in commonly-used testing devices for electrical coil equipment，like：excessive number，heavy weight，inconvenient use，the article provides the design thought of multifunctional parameters testing deviceand introduces the key content for the equipment’s overallmode，basic-function design，test connection and other key contents in detail.Relevant trial-manufacture model has already fabricated successfully，which has tested the feasibility of the above theories.New device dramatically deceases the total cost and remarkably improves working efficiency.

coil；multifunctional；test；device

2017-03-02。

李卫彬（1980—），男，本科，工程师，研究方向为电力系统及其自动化；

周 睿（1987—），男，本科，助理工程师，研究方向为电力系统及其自动化；

陆忠心（1971—），男，本科，助理工程师，研究方向为电力系统及其自动化；

王月强（1982—），男，本科，工程师，研究方向为电子信息工程；

林 瑶（1987—），女，本科，助理工程师，研究方向为电子科学与技术；

邢 婧（1980—），女，硕士研究生，经济师，从事电力系统相关工作。

国家电网公司科学技术项目资助（SGTYHT/15-JS-191）。

Project Supported by the Science and Technology Program of State Grid（SGTYHT/15-JS-191）.

1674-3814（2017）04-0082-05

TM933

A