一种新型变压器电压相位差测量仪的制作方法

1.本发明涉及电力系统测控领域，特别涉及一种新型变压器电压相位差测量仪。


背景技术：

2.相位是正弦波的三要素之一，而相位差是正弦稳态电路分析中一个非常重要的参数，是比较两个同频率正弦信号间关系的唯一指标。在实际的工程中，常常需要测量两列频率相同的信号的相位差，来解决实际中的各种问题。针对于电力系统，在进行电网合闸时，便要求两电网的电信号之间的相位相同，若相位不同，在合闸时会产生很大的电网冲击电流，对供电系统产生很大的破坏。因此，如何在电网合闸精确的测量两电网的相位差显得尤为重要。除此以外，市面上的核相仪虽能满足一般设备中的相位差测量，但在测量电力系统中一些大型设备如大型变压器时，由于受到设备体积以及环境布置的影响，导致测量的稳定性受到影响以及测量方式变得繁琐复杂。因此，如何能够克服环境的影响，精确的测量两电网的相位差显得尤为重要。


技术实现要素：

3.本发明主要解决的技术问题是提供一种新型变压器电压相位差测量仪。能够准确电网电压、电流以及一次侧、二次侧的相位差。为解决测试时变压器一次侧和二次侧相距甚远的问题，本发明采用分步式的测量方法对变压器两侧的相位差进行测量。所提到的新型变压器电压相位差测量仪包括测量系统，主控系统以及人机交互系统。所述的测量系统中包含钳式电流互感器、电压互感器、ad736芯片、过零检测电路。所述的主控系统包含stm32f407最小系统、sram存储芯片。所述的人机交互系统包含组态显示屏、usb读写模块。
4.进一步，所述的钳式电流互感器将变压器一侧的电流信号转化为了交流毫安信号，连接一个采样电阻可将交流毫安信号转化为电压信号。
5.进一步，ad736可将由电流信号采集的电压来计算系统的电流有效值。
6.进一步，过零检测电路将由电流信号采集而来的正弦电压信号转换为了方波形的电压信号，通过上升沿、下降沿来判断电流信号是否过零点。
7.进一步，电压互感器通过一次侧串联一个大阻值的限流电阻，根据电流信号的1：1变换，可在二次侧连接一个采样电阻获得较小的电压供给主控系统进行测量电网的电压幅值。
8.进一步，stm32f407最小系统通过dac采集ad736所测的电流有效值以及电压互感器测得的电压幅值以及输入捕获采集电流信号的过零点信息来计算两列相同频率信号的相位差。
9.进一步，sram芯片用于存储所测量得到的电流有效值，电压幅值以及两列相同频率信号的相位差数据。
10.进一步，组态显示屏用于人机交互，可显示测量的电压、电流值以及不同的变压器接法模型下的两列相同频率信号的相位差数据。
11.进一步，usb读写模块可将系统测得的数据按模板进行输出保存。
12.本发明的有益效果：本发明新型变压器电压相位差测量仪，采用电流、电压互感器对变压器两侧的电压、电流值进行采集，进而通过过零比较器计算两列相同频率信号的相位差。且对于相位差数据的测量方式为分步式，克服了设备体积与环境布置对测量的影响。
附图说明
13.图1是新型变压器电压相位差测量仪外观图。
14.图2是新型变压器电压相位差测量仪系统结构图。
15.图3是新型变压器电压相位差测量仪测量流程图。
16.图4是ad736电流有效值测量电路图。
17.图5是过零检测电路图。
18.附图中的各部件的标记如下：101-a相钳式电流互感器接口，102-b相钳式电流互感器接口，103-c相钳式电流互感器接口，104-红色表笔接口，105-黑色表笔接口，106-usb接口，107-组态显示屏，108-miniusb接口，109-dc-005充电接口，110-电源按钮，111-测量按钮，112-相位计算按钮，113-确认按钮，114-保存按钮。
具体实施方式
19.为了更好地理解本发明的技术方案，以下对实施方式作进一步的详细描述，并结合一个应用实例来说明具体实施方式以及检测本发明方案的性能。
20.如附图1至图5所示，一种新型变压器电压相位差测量仪包括测量系统、主控系统以及人机交互系统。
21.所述的测量仪包括钳式电流互感器接口101-103，用于连接钳式电流互感器；红黑表笔接口104-105，用于接触三相电压的任意一相及中线；usb接口106，用于将测量报告导出至u盘；组态显示屏107，用于显示测量的数据以及人机交互；miniusb接口108，用于调试测量仪以及打印系统日志；dc-005接口109用于给测量仪充电；按钮110-114，用于系统的开机与测量。
22.本新型变压器电压相位差测量仪的测量过程分为以下几个步骤：s1：在组态显示屏中选取变压器的接线方式；s2：将测压的红色表笔连接电网一次侧的a、b、c三相中的任意一相，黑色表笔连接中线，测量仪显示屏中显示一次侧电压数值，按下测量仪的保存按钮保存电压数据。
23.s3：将钳式电流互感器abc分别钳住变压器一次侧的abc三相，按下测量仪的测量按钮，测试仪显示屏提示用户是否开始测量。
24.s4：用户按下确认按钮后，测量仪显示屏中显示一次侧电流有效值，同时主控系统开启输入捕获以及定时器，开始捕获正弦电流信号的零点，记录信号的过零点时间，当达到要求的记录次数后关闭输入捕获并在显示屏中提示测量完成，按下测量仪的保存按钮保存电流数据。
25.s5：将测压的红色表笔连接电网二次侧的a、b、c三相中的任意一相，黑色表笔连接中线，测量仪显示屏中显示二次侧电压数值，按下测量仪的保存按钮保存电压数据。
26.s6：将钳式电流互感器abc分别钳住变压器二次侧的abc三相，按下测量仪的测量
按钮，测试仪显示屏提示用户是否开始测量。
27.s7：用户按下确认按钮后，测量仪显示屏中显示二次侧电流有效值，同时主控系统开启输入捕获，开始捕获正弦电流信号的零点，记录信号的过零点时间，当达到要求的记录次数后关闭输入捕获并在显示屏中提示测量完成，按下测量仪的保存按钮保存电流数据。
28.s8：用户按下相位计算按钮，系统将开始比对一次测二次测电流信号过零点的时间节点并计算变压器两侧的相位差。计算公式如下：其中为的余数，为两次测量的时间差，为变压器两侧信号的频率。按下测量仪的保存按钮保存相位差数据。
29.s9：用户插入u盘，测量仪显示屏中提示是否生成报告，用户按下测量仪的确认按钮即可生成测量报告。
30.由技术常识可知，本技术方案可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。


技术特征：
1.一种新型变压器电压相位差测量仪包括测量系统、主控系统以及人机交互系统；所述的测量系统中包含钳式电流互感器、电压互感器、ad736芯片、过零检测电路，钳式电流互感器用于将变压器一侧的电流信号转化为了交流毫安信号，通过一个采样电阻可将交流毫安信号转化为电压信号，经过ad736电流有效值测量值得到电流的有效值，再经过零检测电路转化为方波信号，采集方波信号的上升沿、下降沿，可用于后续的相位差计算，电压互感器通过两个电阻将电压幅值进行了缩放便于测量；所述的主控系统包含stm32f407最小系统、sram存储模块，其中stm32f407最小系统应用adc对测量的电流、电压值进行读取，应用输入捕获对由过零检测电路转换而来的方波信号的上升沿、下降沿进行采样，从而进行计算变压器两侧的相位差，sram存储模块用于存储测量过程中的一些数据；所述的人机交互系统包含组态显示屏、usb读写模块，组态屏用于显示测量数据、人机交互，usb读写模块则用于测量数据按模板进行生成报告存储。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：通过钳式电流互感器，电压互感器将测量幅值缩小至毫安级或0-3.3v，同时测量时与电网进行了隔离。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的测量仪在测量变压器两侧相位差时，采用了分步式的测量方法，使得测量仪在使用中摆脱了变压器体积以及布置环境的影响。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：通过sram存储模块，测量仪能够对测量的数据进行保存。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：通过usb读写模块，能够令测量数据按一定模板进行输出保存。6.根据权利要求1-5所述的系统，其特征在于：一种新型变压器电压相位差测量仪的使用分为以下几个步骤：s1：在组态显示屏中选取变压器的接线方式；s2：将测压的红色表笔连接电网一次侧的a、b、c三相中的任意一相，黑色表笔连接中线，测量仪显示屏中显示一次侧电压数值，按下测量仪的保存按钮保存电压数据；s3：将钳式电流互感器abc分别钳住变压器一次侧的abc三相，按下测量仪的测量按钮，测试仪显示屏提示用户是否开始测量；s4：用户按下确认按钮后，测量仪显示屏中显示一次侧电流有效值，同时主控系统开启输入捕获以及定时器，开始捕获正弦电流信号的零点，记录信号的过零点时间，当达到要求的记录次数后关闭输入捕获并在显示屏中提示测量完成，按下测量仪的保存按钮保存电流数据；s5：将测压的红色表笔连接电网二次侧的a、b、c三相中的任意一相，黑色表笔连接中线，测量仪显示屏中显示二次侧电压数值，按下测量仪的保存按钮保存电压数据；s6：将钳式电流互感器abc分别钳住变压器二次侧的abc三相，按下测量仪的测量按钮，测试仪显示屏提示用户是否开始测量；s7：用户按下确认按钮后，测量仪显示屏中显示二次侧电流有效值，同时主控系统开启输入捕获，开始捕获正弦电流信号的零点，记录信号的过零点时间，当达到要求的记录次数后关闭输入捕获并在显示屏中提示测量完成，按下测量仪的保存按钮保存电流数据；
s8：用户按下相位计算按钮，系统将开始比对一次测二次测电流信号过零点的时间节点并计算变压器两侧的相位差，计算公式如下：其中为的余数，为两次测量的时间差，为变压器两侧信号的频率，按下测量仪的保存按钮保存相位差数据；s9：用户插入u盘，测量仪显示屏中提示是否生成报告，用户按下测量仪的确认按钮即可生成测量报告。

技术总结
本发明涉及一种新型变压器电压相位差测量仪包括测量系统、主控系统以及人机交互系统。所述的测量系统中包含钳式电流互感器、电压互感器，用于测量变压器两侧的电压、电流值；AD736芯片，用于测量电流有效值；过零检测电路，用于将正弦信号转换为方波信号为后续测量相位做准备。所述的主控系统包含STM32F407最小系统，用于；SRAM存储芯片，用于存储测量数据。所述的人机交互系统包含组态显示屏，用于人机交互；USB读写模块，用于生成测量报告。本发明的有益效果是：采用电流、电压互感器对变压器两侧的电压、电流值进行采集。且采用分步式的方式对变压器两侧的相位差进行测量，使得在使用中摆脱了变压器体积以及布置环境的影响。响。响。


技术研发人员：万炳才 张国强 鲁飞 李文 汪强 鄢少彪
受保护的技术使用者：华东送变电工程有限公司
技术研发日：2020.12.01
技术公布日：2022/6/4