1 概述

電流互感器是一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)設(shè)備, 其作用是將一次回路的大電流變?yōu)槎位芈窐?biāo)準(zhǔn)的小電流, 向測量儀表、繼電器等二次設(shè)備的電流繞組供電, 使二次設(shè)備與高壓部分隔離, 從而保證設(shè)備和人身的安全。作為電力系統(tǒng)中一個重要設(shè)備, 電流互感器的變比關(guān)系到計量的準(zhǔn)確性與保護(hù)的可靠性, 因此它的變比試驗(yàn)是**不可少的試驗(yàn)項目。不管是老標(biāo)準(zhǔn)還是新規(guī)程, 都把電流互感器交接時和更換繞組后的現(xiàn)場變比檢查試驗(yàn)列為重要的測試項目。本文介紹了一種以單片機(jī)為核心, 通過智能測量技術(shù)對電流互感器的變比進(jìn)行測量的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖和主要電路的工作原理。

2 測試儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖 1 是電流互感器變比測試儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖。

測試儀的輸入電源采用 220V 交流電; 在輸入為 220V 電壓時, 調(diào)壓器的輸出電壓為 0～600V; 升流器的輸出電流可達(dá)到 0～600A。在進(jìn)行變比測量時, 通過轉(zhuǎn)動調(diào)壓器使升流器的輸出電流發(fā)生變化, 而升流器的輸出電流輸送到被測電流互感器的初極, 作為被測電流互感器的一次電流, 同時被測電流互感器次極

也會產(chǎn)生相應(yīng)的二次電流, 由取樣電路對一次電流和二次電流信號進(jìn)行取樣。一次電流信號的取樣電路主要由 1 只精度為 0.1級的 600A/600mA 的電流互感器及相應(yīng)的變換電路組成; 二次電流信號的取樣電路主要由 1 只 20A/20mA 精密電流互感器及相應(yīng)的變換電路和精度調(diào)整電路組成。采樣電路對被測電流互感器的瞬時一次電流和二次電流信號進(jìn)行取樣, 將取樣信號送給 AC/DC 真有效值電路, 使交流瞬時值轉(zhuǎn)換為真有效值輸出;然后再將 AC/DC 真有效值電路輸出的直流信號送入 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換; 模數(shù)轉(zhuǎn)換后送給顯示模塊和微處理器。由顯示模塊實(shí)時顯示出所測電流互感器的一次電流值和二次電流值; 由微處理器完成數(shù)據(jù)的儲存、數(shù)據(jù)的處理及控制微型打印機(jī)打印出測量數(shù)據(jù)和變比值。另外, 該系統(tǒng)框圖中的變比測試延時保護(hù)電路通過此繼電器有效地控制了電流互感器變比測量的時間, 使變比測量在有限的時間內(nèi)完成。

3 一次電流和二次電流的測量與顯示部分電路 一次電流的測量與顯示部分和二次電流的測量與顯示部分的原理是相似的, 以下簡要介紹系統(tǒng)的一次電流的測量與顯示部分的電路及原理。

(1)AC/DC 真有效值轉(zhuǎn)換電路

真有效值定義為交流電壓瞬時值的平方值在一個周期內(nèi)的平均值的開平方值。為了實(shí)現(xiàn)交流信號有效值的精密測量, 并使之不受被測波形的限制, 可以采用真有效值轉(zhuǎn)換技術(shù)。真有效值測量的*大優(yōu)點(diǎn)是能夠精地測量各種電壓波形的有效值, 而不必考慮被測波形的參數(shù)及失真。本系統(tǒng)采用的真有效值轉(zhuǎn)換芯

片為美國 AD 公司的 AD736, 它具有準(zhǔn)確性高、靈敏度好、測量速度快、頻率特性好、輸入阻抗高、輸出帶緩沖器、功耗低等特點(diǎn)。電路如圖 2 所示。其中, 電壓瞬時值經(jīng)電容 C201 輸入AD736 的第 1 腳, 真有效值由 AD736 的第 6 腳輸出。

(2)A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

圖 3 為 系 統(tǒng) A/D 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 電 路 。 電 路 主 要 由 ICL7135、CD4069 和 TL431 芯片組成。ICL7135 為 4 位半 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器, 取樣速度可達(dá)到 3 ~ 5 次/秒, 驅(qū)動方式為靜態(tài), 無鎖存功能,功耗小等特點(diǎn)。CD4069 為六非門數(shù)字集成電路, 在此作為時鐘電路, 為 ICL7135 提供時鐘信號。TL431 為精密電壓基準(zhǔn)芯片,為 ICL7135 提供精密的基準(zhǔn)電壓。ICL7135 的第 10 腳為模擬電壓信號的輸入端, 第 13～16 腳為 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)字信號輸出端, 第 17～20 腳為 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字驅(qū)動端, 第 22 腳為時鐘信號輸入端, 第 2 腳為基準(zhǔn)電壓端。

圖 4 為系統(tǒng)顯示模塊電路圖。圖中顯示屏為 4 位七段 LCD液晶顯示器; CD4543 是一位 BCD- 七段譯碼帶數(shù)據(jù)鎖存功能的驅(qū)動器, 它可以驅(qū)動發(fā)光二極管 LED 的七段數(shù)碼管, 也可以驅(qū)動七段 LCD 液晶顯示器件; NE555 集成電路組成振蕩器, 振蕩器的輸出經(jīng) D 觸發(fā)器 74HC74 的整形后產(chǎn)生占空比為 50%的

脈沖序列, 提供給 CD4543 的 PH 和液晶顯示器件的背電極 BP,從而形成完整的靜態(tài)液晶顯示驅(qū)動系統(tǒng)。

4 控制部分電路

圖 5 為測試儀控制部分的電路圖。系統(tǒng)中 K1 為復(fù)位鍵、K2為存儲鍵、K3 為打印鍵。微處理器采用 89C52 單片機(jī), 進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲存、數(shù)據(jù)的處理及控制微型打印機(jī)打印出測試數(shù)據(jù)和變比值。當(dāng)測試電源接通后, 緩慢順時針轉(zhuǎn)動調(diào)壓器, 需存儲測量數(shù)據(jù)時, 按一下存儲鍵 K2, 此時內(nèi)部蜂鳴器 LS501 鳴響一聲, 即完成了被測電流互感器一次電流與二次電流值的存儲, 然后按下打印鍵 K3, 可當(dāng)場將測量數(shù)據(jù)和變比結(jié)果打印輸出。測試完畢后將調(diào)壓器歸零并關(guān)閉電源開關(guān)。如需再次測試, 則將電源開關(guān)閉合并按一下復(fù)位鍵 K1, 既可進(jìn)行下一次的測量。INPUT1 和INPUT2 分別為一次電流和二次電流數(shù)字信號輸入端, OUTPUT為送給內(nèi)置微型打印機(jī)的被測電流互感器的一次電流與二次電流測量數(shù)據(jù)和變比的計算值, 由微型打印機(jī)打印出測量數(shù)據(jù)和變比的計算值。

5 延時保護(hù)電路

圖 6 為延時保護(hù)電路。在進(jìn)行變比測量中, 由于電流較大,為保障人員和設(shè)備的安全, 電路中設(shè)計了一硬件延時電路, 強(qiáng)制變比測試在有限的時間內(nèi)完成, 到時自動切斷電源停止測量。此延時電路由 NE555 芯片構(gòu)成, 延時時間設(shè)置為 30 秒。

6 結(jié)束

本文介紹了以單片機(jī)為核心, 采用液晶顯示和智能測量技術(shù)對電流互感器的變比進(jìn)行測量。該測試儀具有成本低、精度高, 測試中不僅能直接看到測量結(jié)果, 而且能夠利用該儀器中內(nèi)置的微型打印機(jī)當(dāng)場打印出測試結(jié)果, 有利于測試結(jié)果的存檔與保存。同時還具有體積小、重量輕、攜帶方便、操作簡便, 可一人完成全部測試工作, 測試中安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。