状态检修试验设备的计量巡检

状态检修试验设备的计量巡检

0现场校验难,大数据可靠性低目前，各网络省、电气科学院等部门对状态检修试验设备的测量和检验采用用户自上而下的循环检修的方法。测量基准设备主要布置在固定实验室环境中，但这种循环送输方法的缺点主要体现在送送设备的长期维护上。由于许多设备挂在一起，拆卸是不方便的。由于运输过程中易受设备损坏，试验数据的可靠性较低。输变电状态检修试验设备只有采用现场校验的方式才能满足设备的校验工作的需要和确保设备校验的准确性。实验室使用的校准设备由于缺少电磁屏蔽、防尘防震等设计,直接用于现场校准会造成设备无法正常工作或数据可靠性降低。此外,实验室校准设备为保证计量性能,设备的质量和功耗往往较大,现场搬运困难,电源要求高。目前国内外尚未有单位针对性、系统全面的进行输变电状态检修试验设备的现场校准平台的研究工作,国内尚不具备现场校准能力。文本介绍一种基于智能试验车构建的集成度高、环境可控、自动化程度高的现场移动校准平台,有效解决现场校准难题,实现现场校准工作。1现场校验装置(1)移动校准平台基于智能试验车构建,集成度高、环境可控、自动化程度高,能有效实现现场校准。(2)移动校准平台包含适用于输变电状态检修设备现场校准的氧化锌避雷器测试仪、变压器有载分接开关测试仪、220kV交直流分压器等六套现场校验装置,体积小、重量轻、防震动和抗电磁干扰性能好,校准功能测量范围广,测量准确度高,计量性能技术指标达到国内实验室使用校验装置的先进水平。(3)移动校准平台软件实现了现场校验装置的一体化操作,明显提升现场试验工作效率。2移动校正平台的硬件结构2.1通过胶封加强仪器的使用和运行管理校准平台基于试验车构建,车型选用依维柯。车体主要参数为:外形尺寸6500mm×2120mm×2990mm;总质量5118kg;整备质量4728kg;最高车速115km/h。校准平台按功能可分为驾驶室和试验区。试验区内安装温湿度控制系统,确保试验环境满足要求。仪器设备之间采用1U板隔开,仪器架前端通过压板加强仪器的安全稳固性。仪器架采用减震器支撑,以吸收车辆行驶过程中颠簸引起的车辆底盘减振系统无法吸收的高频率振动,可有效的保证校验仪器及其接线的稳定性及可靠性。设备的内部及接线端子间采用特殊的胶封处理,可有效的防止接线松动、接触不良等引起的仪器的失灵及误差。试验区内通过车辆配套的视屏监控系统对试验现场进行实时监控,并配有无线耳机及呼唱系统进行操作指示。2.2交直流测量系统相关试验的设计电源系统原理框图如图1所示,在供电模式上分三相电源供电和单相电源供电两种供电模式,其中三相电源模式为主要供电模式;在供电安全性上,电源系统内增加了多路选择开关和继电器,确保在不同使用模式下车载设备的正常工作和设备安全。采用三相电源供电时,三相电源通过车载的交直流高压电源为200kV交直流标准装置供电,确保200kV交直流测量系统相关试验的开展;三相电源中引出的单相电路能够对车内的照明系统、空调、其它车载标准装置、工控机以及插座进行供电,保证车内设备的正常工作和试验项目的开展;当现场供电电源电能质量无法满足需要或进行精密测量时,可以打开车内的高稳源为车载标准装置、工控机以及插座供电,确保设备的正常使用和相关工作的开展。由于高稳源功率有限,在进行电路设计时,高稳源仅对车内精密测量设备进行供电,而空调等大功率电器或照明等对电能质量要求较低的设备仍然通过三相电源直接供电。为确保车载标准装置不会同时被两路电源供电造成危险,不同电路间设置了保护用继电器,确保有且仅有一路电源能对标准装置等设备进行供电。当高稳源打开时,三相电源直接供电线路内的继电器会迅速切断,并且无法进行合闸操作;当高稳源关闭时,三相电源供电线路内的继电器会导通,为相关设备供电。当试验现场无法提供三相电源时,本校准平台也可以通过单相电源进行供电,确保校准平台内的设备的正常工作。另外,校准平台为工控机单独配置了UPS电源,在外部供电电源意外断电时为工控机供电,保证实验人员有时间对实验数据等重要信息进行保存操作。2.3数据处理模块校准平台电气原理框图如图2所示,主要电气设备包括工控机、车载标准装置和数据采集模块。实验人员通过工控机内的人机交互单元完成校准平台的控制指令的输入,校准平台软件通过CAN总线和RS-232通信方式完成车载标准装置的操控。车载标准装置有由介质损耗测试仪标准装置、大功率直流标准电阻等六套标准装置组成。数据采集模块由数据采集卡、数字多用表和人工输入单元组成。数据采集模块根据标准装置的工作特点和输出类型,可选择数据采集卡、数字多用表或者人工输入三种方式中的一种或多种将标准装置的实验数据进行储存并通过GPIB或PCI接口传输给数据处理模块进行数据处理。数据处理模块根据数据采集模块发送的数据类型,从数据处理模板库中调用相关试验数据处理模板,完成试验数据的计算和处理并将处理结果发送到证书生成单元。证书生成单元将处理完成的试验数据放入对应的实验证书模板,生成实验证书,并发送回校准平台软件进行证书的确认和打印。3数据处理模块移动校准平台软件采用C++Builder开发,完成平台用户管理、试品管理、车载标准装置操作和试验数据处理等功能。软件内集成数据处理模板和证书模板,提高数据处理效率。数据处理模块为每项实验设定了典型的不确定度分析方法,实验人员只需选择不确定度分量类型和填写不确定度分量值。当不确定度分量值全部填写或计算完成并填写包含因子k值后,可自动计算得到合成不确定度uc和扩展不确定度U。为了保障本平台的正常运行和更新,仅有实验管理员有权对软件数据库等进行修改,降低由于误操作或者错误操作影响软件正常运行。由于数据处理模块基于数据处理模板和实验证书模板运行,在因为外部原因(如实验证书风格更新,数据处理方式更新)需要进行维护时,只需要通过更新相关模板的方式即可完成。因为实验设备更换或评价方式改变需要对不确定度分析方式进行变更时,管理员可直接在软件后台更新每个实验项目的不确定度评价方法。4移动校正平台的核心技术4.1模拟电阻模块模拟大功率标准电阻的原理如图3所示,模拟大功率标准电阻为四端网络,由电流变换模块和模拟电阻模块组成,电流变换模块通过电流比较仪将输入电流信号I1按比例k1变小为I2,模拟电阻模块为I-V变换网络,根据设定的电阻值将电流变换模块变换后的电流I2变为输出电压U给测试仪电压测试回路。通过电流变换模块和模拟电阻模块模拟传统实物电阻,可有效降低电阻体积和实际消耗功率,适应现场工作需要。图4为I-V变换模块原理示意图,校准装置在该模块中通过Ain、N两个端子接收电流比较仪产生的电流激励信号I2,该信号经过无感精密电阻R、精密运放OPA228组成的I-V变换电路后输出电压信号u1,并满足关系式u1=k2×I2,其中k2为固定比例系数,与R阻值有关。图5为模拟电阻模块原理示意图,主要包括电阻产生电路、精密幅值控制子模块。来自前级I-V变换模块的电压信号u1经过基于2个等值无感精密电阻RR和精密运放OPA228组成的精密反相电路,其输出电压信号为uR1,并满足关系式uR1=u1,电压信号uR1经过基于AD5543芯片的精密幅值控制子模块进行分压,分压后的输出信号为uR3,并满足关系式uR3=kR×u1,其中kR为电阻可调分压比例系数。精密幅值控制子模块采用AD5543芯片设计,利用其可接受正负极性参考电压、内部采取电阻网络程控分压、分辨率高等特点对输入信号uR1进行精密程控分压为uR3,分辨率为16位。精密数字电位器等传统幅值分压方案只能达到10位分辨率。图6为电压输出模块的原理图,来自前级回路模拟电阻模块的信号u2经过基于功率运放OPA454组成的电压跟随器提升带载能力,输出电压为U满足关系式U=k×kR×I2=k1×k2×kR×I1。模拟大功率标准电阻经国家法定计量检定机构国家高电压计量站校准,校准数据举例如表1所示。从校准数据可以看出,模拟大功率标准电阻的准确度优于0.05%,满足现场实验要求。4.2分压电容c对匹配电阻r阻值稳定性的影响传统的串联型损耗标准器一般由高压电容器与低压电阻直接串联而成,而各不同阻值的电阻被封装到一起,通过外接导线进行连接或通过电子开关进行切换。当标准器承受试验电压达到10kV时,R上承受的电压最高可达到1kV,因此串联型介质损耗标准器对其匹配电阻R的功率及温度系数的要求非常高。事实上匹配电阻R阻值的稳定性也是影响该原理介质损耗标准器损耗值稳定性的主要原因之一。高稳介损模型如图7所示,为最大限度的控制分布电容Cg对标准介质损耗因数的影响,在主电容低压端与屏蔽输出端子之间并入分压电容Cg2,其电容量为C10的100倍。通过增大合成分布电容Cg′电容量,有效的降低主电容原固有分布电容其对地分布电容Cg对整个测量支路的影响,同时通过阻抗分压作用降低匹配电阻R的工作电压,还可以降低匹配电阻R的阻值,达到降低功耗、提高稳定性的目的。此外随着分压电容Cg2的引入,通过公式R=(D-D0)/(ω(C10+Cg))可以得到不同D对应的匹配电阻R23。增大合成分布电容值Cg将匹配电阻阻值降低了约两个数量级,大大降低了对R的要求,实现介质损耗值稳定性的提高。高稳介损标准装置经国家法定计量检定机构国家高电压计量站校准,