1 概述
电流互感器是一次系统与二次系统的联络设备, 其作用是将一次回路的大电流变为二次回路标准的小电流, 向测量仪表、继电器等二次设备的电流绕组供电, 使二次设备与高压部分隔离, 从而保证设备和人身的安全。作为电力系统中一个重要设备, 电流互感器的变比关系到计量的准确性与保护的可靠性, 因此它的变比试验是**不可少的试验项目。不管是老标准还是新规程, 都把电流互感器交接时和更换绕组后的现场变比检查试验列为重要的测试项目。本文介绍了一种以单片机为核心, 通过智能测量技术对电流互感器的变比进行测量的系统结构框图和主要电路的工作原理。
2 测试仪的系统结构
图 1 是电流互感器变比测试仪的系统结构原理框图。
测试仪的输入电源采用 220V 交流电; 在输入为 220V 电压时, 调压器的输出电压为 0～600V; 升流器的输出电流可达到 0～600A。在进行变比测量时, 通过转动调压器使升流器的输出电流发生变化, 而升流器的输出电流输送到被测电流互感器的初极, 作为被测电流互感器的一次电流, 同时被测电流互感器次极
也会产生相应的二次电流, 由取样电路对一次电流和二次电流信号进行取样。一次电流信号的取样电路主要由 1 只精度为 0.1级的 600A/600mA 的电流互感器及相应的变换电路组成; 二次电流信号的取样电路主要由 1 只 20A/20mA 精密电流互感器及相应的变换电路和精度调整电路组成。采样电路对被测电流互感器的瞬时一次电流和二次电流信号进行取样, 将取样信号送给 AC/DC 真有效值电路, 使交流瞬时值转换为真有效值输出;然后再将 AC/DC 真有效值电路输出的直流信号送入 A/D 转换器进行模数转换; 模数转换后送给显示模块和微处理器。由显示模块实时显示出所测电流互感器的一次电流值和二次电流值; 由微处理器完成数据的储存、数据的处理及控制微型打印机打印出测量数据和变比值。另外, 该系统框图中的变比测试延时保护电路通过此继电器有效地控制了电流互感器变比测量的时间, 使变比测量在有限的时间内完成。
3 一次电流和二次电流的测量与显示部分电路 一次电流的测量与显示部分和二次电流的测量与显示部分的原理是相似的, 以下简要介绍系统的一次电流的测量与显示部分的电路及原理。
(1)AC/DC 真有效值转换电路
真有效值定义为交流电压瞬时值的平方值在一个周期内的平均值的开平方值。为了实现交流信号有效值的精密测量, 并使之不受被测波形的限制, 可以采用真有效值转换技术。真有效值测量的*大优点是能够精地测量各种电压波形的有效值, 而不必考虑被测波形的参数及失真。本系统采用的真有效值转换芯
片为美国 AD 公司的 AD736, 它具有准确性高、灵敏度好、测量速度快、频率特性好、输入阻抗高、输出带缓冲器、功耗低等特点。电路如图 2 所示。其中, 电压瞬时值经电容 C201 输入AD736 的第 1 脚, 真有效值由 AD736 的第 6 脚输出。
(2)A/D 模数转换电路
图 3 为 系 统 A/D 模 数 转 换 电 路 。 电 路 主 要 由 ICL7135、CD4069 和 TL431 芯片组成。ICL7135 为 4 位半 A/D 模数转换器, 取样速度可达到 3 ~ 5 次/秒, 驱动方式为静态, 无锁存功能,功耗小等特点。CD4069 为六非门数字集成电路, 在此作为时钟电路, 为 ICL7135 提供时钟信号。TL431 为精密电压基准芯片,为 ICL7135 提供精密的基准电压。ICL7135 的第 10 脚为模拟电压信号的输入端, 第 13～16 脚为 A/D 模数转换后的电压数字信号输出端, 第 17～20 脚为 A/D 转换后的数字驱动端, 第 22 脚为时钟信号输入端, 第 2 脚为基准电压端。
图 4 为系统显示模块电路图。图中显示屏为 4 位七段 LCD液晶显示器; CD4543 是一位 BCD- 七段译码带数据锁存功能的驱动器, 它可以驱动发光二极管 LED 的七段数码管, 也可以驱动七段 LCD 液晶显示器件; NE555 集成电路组成振荡器, 振荡器的输出经 D 触发器 74HC74 的整形后产生占空比为 50%的
脉冲序列, 提供给 CD4543 的 PH 和液晶显示器件的背电极 BP,从而形成完整的静态液晶显示驱动系统。
4 控制部分电路
图 5 为测试仪控制部分的电路图。系统中 K1 为复位键、K2为存储键、K3 为打印键。微处理器采用 89C52 单片机, 进行数据的储存、数据的处理及控制微型打印机打印出测试数据和变比值。当测试电源接通后, 缓慢顺时针转动调压器, 需存储测量数据时, 按一下存储键 K2, 此时内部蜂鸣器 LS501 鸣响一声, 即完成了被测电流互感器一次电流与二次电流值的存储, 然后按下打印键 K3, 可当场将测量数据和变比结果打印输出。测试完毕后将调压器归零并关闭电源开关。如需再次测试, 则将电源开关闭合并按一下复位键 K1, 既可进行下一次的测量。INPUT1 和INPUT2 分别为一次电流和二次电流数字信号输入端, OUTPUT为送给内置微型打印机的被测电流互感器的一次电流与二次电流测量数据和变比的计算值, 由微型打印机打印出测量数据和变比的计算值。
5 延时保护电路
图 6 为延时保护电路。在进行变比测量中, 由于电流较大,为保障人员和设备的安全, 电路中设计了一硬件延时电路, 强制变比测试在有限的时间内完成, 到时自动切断电源停止测量。此延时电路由 NE555 芯片构成, 延时时间设置为 30 秒。
6 结束
本文介绍了以单片机为核心, 采用液晶显示和智能测量技术对电流互感器的变比进行测量。该测试仪具有成本低、精度高, 测试中不仅能直接看到测量结果, 而且能够利用该仪器中内置的微型打印机当场打印出测试结果, 有利于测试结果的存档与保存。同时还具有体积小、重量轻、携带方便、操作简便, 可一人完成全部测试工作, 测试中安全可靠等优点。
