特高压管廊回路接触电阻测试系统
阅读说明：本技术 特高压管廊回路接触电阻测试系统 (Extra-high voltage pipe gallery circuit contact resistance test system ) 是由 邓福亮 顾红波 潘仁东 孙紫君 于 2021-09-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种特高压管廊回路接触电阻测试系统,包括恒流源、采样单元、数据处理控制器、主控制器及人机交互单元。其中采样单元的电流取样传感器为磁通门传感器,恒流源为程控恒流源,恒流源的电流输出上限大于等于300A。根据上述技术方案的特高压管廊回路接触电阻测试系统,磁通门传感器精度高、温飘低,没有温度电势问题,适用于需要较大电流才能测量的GIL管廊回路的接触电阻。同时程控恒流源可以输出足够大的电流,且可以受主控制器控制,满足GIL管廊的主回路接触电阻的测量需求,实现自动化测量。(The invention discloses an extra-high voltage pipe gallery circuit contact resistance testing system which comprises a constant current source, a sampling unit, a data processing controller, a main controller and a man-machine interaction unit. The current sampling sensor of the sampling unit is a fluxgate sensor, the constant current source is a program-controlled constant current source, and the upper limit of the current output of the constant current source is more than or equal to 300A. According to the extra-high voltage pipe gallery return circuit contact resistance test system of above-mentioned technical scheme, fluxgate sensor precision is high, the temperature is wafted low, does not have the temperature potential problem, is applicable to the contact resistance that needs great electric current could be measured GIL pipe gallery return circuit. Meanwhile, the program-controlled constant current source can output enough current and can be controlled by the main controller, the measurement requirement of the contact resistance of the main loop of the GIL pipe gallery is met, and automatic measurement is realized.)
技术领域
本发明涉及电气设备领域，特别涉及一种特高压管廊回路接触电阻测试系统。
背景技术
GIL(气体绝缘金属封闭输电线路)，采用金属导电杆输电，并将其封闭于接地的金属外壳中，通过压力气体绝缘。其相对于常规电缆，具有传输容量大、损耗低、人身安全水平高、电磁场极地、不受环境影响、运行可靠性高、节省占地、无电(热)老化等显著优点，尤其适合错位架空输电方式或电缆送电受限情况下的补充输电技术，并且其投资费用及维护费用均低于电缆。
GIL管廊回路由多节导电杆插接而成，检测其插接是否合格需要测量导电杆之间的接触电阻。现有的回路电阻测试仪输出容量小，量程窄，并且电流传感器热电势带来的误差大，无法支持需要大电流的GIL导电管廊的接触电阻的测量。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提出一种特高压管廊回路接触电阻测试系统，可以输出足够大的电流，且测量精度高，可以用于GIL管廊的回路接触电阻的测量。
技术方案：本发明所述的特高压管廊回路接触电阻测试系统，包括恒流源、采样单元、数据处理控制器、主控制器及人机交互单元，所述采样单元的电流取样传感器为磁通门传感器，所述恒流源为程控恒流源，所述恒流源的电流输出上限大于等于300A。
进一步的，所述采样单元还包括电压保护电路、第一增益放大电路、第二增益放大电路和模数转换器，所述磁通门传感器的一次侧的一端与所述恒流源的负极连接，另一端通过GIL主回路与所述恒流源的正极电性连接，所述磁通门传感器的二次侧通过取样电阻与所述第一增益放大电路电性连接，所述电压保护电路的输入端并联于GIL回路的两端，所述电压保护电路的输出端与所述第二增益放大电路电性连接，所述第一增益放大电路及所述第二增益放大电路均通过所述模数转换器与所述数据处理控制器电性连接。
进一步的，所述模数转换器为并行逐次逼近式模数转换器。
进一步的，所述电压保护电路为LC低通滤波电路。
进一步的，所述第一增益放大电路及所述第二增益放大电路均为三级放大电路。
进一步的，所述第一增益放大电路及所述第二增益放大电路的每一级均为包括运算放大器及程控分压器芯片的程控放大电路，三个所述程控分压器分别与所述主控制器电性连接。
进一步的，所述电压保护电路与所述第二增益放大电路之间设有两个钳位二极管。
进一步的，所述采样单元、所述数据处理控制器、所述主控制器及所述人机交互单元均集成于4U金属机箱内。
进一步的，所述人机交互单元包括键盘、液晶显示器及数据存储器，所述键盘、所述液晶显示器及所述数据存储器与所述主控制器电性连接，所述键盘及所述液晶显示器嵌设于所述4U金属机箱前表面上。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：磁通门传感器精度高、温飘低，没有温度电势问题，适用于需要较大电流才能测量的GIL管廊回路的接触电阻。同时程控恒流源可以输出足够大的电流，满足GIL管廊的主回路接触电阻的测试需求，且可以受控制器控制，实现自动化测量。
附图说明
图1为本发明实施例的测试系统的系统框图；
图2为本发明实施例的电压保护电路的原理图；
图3为本发明实施例的第一增益放大电路的原理图；
图4为本发明实施例的测试系统的使用示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
参照图1，根据本发明实施例的特高压管廊回路接触电阻测试系统，包括恒流源100、采样单元200、数据处理控制器300、主控制器400及人机交互单元500。其中人机交互单元500及数据控制器与主控制器400电性连接，采样单元200的输入端与待测试的GIL主回路及恒流源100串联成回路，采样单元200的输出端与数据处理控制器300电性连接。其中恒流源100为程控恒流源100，与主控制器400电性连接，恒流源100的电流输出上限大于等于300A，采样单元200中的电流取样传感器为磁通门触感器。
根据上述技术方案的特高压管廊葫芦接触电阻测试系统，程控恒流源100可以在主控制器400的控制下进行一系列的自动化大电流输出，实现对单相负载达到10mΩ的GIL管廊主回路的接触电阻的测量。并且磁通门传感器相对于传统的分流器，具有精度高、温飘下、没有温度电势的问题，能达到GIL主回路接触电阻的测量精度要求。实际使用时，数据处理控制器300和主控制器400可以为ARM、DSP或者FPGA。
参照图1，在一些实施例中，采样单元200还包括电压保护电路、第一增益放大电路、第二增益放大电路和模数转换器。磁通门传感器的一次侧和恒流源100及GIL管廊主回路串联形成回路，磁通门传感器的二次侧通过第一增益放大电路与数模转换模块电性连接。输入电压保护电路的输入端并联在GIL管廊主回路的两端，输入电压保护电路的输出端通过第二增益放大电路与模数转换器电性连接，第一增益放大电路和第二增益放大电路均通过模数转换器与数据处理控制器300电性连接。磁通门传感器的二次侧与第一增益放大电路之间还设有取样电阻。
为了满足量程及精度要求，第一增益放大电路及第二增益放大电路均为三级放大电路，且每一级均为由程控分压芯片和运算放大器组成的程控放大电路，三个程控分压芯片分别与主控制器400电性连接，可以在主控制器400的控制下调节阻值，实现放大系数的调整。模数转换器选用并行逐次逼近式模数转换器。
参照图4，在本实施例中，恒流源100设置于独立机柜内，采样单元200、数据处理控制器300、主控制器400及人机交互单元500集成于一个4U金属机箱内。人机交互单元500包括与主控制器400电性连接的液晶显示器、键盘及数据存储器。液晶显示器及键盘嵌设于4U金属机箱的正面上。使用时，以对GIL管廊的A相的接触电阻测试为例，需要借用B相和C相的导电杆，分别作为试验电流和试验电压的返回导向，即可减少两根长距离的试验导线。测试B相和C相的检测方法依次类推，在此不再赘述。
在本实施例中，程控恒流源100的电流输出范围为0A至500A，通过RS485与主控制器400通讯，主控制器400选用ARM控制器、数据处理控制器300选用DSP控制器。磁通门传感器的电流比为500A/100mA，准确级为0.01级，温度系数0.1ppm/K。取样电阻R4位20Ω，精度为0.02级，温度系数5ppm/K。
参照图2，在本实施例中，输入电压保护电路为LC低通滤波电路，由于测试系统的纹波主要是恒流源100中的脉宽调制频率，一般情况下位10kHz至20kHz，通过LC低通滤波电路滤除10kHz以上的信号，即可滤除这部分纹波造成的干扰。LC低通滤波电路的输出端还设有由电阻R1、R2和R3组成的分压电路，以及两个钳位二极管D1和D2，两个钳位二极管分别与+15V和-15V连接，可以将输出钳制在±15.6V之间，保护第二增益放大电路的安全。模数转换器选用16位的高速并行逐次逼近式A/D采集芯片，A/D采集芯片除了数字量输出端与DSP控制器连接外，还与DSP处理器的内部定时器连接，内部定时器不断发送一个时钟信号给A/D采集芯片，时钟信号的频率为2.56kHz，每秒中控制A/D采集芯片测量2560次。
参照图3，第一增益放大电路及第二增益放大电路的结构相同，程控分压器选用MAX5431芯片，MAX5431芯片的两路数字信号，即管脚9和管脚10连接主控制器400ARM，可以通过两路数字信号四选一路分压电阻系数，实现单一级的放大电路放大倍率由1、2、4及8中选择，三级放大电路串接即可实现1、2、4、8、16、32、64、128、256和512的放大倍率，满足1uΩ的组织在300A时的电压信号测量需求，即满足GIL管廊的回路接触电阻的测试需求。MAX5431芯片的管脚6和8分别连接对应的同一级的运算放大器的同向输入端和反向输入端，MAX5431芯片的管脚4连接同一级的运算放大器的输出端，运算放大器的输出端连接下一级的MAX5431芯片的管脚2。第一级的MAX5431芯片N5的管脚2通过一个运算放大器N1B连接输入信号，第三级的运算放大器的输出端连接A/D采集芯片。实际使用时可以根据测试需求，选择合适的程控分压器，设计合适的增益放大电路的级数。
在工作时，DSP将两组512点的A/D采集芯片采集到的测量值转换成浮点数，采用浮点FFT运算，即可得到两组频域表达，进一步可以得到直流分量大小以及两组各次纹波信号的大小和相位，从而可以计算出两组直流电压与直流电流的比值，得到回路的接触电阻值。