1 概述

 電流互感器是一次系統與二次系統的聯絡設備, 其作用是將一次回路的大電流變為二次回路標準的小電流, 向測量儀表、繼電器等二次設備的電流繞組供電, 使二次設備與高壓部分隔離, 從而保證設備和人身的安全。作為電力系統中一個重要設備, 電流互感器的變比關系到計量的準確性與保護的可靠性, 因此它的變比試驗是**不可少的試驗項目。不管是老標準還是新規程, 都把電流互感器交接時和更換繞組后的現場變比檢查試驗列為重要的測試項目。本文介紹了一種以單片機為核心, 通過智能測量技術對電流互感器的變比進行測量的系統結構框圖和主要電路的工作原理。

2 測試儀的系統結構

圖 1 是電流互感器變比測試儀的系統結構原理框圖。

 測試儀的輸入電源采用 220V 交流電; 在輸入為 220V 電壓時, 調壓器的輸出電壓為 0～600V; 升流器的輸出電流可達到 0～600A。在進行變比測量時, 通過轉動調壓器使升流器的輸出電流發生變化, 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

 也會產生相應的二次電流, 由取樣電路對一次電流和二次電流信號進行取樣。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的變換電路和精度調整電路組成。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 轉換器進行模數轉換; 模數轉換后送給顯示模塊和微處理器。由顯示模塊實時顯示出所測電流互感器的一次電流值和二次電流值; 由微處理器完成數據的儲存、數據的處理及控制微型打印機打印出測量數據和變比值。另外, 該系統框圖中的變比測試延時保護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的平均值的開平方值。為了實現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換技術。真有效值測量的*大優點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及失真。本系統采用的真有效值轉換芯

 片為美國 AD 公司的 AD736, 它具有準確性高、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。電路如圖 2 所示。其中, 電壓瞬時值經電容 C201 輸入AD736 的第 1 腳, 真有效值由 AD736 的第 6 腳輸出。

(2)A/D 模數轉換電路

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

 圖 4 為系統顯示模塊電路圖。圖中顯示屏為 4 位七段 LCD液晶顯示器; CD4543 是一位 BCD- 七段譯碼帶數據鎖存功能的驅動器, 它可以驅動發光二極管 LED 的七段數碼管, 也可以驅動七段 LCD 液晶顯示器件; NE555 集成電路組成振蕩器, 振蕩器的輸出經 D 觸發器 74HC74 的整形后產生占空比為 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液晶顯示驅動系統。

4 控制部分電路

 圖 5 為測試儀控制部分的電路圖。系統中 K1 為復位鍵、K2為存儲鍵、K3 為打印鍵。微處理器采用 89C52 單片機, 進行數據的儲存、數據的處理及控制微型打印機打印出測試數據和變比值。當測試電源接通后, 緩慢順時針轉動調壓器, 需存儲測量數據時, 按一下存儲鍵 K2, 此時內部蜂鳴器 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, 可當場將測量數據和變比結果打印輸出。測試完畢后將調壓器歸零并關閉電源開關。如需再次測試, 則將電源開關閉合并按一下復位鍵 K1, 既可進行下一次的測量。INPUT1 和INPUT2 分別為一次電流和二次電流數字信號輸入端, OUTPUT為送給內置微型打印機的被測電流互感器的一次電流與二次電流測量數據和變比的計算值, 由微型打印機打印出測量數據和變比的計算值。

5 延時保護電路

 圖 6 為延時保護電路。在進行變比測量中, 由于電流較大,為保障人員和設備的安全, 電路中設計了一硬件延時電路, 強制變比測試在有限的時間內完成, 到時自動切斷電源停止測量。此延時電路由 NE555 芯片構成, 延時時間設置為 30 秒。

6 結束

 本文介紹了以單片機為核心, 采用液晶顯示和智能測量技術對電流互感器的變比進行測量。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果, 而且能夠利用該儀器中內置的微型打印機當場打印出測試結果, 有利于測試結果的存檔與保存。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點。