标准冲击电压校准器的研制与溯源

冲击电压测试设备及仪器需要进行校准以保证冲击电压试验结果的准确性,为此研制了一种校准冲击电压测试设备仪器的冲击电压校准器。在介绍了设计原理后进行了不确定度分析和量值溯源。校准器的电压量程范围为30～1000V,能产生满足IEC60060-1:1989的标准雷电和操作冲击波,并且通过高精度直流电压源以及组成冲击回路的高精度、高稳定度的电感、电容、电阻等基本元器件,从而将冲击电压的参数经过这些元件的不确定度传递到相应的直流电压标准及元件标准上去。经过不确定度来源的分析和评估,校准器所产生冲击电压峰值的不确定度为0.05%,时间参数的不确定度<0.5%,可作为校准冲击电压测试设备以及仪器的标准波源。     

一种数字化冲击电压波形重构新算法

为减少数字化冲击测量系统的测量误差,分析了冲击电压经数字化冲击测量系统后被测波形产生畸变的原因;提出了一种利用离散Gabor变换展开去噪与增量维纳滤波器相结合的冲击电压波形重构算法。IEC1083-2测试数据发生器产生的波形信号的研究表明,该法可有效去除噪声,波形复原准确度和稳定性较高。     

Distortion-free measurement of high impulse voltages

It is shown that every high voltage divider has a limited bandwidth of some MHz, resulting in a limitation for the measurement of front oscillations or front-chopped lightning impulse voltages. It is pointed out that a voltage divider can be easily calibrated and can be constructed to prevent EMC-problems during impulse voltage measurement. Using a spherical electric field sensor with optoelectronic data transmission, a voltage measurement system with an upper bandwidth of 25 MHz has been constructed. The advantage of this system is the distortion-free measurement of all impulse test voltages in any circuit. After a short review of the principle and characteristics of the sensor, some practical applications are highlighted, showing that it can improve high-voltage measurement     

结合中值滤波的介损数字化算法

针对介损测量用的电压和泄漏电流信号存在脉冲干扰影响介损测量准确性的问题,提出了使用中值滤波算法对信号进行滤波,然后对滤波后信号使用数字化算法计算介损的算法。针对普通中值滤波算法使信号长度减少的情况,提出了一种不改变滤波后信号长度的中值滤波算法。对含脉冲噪声信号的滤波和滤波后信号的计算结果表明,提出的算法能有效抑制信号中的脉冲噪声,滤波后信号计算所得介损的精确度均要高于滤波前。同时,使用改进中值滤波算法避免了因为信号长度变短给介损测量造成误差的可能性。     

Digital recording techniques for electrical insulation measurements

The problems of measuring the characteristics of transient voltage and current waveforms occurring in high-voltage power systems are discussed, and the analog recorders that have been used in the past are reviewed. The theory of operation of digital recorders is described, and sources of recording errors are examined. Applications of digital oscilloscopes to measuring switching surges and partial discharges and to high-voltage impulse testing are discussed     

静电放电刷电晕脉冲电流的测试与分析

为研究电晕放电脉冲电流的特性,提出了一种电晕脉冲电流模拟测试方法,选用直流高压发生器、高采样率的数字存储示波器Teck7404B和高频电流探头TA1搭建了某静电放电刷电晕脉冲电流的测试回路。分析测试静电放电刷的正负电晕脉冲电流波形及其特征的结果表明,正负电晕脉冲电流具有明显的极性效应,正电晕电流比负电晕有更长的上升沿和脉冲宽度,电流幅值达mA级。该研究结果为进一步研究空中飞行物体的电晕放电电磁辐射的特征提供了实验依据,根据放电刷脉冲电流特征,可估算其电晕放电电磁辐射能量。     

雷电冲击电压波形K因子零相位数字滤波器设计

针对最新版IEC60060-1《高电压试验技术,第一部分:一般定义及试验要求》中叠加过冲和振荡的标准雷电冲击波形的数字处理程序,其引入与频率相关的试验电压因数k(f),介绍一种设计等价于k(f)对应转移函数的K因子零相位IIR数字滤波器的方法。对零相位数字滤波原理进行了分析与仿真实验。基于IEC60060-1中定义的试验电压因数k(f),给出了设计K因子零相位IIR数字滤波器的推导过程,以及可用于开发冲击电压测量软件的时域滤波差分方程。最后对最新版IEC61083-2《高压冲击试验测量用仪器和软件,第二部分:对软件的要求》附带的TDG 2.04中几种典型雷电冲击电压波形进行了滤波处理与参数提取,验证了该方法的可行性和准确性。为研制冲击电压测量系统提供了一种实用的数字滤波技术。     

用P6015A探头测量直流高压的一种方法

介绍了P6015A高压探头的另一种使用方法，采用中间补偿电阻解决了高压探头与数字电压表的阻抗匹配问题，充分利用P6015A的线性好、抗干扰能力强、性能稳定等特点，在保证测量准确度的前提下，有效地扩展了数字电压表的测量范围并给出了各项技术参数。     

冲击电压数字测量系统

介绍一套冲击电压数字测量系统所采用的多项抗干扰措施,并对测量系统静态特性和电阻衰减器的动态响应进行了测试;还介绍了冲击电压数字信号的处理软件。     

Zero-Phase Filtering for Lightning Impulse Evaluation: A K-factor Filter for the Revision of IEC60060-1 and -2

The next revision of the international standard for high-voltage measurement techniques, IEC 60060-1, has been planned to include a new method for evaluating the parameters associated with lightning impulse voltages. This would be a significant improvement on the loosely defined existing method which is, in part, reliant on operator judgment and would ensure that a single approach is adopted worldwide to determine peak voltage, front, and tail times, realizing standardization in measured parameters across all laboratories. Central to the proposed method is the use of a K-factor to attenuate oscillations and overshoots that can occur with practical generation of impulse voltages for testing on high-voltage equipment. It is proposed that a digital filter that matches the K-factor gain characteristic be implemented and used for this purpose. To date, causal filter designs have been implemented and assessed. This paper is concerned with the potential application of a noncausal digital filter design to emulate the K-factor. The approach has several advantages; the resulting design is only second order, it can be designed without using optimization algorithms, it is a zero-phase design and it matches the K-factor almost perfectly. Parameter estimation using waveforms from the IEC 61083-2 test data generator and experimental impulse voltages has been undertaken and obtained results show that the zero-phase filter is the ideal digital representation of the proposed K-factor. The effect of evaluating parameters by the proposed method is compared to mean-curve fitting and the challenge of effective front-time evaluation is discussed.     

电容性电器设备介质损耗角实时测量方法

叙述了用矢量乘法技术在电力设备绝缘在线监测与诊断中的应用.测量系统采用数字合成波形发生器技术、模拟-数字乘法器技术对电力设备绝缘的漏电流进行正交分解,提高了小电流信号的测量分辨率;用以小波变换技术构成的数字滤波器对正交分解后的矢量进行数字滤波以提高系统的抗干扰能力.     

冲击电压测量系统的瞬态特性引起的测量误差

本文阐述利用数字计算和对比试验的方法,来研究在雷电冲击电压测量中,由测量系统的瞬态特性所造成的测量误差;并从中得到了一种判断测量准确度是否满足IEC标准要求的判据。     

冲击测量软件优化计算研究

随着自动测量技术的发展,目前冲击电压二次测量系统中测量硬件所记录的波形多进入测量软件进行分析计算进而提取波形参数,在冲击电压测量系统校准试验的不确定度评定中,由二次测量系统引入的测量不确定度分量在整个测量不确定度评定中占很大比重,而冲击测量软件作为二次测量系统中的重要一项,其测量准确度极大影响整个测量系统的测量不确定度,为评价冲击二次测量系统中测量软件的测量准确度,采用IEC61083:2013中附带的波形测试发生器(TDG 2.0.6)对所编制冲击软件进行测试,发现软件测试部分波前带振荡的波形时会出现波前时间T1测量结果超出允许误差的情况。针对以上情况,采用插值处理及两次曲线拟合的方法对测量软件进行改进后保证了测量软件的准确性;将国家高电压计量站自行编制的冲击测量软件与国际上另两家单位的测量软件测试TDG波形的数据进行对比分析,结果显示三款测量软件的准确度基本在同一水平。     

基于同步采样方法的电导率测量系统设计

提出了基于同步采样方法的电导率测量系统的设计方案.系统采用双极性方波作为测量电导率的激励信号,并且实现了其幅度和频率均可调.数据采样采用同步采样方法,将待测电压和电流的峰峰值幅度转化为直流量,不仅提升了测量精度,同时简化了单片机内ADC对信号的处理.实验数据既可以通过液晶屏显示,也可在LabVIEW搭建的平台中显示和存储.利用本系统进行电导率测量实验,实验表明,当激励信号振幅较大时,测量误差超过可控范围,而较小的振幅有助于提升系统测量的准确性.     

Application of step‐response test for evaluation of uncertainty of standard measuring system for lightning‐impulse high voltage

In evaluating the uncertainty of the standard measuring system for lightning‐impulse high voltages, which is composed of a standard voltage divider, a digital recorder, and calibrators, step‐response tests of the standard voltage divider may be useful. In this paper, a convolution algorithm is employed to calculate the output impulse voltage waveforms from measured step‐response waveforms. The uncertainties of peak‐value measurement due to the influence of the nominal epoch, uncertainty of the peak‐value measurement due to dispersion of the AC scale factor, and uncertainty of the virtual front‐time measurement due to long‐term stability are evaluated. Furthermore, the error of the virtual front time of the output waveforms is discussed. The front part of the step‐response waveform, t≤ T₃₀%, does not influence the error of the virtual front time. Therefore, for the standard voltage divider, the step‐response parameters, that is, the experimental response time, partial response time, settling time, and overshoot, have almost nothing to do with the error of the virtual front time. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 180(2): 24–32, 2012; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.21279     

数字式无线工频电场测量仪的研制

有源电场探头在高压电场测量中应用广泛.笔者说明了球形和柱形有源电场探头的测量原理,计算了圆柱形探头对电场的畸变,并介绍了一种有源无线数字式工频电场测量系统.该系统所用的圆柱形探头尺寸小(Φ=26 mm,H=13 mm),通过2.4 GHz无线信号通讯,可在计算机或手机屏幕上直接读出被测点的场强值,并可看到被测点电场的波...     

基于数字图像处理的液位测量系统的研究与实现

基础设备的数字化是智慧电厂发展的基本要求。为实现基地式液位仪表的远程监视与自动读数,提出了一种基于数字图像处理的液位测量系统。图像处理算法包括颜色阈值分割、改进的Canny边缘检测、模板匹配,并提出窗口搜索峰值检测算法,分别对采集图像进行仪表定位、液位分界面提取、数字识别和摄像头自标定,从而实现液位图像的数字化。同时,该测量系统具有自适应中值滤波、直方图分析和透视失真自矫正功能,增强了测量的抗干扰性和自适应性。经实验室试验,测量系统的有很好的准确性,能维持原有仪表的精度等级。     

动态条件下同步相量测量装置的数字滤波器及计算优化

随着广域测量系统对同步相量测量装置动态性能越来越严格的要求,数字滤波器在装置中的应用趋于复杂。为了提高精度,往往要采用多个滤波器互相配合完成计算。针对智能变电站的同步相量测量装置给出了详细的滤波器设计方案。有限冲激响应(FIR)滤波器级联离散傅里叶变换(DFT)会带来非常大的运算量,给嵌入式装置带来计算压力,为此推导出了FIR滤波器级联DFT后的滤波系数公式。利用该公式离线计算出滤波器级联后的滤波系数,能大幅减少计算量,解决滤波器级联带来的运算量大的问题。理论分析和实际测试表明,采用所述方案后,测量精度能够满足相关标准的要求,且大幅减轻了装置的计算负担。     

数字化计量相位差基准的研究与实现

在数字化计量领域,相位差校验是电子式互感器校验仪误差测量中的重要一环,目前各计量机构对电子式互感器校验仪的相位差校准所采取的措施或手段尚未达到完善、准确的程度,尚没有一种方法能够对数字化相位差进行准确、稳定的传递。提出了一种全新的电子式互感器校验仪校准方案,首次将时间量基准引入到数字相位误差的校准工作中,补充和完善现有数字化计量溯源体系。最后,通过大量实际测量数据,分析并验证了所提方法的有效性和准确性。     

雷电冲击电压对配电一二次融合成套设备测量准确度的影响

为解决一二次融合成套开关设备中二次设备受电磁干扰影响所导致的准确度问题,设计了一套抗干扰测量系统,并基于雷电冲击电压试验电路和抗干扰测量系统对配电网一二次融合成套开关设备测量准确度进行雷电冲击电压干扰测试,采集电压波形并进行时频域分析,得到导致其测量准确度下降的原因。提出在馈线终端采集单元基准端加保护器件和互感器二次输出端加滤波装置这2种防护方案,并对方案的效果进行理论分析和试验验证。结果表明,雷电冲击电压将通过互感器传至二次设备,使得互感器二次侧产生较高的耦合电压,其试验实测幅值达几千伏,频率在几MHz至30 MHz之间,对互感器的准确度影响较大;通过在互感器二次出线端口增加高频滤波装置能有效降低耦合电压,干扰信号强度降低为原来的20%左右,比差和相差降低为原来的40%左右。