[发明专利]智能交流电桥及电器设备、绝缘材料交流参数测量方法

说明书

本发明公开了一种智能交流电桥及电器设备、绝缘材料交流参数测量方法，包括高压变压器；所述高压变压器输入绕组接斩波交流调压单元，高压变压器输出绕组一端与被测试品、标准电容器一端连接；所述被测试品另一端与电流比较器第一绕组一端连接；所述标准电容器的输出经电流互感器初级绕组后接电流比较器第二绕组；所述第一绕组、第二绕组连接；所述高压变压器输出绕组另一端接所述第一绕组、第二绕组的连接点；所述电流互感器次级绕组输出后分为两路，其中一路接容性平衡补偿电流调节单元，另一路经90度移相单元后和阻性平衡补偿电流调节单元连接；所述阻性平衡补偿电流调节单元、容性平衡补偿电流调节单元分别与电流比较器的第三绕组、第四绕组连接。本发明可用于高压电器设备和绝缘材料试品的交流参数测量，抗干扰，灵敏度和精度高。

技术领域

本发明涉及高电压测量技术领域，特别涉及一种全自动通用智能交流电桥，一种用于测量高压电器设备和绝缘材料在交流电压作用下的电容量、电感量和介质损耗角正切等电气参数的测量装置。

背景技术

在绝缘材料生产和变压器、发电机、互感器、电抗器、电容器和高压套管等高压电器设备的设计、制造、运行和维护过程中，均需进行高电压试验，测量电器设备制造使用的绝缘材料的电容量、电容率、介质损耗角正切和电器设备的电容量、电感量、介质损耗角正切等交流电气参数。测量方法主要有“平衡电桥法”和“非平衡电桥法”两种。其中平衡电桥法具有很好的测量灵敏度、测量准确度和抗干扰特性，但在测量时需对测量回路进行平衡调节，操作比较复杂，对试验操作人员的技术水平要求高，实现自动测量的技术难度大。非平衡电桥法虽然也采用电桥电路，但测量过程是在不进行平衡调节的情况下完成，试验操作简单，实现自动测量的技术难度较小，但测量灵敏度、准确度较低，易受现场其它条件的干扰。

早期，由于平衡电桥法测量灵敏度、准确度高，抗现场其它条件干扰的能力强，各种实验室和生产现场都采用平衡电桥法进行电容量和介质损耗角正切等交流参数测量。我国在二十世纪70年代前后，开始在电力系统引进了非平衡电桥测量方法，由于这种方法在测量过程中不需要进行平衡调节，所以很早就实现了自动测量。因此，在电力系统很快就推广开来，并在部分设备制造厂中得到应用。但在要求高的实验室仍然采用平衡电桥进行测量。

以往的测量设备中采用平衡电桥法的有西林电桥和电流比较型电桥。电流比较型电桥是由贝克(Baker)在1962年提出，命名为格雷纳(Glymne)电桥，1969年贝克提出的这种电桥就发展成为自动电桥。1988年前，我国就已经进口国外的这种电流比较型自动平衡电桥，在当时，这种自动电桥的销售价格就高达七、八十万元。由于自动平衡电桥的开发技术难度大，直到今天，国内还一直没有很成功的、即能适合实验室(通常试品电容量值较小)、又能适用于生产现场使用(试品电容量值比较大)的电流比较式高精度全自动智能交流电桥设备。

国外进口的电流比较型自动电桥采用了一种自动平衡算法，通过测量指零绕组开路电压的幅值和相位，并使用牛顿-拉夫逊算法，通过迭代计算，确定电桥平衡调节过程中，每次调节的N₂和β的修正值(平衡调节值)。该类电桥平衡时，需同时反复调节的电流比较器两个绕组的匝数(N₃＝N₂)和电流增益β，每次调节都需要对指零绕组的开路电压幅值和相位角进行检测，计算N₂和β的修正值，对N₂和β进行反复调节，直至电桥平衡。

发展于20世纪60年代的自动平衡算法技术，是在当时的科学技术水平基础上的产物。限于当时的技术条件，采用自动平衡算法的平衡方法不可避免地存在以下缺陷，或技术偏见：

(1)电桥平衡是依据指零绕组开路电压的幅值和相位确定平衡调节的修正值。平衡过程中的最后阶段，指零绕组N_i的开路电压是一个小幅值、小相位角的电压信号，这种信号的相位角的准确测量难度很大，且容易受电压信号中的谐波、频率波动、信号畸变等的干扰，从而影响测量结果。特别是在生产现场，和测量电源频率(50Hz)比较接近的低频干扰大，即使采用滤波措施也很难将信号中的低次谐波的影响彻底消除。