便携式电容器测试仪的设计

　　摘　要：利用变频逆变电源配合钳形电流表构成简洁、实用电容测试仪，并介绍其技术指标和使用特点。

　　0 引　言

　　现代电力系统中，广泛采用电容器作为补偿负序、滤波、抽压等装置。为了增加耐压和容量，电容器往往采取串并联的方法，一旦电容串(并)联连接，对外就呈现出总的容量值，普通的电容测量仪器就无法在线测量出其中某个电容的数值。要想测得某个电容的容量，就要把该电容从并联系统中拆除下来，实际操作非常复杂，并在恢复时，极易出现保险断裂和接触不良的现象，造成电容器系统投入后，差压保护动作跳闸。基于此，介绍一种实用电容器测试仪。

　　1 电容测试仪原理

　　为了实现不拆线 、模拟在线运行状态的测量，可 以在母线上( 如图 1 ，AI 、AI I ) 对并联 电容施加交流 电 压 ，然后利用 电流钳形表分 别测 量每个被测 电容 的电 流，通过公式 X = U /I 计算 出电容的容抗 ;还可以根据公式 R x= X c /t a n ( 9 0 °-q) 计算出电容的损耗( R 是 电容器的电阻，q是施加电压和电容电流之间的相位角) ，从而判别电容器缺油 、碳化以及受潮等情况。

　　1.1施加电压

　　根据计算，对于牵引供电系统现在使用的4.51F的电容，要想取得1A的电流，施加的工频电压在700V以上，为了保证操作者的人身安全和测试仪器的安全，必须设法降低施加电压。设计中采用了变频的方式，如采用100Hz电压时，对于同一电容器，施加电压可降低2倍;采用200Hz电压时，可降低4倍。为了保证电容器测试后，不储存电荷，施加电压也不宜过高，选用12V。对1“F电容，在5OHz时的容抗为3.18k12，采用12V电压时，钳形表所测得的电流约为4mA。这样用钳形表测量4mA电流时，输出精度就是电容测量的精度。

　　普通电流表要保证测量毫安级电流的准确度是很容易做到的，但对于钳形电流表来说，却是非常困难的，要受到钳口的大小、闭合缝隙以及导线在钳口中的位置等诸多因素的影响。更为严重的是在牵引供电系统谐波的干扰下，一个毫安级钳形表的空载测量值在2A以上，根本无法在现场应用。要想从改进钳形表测量精度上保证电容的测量精度，几乎无法实现。从现场的测试结果来看，钳形表测量到的主要是2、3次谐波的干扰值，要想消除外界干扰的影响、提高测量准确度也必须避开谐波的影响。 

　　基于以上2方面的考虑，采用变频正弦逆变电路，频率30～2000Hz可调，最大电流3A，最高电压12V交流有效值。

　　1.2电流测量

　　流过被测电容的电流用交流钳形表测量，首先要求钳形表的内径要略大于被测电容引线端子的外径;其次，在使用200Hz电压源时，对于1F的电容，所测得的电流也仅为15mA，因此，对钳形表测量精度的要求也是较高的。同时，为了与单片机配合，钳形表的电流比可按初级1mA/次级并联100kO,电阻得到1V电压选择。

　　1.3相位测量

　　被测电流与施加电压之间的相位夹角为9O。，表明被测电容没有损耗。如果夹角不是9O°，则认为是损耗所致。设计中用10MHz(0.1/zs)脉冲测量相位差，在50Hz被测电流时可以得到0.00005。的精度。据此可方便地计算出电容器的介损和功耗。 

　　1.4现场矫正

　　为消除外界电磁干扰对电容值测量结果的影响，可采用内置标准电容修正。标准电容对外要有适合钳形表的测量端子，可以在现场环境下，用标准电容的测量值修正实际测量值。

　　2 测试仪结构及使用

　　根据电容测试仪原理拟定测试仪由计算机系统、钳形表传感器、标准电容修正系统、电压输出单元组成，如图2所示，该装置整体重量不足3kg，适合现场携带。

　　在进行电容值测试时，首先连接好各路引线，打开电源开关，将钳形表卡在标准电容器的外界输出线上，如图2虚线所示，仪器功能菜单选择现场校正，计算机控制开关K闭合，采集数据完成自动修正计算(再进行其它电容测试时，测试结果将直接剔除外界电磁干扰的影响)。

　　然后将输出电压线连在要测试电容器组母线上，按图1接好线，用钳形表卡在一电容器引出线上，按下计数器按钮，装置自动记录下测量的电容值，逐一卡在每台电容器上并按下计数按钮完成全部电容值的测试。需要测试介损时，在功能菜单中选择，电容值和介损的测试将同步进行。经现场试用，装置最大电容测试量程1000ffF，精度0.3，分辨率0.01“F;介质损耗测量范围tan≤15°，准确度0.1。1组4串8并的电容器组，整个测试时间(包括准备时间在内)不超过15min，并且因电压加在母线上，测试中通过电容保险取得电流，相当于检查了回路(保险及连接件)的完整性，有效防止了由于保险断裂和接触不良，造成电容器系统投入后，差压保护动作跳闸。

　　3 结束语

　　便携式电容测试仪可模拟电容器系统的在线运行状态，在不拆线或保险的情况下，方便地测量电容器带电运行时所表现的容量和介损，尤其可方便地适用于多个电容器并联的系统中，并可用以检查电容器系统电气连接情况和保险的状态以及电容器受潮、缺油等的实际情况。采用变频正弦信号，电压低、电流小，测量完成后，电容器不储能，无须放电，对操作者无任何安全威胁，非常适合现场使用。

　　参考文献

　　[1]李彦吉.并联电容补偿装置的故障分析与保护设计EJI.铁道标准设计，2006(4)E21北京铁路局.Q/BT143—96牵引供电设备试验规程[s]

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