CN102129059A - 电流互感器校验用5ka零磁道式直流电流比较仪 - Google Patents

Abstract

一种电流互感器校验用5KA零磁道式直流电流比较仪，一次绕组和二次绕组绕制在主铁芯上，振荡器、调制电路、解调电路和放大驱动电路顺次级联，一次绕组和二次绕组均位于磁屏蔽外面，一次绕组从磁屏蔽内孔中穿出；调制电路构成为：匝数相同的两个调制检测绕组各自绕在一只环形铁心上，且二者绕向相反，磁屏蔽包覆在两个调制检测绕组外面，两个调制检测绕组和振荡器的次级线圈三者顺次串接；解调电路采用无源阻容网络电路，它将调制电路来的差值信号解调为与其成正比的直流电压信号。本发明准确度等级达到2×10^-6，完全满足直流电流互感器现场校验的要求。

Description

电流互感器校验用5KA零磁道式直流电流比较仪

技术领域

本发明涉及直流换电站的直流输出设备的校验装置，特别是对直流输电系统一次设备的直流互感器进行安装前检定试验和同期校准用的标准校验设备。

背景技术

直流互感器是直流输电系统的重要一次设备，为系统的控制和保护提供准确可靠的测量信息，对系统中使用的直流互感器设备进行安装前的检定试验和周期校准是保证直流输电系统安全运行不可缺少的工作。

现有校验设备如磁调制式直流比较仪是六十年代加拿大科斯托尔斯(Kusters)首先研制成功的，它的准确度高达1×10^-6以上，现在世界各国已经采用这种直流电流比较仪作为直流电流比率标准。其原理如图1，I₁为一次被测电流，调制解调器通过磁调制的手段检测铁芯中的直流磁势，再利用放大驱动电路产生反馈电流I₂，使一次安匝数与二次安匝数自动平衡，即I₁W₁＝I₂W₂，从而达到将一次的大电流严格按照匝数比W₂/W₁转化成二次小电流的目的。

目前国内直流输电工程一次设备大多使用进口产品，由于缺乏相应的试验手段，直流互感器在国内进行现场校准试验和例行检定工作的条件十分匮乏。如直流电流互感器的现场注流试验过去一般在10％额定电流下进行，极线直流分压器的现场注压试验在10％额定电压下进行，且均只对变比进行粗略考察，换流站直流测量设备在额定条件下的现场校准试验一直是一片空白。

发明内容

本发明的目的是提供一种准确度等级高的电流互感器校验用5KA零磁道式直流电流比较仪。

本发明的目的是这样实现的：一种电流互感器校验用5KA零磁道式直流电流比较仪，包括，绕制在主铁芯上的一次绕组Wo和二次绕组Ws，由振荡器T₁、调制电路、解调电路和放大驱动电路顺次级联组成的在二次绕组Ws上产生反馈电流Is的电路，一次绕组Wo为1匝、二次绕组Ws为2000匝，一次绕组Wo和二次绕组Ws均绕制在磁屏蔽的外面，且一次绕组从磁屏蔽内孔中穿出；所述主铁芯为坡莫合金主铁芯；所述调制电路构成如下：匝数相同的两个调制检测绕组We₁和We₂各自绕在一只环形铁心上，该两个调制检测绕组均为250匝，且二者在两个环形铁心上的绕向相反，坡莫合金的磁屏蔽包覆在两个调制检测绕组的外面，两个调制检测绕组和振荡器T₁的次级线圈三者顺次串接，两个调制检测绕组的结点以及振荡器T₁的次级线圈的中间抽头作为调制电路的两个信号输出端；所述解调电路构成如下：电容C串接在两个信号输入端之间，电阻R₁一端和电阻R₂一端均接于一个信号输入端，电阻R₁另一端接二极管D₁负极，二极管D₁正极和二极管D₂负极均接于一个信号输出端，二极管D₂正极接于电阻R₂另一端，电容C₁与电阻R₁并联，电容C₂与电阻R₂并联，且电阻R₁和电阻R₂相同，电容C₁和电容C₂相同，二极管D₁和二极管D₂相同；所述放大驱动电路为采用由运算放大器A组成的随动跟踪放大电路。

上述环形铁心采用具有高微分导磁率和接近方形的磁化特征的软磁材料制成，且两只环形铁芯的磁特性一致。

上述主铁芯的初始磁导率6000，最大磁导率20000，饱和磁密0.7T。

上述振荡器T1的激励电压为1800Hz三角波激励电压，其峰值为170V。

上述放大驱动电路由两个随动跟踪放大电路并联组成，其最大输出功率为100W。

上述调制电路的灵敏度K₁＝18.8V/A。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1、电路结构简单、造价低。

2、准确度等级高、完全满足直流换电站现场直流电流互感器校准的要求。

2009年11月，在四川省电力公司的要求下，国网电科院计量所和四川省电力试验研究院计量中心共同完成了±500kV德阳-宝鸡直流输电工程德阳换流站电流电压互感器设备的现场准确度校准试验。

现场用5kA直流电流比较仪以国家高电压计量站2007年建立的10kA直流电流比例标准为标准进行检定，10kA直流电流比例标准的不确定度为1×10^-6。

现场用5kA直流电流比较仪的校准结果

从结果看，现场用5kA直流电流比较仪准确度等级达到2×10^-6，完全满足现场校准直流电流互感器的要求。

将结合具体实施方式进一步阐述本发明的特点和优点。

附图说明

图1是现有磁调制式直流比较仪的原理图。

图2是本发明的电路结构图。

图3是图1所示调制电路图(未示出主铁芯和二次绕组)。

图4是图1所示解调电路(即峰差检波器)图。

具体实施方式

图2示出，本发明包括绕制在主铁芯上的一次绕组Wo和二次绕组Ws，由振荡器T1、调制电路、解调电路和放大驱动电路顺次级联组成的在二次绕组Ws上产生反馈电流Is的电路，一次绕组Wo为1匝、二次绕组Ws为2000匝，一次绕组Wo和二次绕组Ws均绕制在磁屏蔽的外面，且一次绕组从磁屏蔽内孔中穿出；所述主铁芯为坡莫合金主铁芯；所述调制电路构成如下：匝数相同的两个调制检测绕组We₁和We₂各自绕在一只环形铁心上，该两个调制检测绕组均为250匝，且二者在两个环形铁心上的绕向相反，坡莫合金的磁屏蔽包覆在两个调制检测绕组的外面，两个调制检测绕组和振荡器T₁的次级线圈三者顺次串接，两个调制检测绕组的结点以及振荡器T₁的次级线圈的中间抽头作为调制电路的两个信号输出端；所述解调电路构成如下：电容C串接在两个信号输入端之间，电阻R₁一端和电阻R₂一端均接于一个信号输入端，电阻R₁另一端接二极管D₁负极，二极管D₁正极和二极管D₂负极均接于一个信号输出端，二极管D₂正极接于电阻R₂另一端，电容C₁与电阻R₁并联，电容C₂与电阻R₂并联，且电阻R₁和电阻R₂相同，电容C₁和电容C₂相同，二极管D₁和二极管D₂相同；所述放大驱动电路为采用由运算放大器A组成的随动跟踪放大电路。

次级线圈的中间抽头指其中点抽头。调制电路的两个信号输出端分别与解调电路的两个信号输入端连接。

1、两个调制检测铁心，用具有高微分导磁率和接近方形的磁化特性的软磁材料制成，要求两只铁心的磁特性一致。

2、两个调制检测绕组We₁、We₂分别绕在两只环形调制铁心C₂₂、C₁₁上，两绕组匝数相同、绕向相反，其绕制方法要保证调制电流在两个铁心中产生的磁通方向相反。

3、磁屏蔽(筒状)是具有高初始导磁率的坡莫合金制成，它包在两个放置在仪器的调制检测绕组的外面。

4、初级和次组比率绕组，绕制在磁屏蔽的外面，初级绕组(图3中Wo₁和Wo₂)匝数为1匝，在磁屏蔽内孔中穿心而过。

模型采用坡莫合金作为主铁芯及磁屏蔽材料，主铁心参数为初始磁导率6000，最大磁导率20000，饱和磁密0.7T，检测线圈250匝，反馈线圈2000匝。

如图2所示，比较仪的电路部分主要由以下部件组成：

1、振荡器：调制检测绕组的激励电源；

2、峰差解调器(即峰差检波器亦称解调电路)：将调制检测绕组检测出的有用峰差信号，转换成一个直流控制电压；

3、反馈放大器(随动跟踪放大器)：将解调器输出的直流电压信号进行放大，供给二次绕组，形成反馈电流，实现原、副方安匝平衡。

峰差调制原理如图3所示，振荡器把一个三角波电压施加于两个反向串接的调制检测绕组上，使调制铁心每周期两次进入适当饱和状态。这样在任一瞬间，如一个铁心上的由方波激励形成的磁势与初次绕组W_o、W_s的合成磁势相加，而在另一个铁心上则一定是相减。桥路的输出电压U_bo(图中未示出)正比于两调制检测铁心C₁、C₂的磁通变化率之和。

当W_o、W_s形成的合成净安匝为零时，由于铁心的B-H曲线具有对称的非线性关系，故磁通

的波形是对称于时间轴的。由富氏级数的性质可知，的频谱中仅含有奇次谐波分量。如果铁心C₁、C₂的B-H曲线完全一致，由于铁心I、II是反向相接的，

大小相等，方向相反，此时桥路输出电压

两铁心奇次谐波电压在桥路输出端相互抵消。

当W_o、W_s形成的合成净安匝不为零时，铁心中的磁通

和

的波形，将不对称于时间轴。由富氏级数的性质可知

的频谱中将含有偶次谐波分量。但由于铁心C₁、C₂的反向相接，并且认为两铁心的B-H曲线完全一致，则此时U_bo中的奇次谐波分量相互抵消，而偶次谐波分量相加。偶次谐波分量的幅值和相位随W_o、W_s合成直流净安匝的大小和方向而改变。可见，U_bo中偶次谐波量的大小式由W_o、W_s的合成磁势的大小来决定的。也就是说当比较仪的一次安匝I₀W₀和二次安匝I_sW_s不平衡时，U_bo中就有偶次谐波电压的产生。将这个电压通过峰差解调器变换成相应大小和方向的直流电压去控制随动跟踪放大器的输出电流I_s的大小和方向，便之达到I_oW_o和I_sW_s的安匝平衡。

如果整个系统的控制增益相当大时，即可使I₀W₀＝I_sW_s，达到精确的安匝平衡，本系统的开环增益G，由下式组成，

h₁——为解调输出的直流电压于输入直流合成净安匝的比值，称为磁调制器的灵敏度，或变换电阻，量纲为Ω。

h₁正比于调制铁心的匝数W_e，净截面A，微分导磁率μ_o激励频率f，反比于铁心的平均周长l。

即： $h_1=k{W}_{e}A{\mathrm{\μ}}_{o}f\·\frac{1}{l}$

其中k为决定于激励条件和方式，解调器的参数的比例系数。

h₂——为随动跟踪放大器的电压增益

r₂——为二次绕组(即次级绕组)的导线电阻

W_s——为二次绕组的匝数

和任何自控系统一样，在满足系统稳定的条件下，开环增益应做到尽量的大。零磁通式直流电流比较仪调制部分采用双铁芯电压源激励方式，振荡器T₁采用1800Hz三角波电压激励，激励电压峰峰值170V，脉冲变压器采用铁氧体材料，借鉴开关电源高频变压器制作方法，调制器(即调制电路)的灵敏度k₁＝18.8V/A。

如图4，零磁通式直流电流比较仪解调部分采用无源阻容网络，它的作用是将磁调制器输出的不平衡尖峰电压的差值信号解调为与其成正比的直流电压信号。选择D₁、D₂、R₁、R₂、C₁、C₂参数相同。不直接对电容C充电，而通过二极管的阻容网络是为了提高检波器的输入阻抗，减轻对磁调制器的负荷。

零磁通式直流电流比较仪二次反馈部分采用由大功率运放组成的两个随动跟踪放大电路并联作为反馈驱动，最大输出功率100W。

Claims (6)

1.一种电流互感器校验用5KA零磁道式直流电流比较仪，包括，绕制在主铁芯上的一次绕组Wo和二次绕组Ws，由振荡器T₁、调制电路、解调电路和放大驱动电路顺次级联组成的在二次绕组Ws上产生反馈电流Is的电路，其特征是：所述一次绕组Wo为1匝、二次绕组Ws为2000匝，一次绕组Wo和二次绕组Ws均绕制在磁屏蔽的外面，且一次绕组从磁屏蔽内孔中穿出；所述主铁芯为坡莫合金主铁芯；所述调制电路构成如下：匝数相同的两个调制检测绕组We₁和We₂各自绕在一只环形铁心上，该两个调制检测绕组均为250匝，且二者在两个环形铁心上的绕向相反，坡莫合金的磁屏蔽包覆在两个调制检测绕组的外面，两个调制检测绕组和振荡器T₁的次级线圈三者顺次串接，两个调制检测绕组的结点以及振荡器T₁的次级线圈的中间抽头作为调制电路的两个信号输出端；所述解调电路构成如下：电容C串接在两个信号输入端之间，电阻R₁一端和电阻R₂一端均接于一个信号输入端，电阻R₁另一端接二极管D₁负极，二极管D₁正极和二极管D₂负极均接于一个信号输出端，二极管D₂正极接于电阻R₂另一端，电容C₁与电阻R₁并联，电容C₂与电阻R₂并联，且电阻R₁和电阻R₂相同，电容C₁和电容C₂相同，二极管D₁和二极管D₂相同；所述放大驱动电路为采用由运算放大器A组成的随动跟踪放大电路。

2.根据权利要求1所述的电流互感器校验用5KA零磁道式直流电流比较仪，其特征是：所述环形铁心采用具有高微分导磁率和接近方形的磁化特征的软磁材料制成，且两只环形铁芯的磁特性一致。

3.根据权利要求2所述的电流互感器校验用5KA零磁道式直流电流比较仪，其特征是：所述主铁芯的初始磁导率6000，最大磁导率20000，饱和磁密0.7T。

4.根据权利要求1或2或3所述的电流互感器校验用5KA零磁道式直流电流比较仪，其特征是：所述振荡器T₁的激励电压为1800Hz三角波激励电压，其峰值为170V。

5.根据权利要求4所述的电流互感器校验用5KA零磁道式直流电流比较仪，其特征是：所述放大驱动电路由两个随动跟踪放大电路并联组成，其最大输出功率为100W。

6.根据权利要求4所述的电流互感器校验用5KA零磁道式直流电流比较仪，其特征是：所述调制电路的灵敏度K₁=18.8V/A。

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