CN102298131B - 电流互感器谐波特性测量方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电流互感器谐波特性测量方法及装置，采用等安匝的方法，叠加合成一次回路基波电流与高次谐波电流电路，用于检测各种电流互感器或电流传感器的谐波特性，也适用于大容量等安匝谐波标准电流源的制作和测量系统的溯源，在电流互感器及电流传感器谐波特性的检测方面，可以提高大容量电网谐波电能计量的可靠性与准确性，为电网谐波治理的设备配置及参数选择提供可靠依据，还可以拓展到大容量的电流互感器、电流传感器暂态特性测量领域。

Description

电流互感器谐波特性测量方法及装置
技术领域
 本发明涉及一种电流互感器谐波特性测量方法及装置，具体为采用等安匝法检测电流互感器或电流传感器的谐波特性，属电工仪表技术领域。
背景技术
随着电网容量的增加，一次电流幅值也大幅增加，220kV至500kV电网用的电流互感器额定电流已达3000A至5000A以上，大容量发电机组的额定电流接近30kA。电网中谐波电流的准确测量，对谐波治理技术方案选择及电网设备配置有重要影响。用于测量谐波的电流互感器及电流传感器本身的谐波测量特性检验一直是难度比较大的技术问题，主要是用于检测的含有谐波分量的大电流源的制作，即在较大基波电流上合成幅值可控的各种谐波电流，造价很高；其次谐波电流测量系统本身的溯源方法及测量不确定度评估，在技术上的难度也较大。目前大电流条件下的各种电流互感器及各种电流传感器谐波特性检验一直是空白，数千安培至上万安培条件下的各种电流互感器及各种电流传感器谐波特性检测难度更大，解决合成含有谐波的大电流标准源难题及谐波特性测量系统的溯源方法，是检验各种电流互感器及各种电流传感器谐波特性的关键。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术提出的问题，公开一种电流互感器谐波特性测量方法及装置，采用等安匝的方法，叠加合成一次回路基波电流与高次谐波电流电路，用于检测各种电流互感器或电流传感器的谐波特性，也适用于大容量等安匝谐波标准电流源的制作和测量系统的溯源，在电流互感器及电流传感器谐波特性的检测方面，可以提高大容量电网谐波电能计量的可靠性与准确性，为电网谐波治理的设备配置及参数选择提供可靠依据，还可以拓展到大容量的电流互感器、电流传感器暂态特性测量领域。
本发明的技术方案是：电流互感器谐波特性测量方法，其特征在于：
用等安匝方法，合成一次电流回路基波电流与高次谐波电流；
基波电流回路与各谐波电流回路，电气上通过标准分流器的输出电压串联形式连接在一起；
各个回路不同频率的电流，用无感或低感标准分流器上获取的电压量之和作为检测时的标准量，将被测电流互感器的输出作为被测量，用差值法比较两者的差异，获得被测电流互感器的谐波响应特性；
通过增加一次电流回路的匝数，扩大一次等安匝电流的幅值，包括基波电流回路和各谐波电流回路；
等安匝一次合成的电流回路作为穿心接入方式的电流互感器一次电流回路进行谐波响应特性测量；
根据检测所需电流幅值的大小或对外电场影响控制要求的需要，等安匝回路的布置采用三维对称结构、二维对称结构或完全不对称结构方式，用于验证被测电流互感器受外磁场影响的谐波特性测量；
一次电流回路串接的各分流器阻值选择，相互匹配；
当测量装置的参考标准量与被测电流互感器输出量不一致时，采用电压转换器进行调整。
一种用于实现如上所述的电流互感器谐波特性测量方法的测量装置，其特征在于：所述测量装置是由三个互相独立的回路组成的等安匝合成回路，其一为基波电流源回路，另外两个是不同频率的谐波电流源回路，被测穿心式电流互感器线圈套在等安匝回路上，各个独立的一次电流回路，串接有标准电阻分流器，各分流器二次输出电压叠加后接入幅值测差记录装置，被测电流互感器二次负荷电压也接入幅值测差记录装置；还有用于当被测的电流互感器二次负荷（如标准电阻）对应的阻值与测量装置给出的参考标准值不一致时进行电压比值变换的电压转换器；所述的谐波电流源回路所用的分流器所选择的阻值与各一次回路的等安匝数相对应。其有益效果是：比较分流器二次输出叠加后电压与被检测电流互感器的二次负荷电压两者的差异，就可获得被检测电流互感器对含有谐波电流分量的一次电流谐波响应特性。
如上所述的电流互感器谐波特性测量装置，其特征在于：依次增加一次电流回路的匝数，或使不同频率的谐波电流源回路叠加，以扩大电流测量范围，或扩大谐波电流范围。其有益效果是：既可扩大电流测量范围，也可扩大谐波电流范围。
如上所述的电流互感器谐波特性测量装置，其特征在于：穿过被测电流互感器的一次电流回路是二维对称形式，或三维对称回路形式，或完全不对称形式。其有益效果是：一次回路形成对称和不对称形式，可以验证外磁场对被检电流互感器耐受外磁场影响的能力。
如上所述的电流互感器谐波特性测量装置的标准输出电压、或者被检测电流互感器输出电压接入高准确度电压跟随器和感应式分压器。其有益效果是：当被检测的电流互感器二次负荷（如标准电阻）对应的阻值与测量系统给出的参考标准值不一致时，可以对测量系统的标准输出电压进行转换，或者对被检测电流互感器输出电压进行转换。
本发明的有益效果是：
1）可测量上千安培甚至上万安培的大电流互感器或者是电流传感器的谐波特性；
2）可测量多种不同种类的互感器或传感器，如电磁感应类、空心线圈类、霍尔元件类、磁敏元件类等；
3）有很好的经济性；其次溯源性强；再次测量方法简单，便于操作。
附图说明
附图1为本发明实施例电流互感器谐波特性测量方法及装置电路原理图；
附图2为“日”字形等安匝法扩大一次回路电流范围（2倍）原理图；
附图3为“日”字形等安匝法扩大一次回路电流范围（3倍）原理图；
附图4为“口”字形等安匝回路原理图；
附图5为降压式电压转换器原理图；
附图6为接有“降压式电压转换器”的谐波特性测量电路图。
具体实施方式
以下结合附图对发明实施例作进一步说明：
如附图1所示，是三个独立回路组成的等安匝合成回路，分别为基波电流回路由基波电流源S产生基波电流l1，另外两个不同频率的谐波电流源S1和S2，在各自回路产生谐波电流回路l2、l3，被检测穿心式电流互感器或电流互感器线圈CTx套在等安匝回路上。各个独立的一次电流回路，串接分流器（标准电阻R1，R2，R3）用来测量一次电流，各分流器二次输出电压（U1，U2，U3）之和作为含有谐波分量的一次等安匝合成电流对应的标准量Un接入幅值测差记录装置HE，被检测CTx二次负荷（Rx）端口电压Ux作为被测量接入幅值测差记录装置HE，比较两者的差异（ε=Ux-Un），就可获得被检测电流互感器或电流传感器对含有谐波电流分量的一次电流谐波响应特性。
附图2是应用等安匝法，扩大电流测量范围，电流测量范围分别扩大2倍。
附图3是非完全对称回路，将电流测量范围扩大到3倍。依次增加一次回路的匝数，可以继续扩大电流测量范围。同理，不同频率的其它谐波电流回路，也可以用类似方法扩大谐波电流范围。
附图2中电流回路呈“日”字形，是二维对称形式，对于被检测的电流互感器或电流传感器，一次电流回路产生的外磁场影响较小，但是不及三维对称回路形式。如果在二位平面垂直的平面再叠加一个二位回路，就形成了三维对称形式。一次回路形成对称和不对称形式，可以验证外磁场对被检电流互感器或传感器耐受外磁场影响的能力。
附图4中电流回路呈“口”字形，是完全不对称回路。当被检测电流互感器或电流传感器具有良好的抗外磁场干扰能力，可以分别采用对称的电流回路和完全不对称的电流回路进行验证试验。没有抗外磁场影响的电流互感器，铁心磁路的磁场密度存在极大差异，电路互感器二次输出特性会产生极大的偏差。
一次回路电流的测量采用分流器。电网关注的谐波频域一般在25次以下，通常以3次、5次、7次、9次、11次为主，对应谐波频率为150Hz、250Hz、350Hz、450Hz。更高次谐波含量，因线路残余电感作用，幅值被抑制。对于这个频域范围的电流分流器频响特性要求，从制造技术上讲不难，同轴结构的数千安培分流器可以满足0.5级水平要求。
由于谐波电流的幅值相比基波电流的幅值要低一个数量级，谐波电流回路用分流器的阻值选择要与各一次回路的等安匝数相对应，确保整个测量系统的量限统一。
被测量与标准量的量限也要统一。如果被检测的电流互感器或电流传感器二次负荷（如标准电阻）对应的阻值与测量系统给出的参考标准值不一致，可以采用电压转换器进行电压比值的变换。可以对测量系统的标准输出电压进行转换，或者对被检测电流互感器或电流传感器输出电压进行转换。转换方式可以是降压方式，也可以是升压方式，但是电压转换器的准确度及频响特性应高于电流回路测量系统本身准确度1级或2级。
附图5是一种降压式电压转换器，由高准确度电压跟随器A1、A2和感应式分压器组成。要求电压跟随器工作在额定工作电压范围内，以保证电压跟随器的准确度。
本发明实施例中，设定被检测电流互感器或电流传感器额定工作电流为4000A，额定二次电流1A，额定二次负荷1VA，功率因数为1，一次等安匝回路基波等安匝电流4000A，相比基波电流幅值，要求3次谐波电流分量占5%、5次谐波电流分量幅值占2.5%。
基波电源额定电流为1000A，50Hz，等安匝数为4匝，一次回路基波电流满足4000安匝要求，一次回路分流器取值为4mΩ，输出电压为4V。此时，等安匝回路要叠加5%的3次谐波，对应电阻值为200安匝，设此时一次3次谐波回路匝数为8匝，3次谐波电流源只需提供25A的150Hz电流。由于基波电流回路分流器输出电压为4V，3次谐波电流回路分流器在25A工作电流时的输出电压应为200mV(5%)，配置的分离器阻值应为8 mΩ，以保证测量系统分流器阻值配置的统一。因一次回路还要叠加2.5%的5次谐波电流，对应电阻值为100安匝，设此时5次谐波回路匝数也为4匝，5次谐波电流源只需提供25A的250Hz电流，配置的分流器阻值取值4 mΩ。
附图6中，对应一次回路4000安匝的情况，被检测电流互感器额定二次负荷的端口电压Ux为1V，而此时对应的测量系统基波量对应的标准输出电压Un为4V，如果采用降压式电压转换器，变比为4V/1V,电压转换器的输出电压Un′作为参考标准量，接入幅值测差记录装置HE。

Claims (4)

1.电流互感器谐波特性测量方法，其特征在于：
用等安匝方法，合成一次电流回路基波电流与高次谐波电流；
基波电流回路与各谐波电流回路，电气上通过标准分流器的输出电压串联形式连接在一起；
各个回路不同频率的电流，用无感或低感标准分流器上获取的电压量之和作为检测时的标准量，将被测电流互感器的输出作为被测量，用差值法比较两者的差异，获得被测电流互感器的谐波响应特性；
通过增加一次电流回路的匝数，扩大一次等安匝电流的幅值，包括基波电流回路和各谐波电流回路；
等安匝一次合成的电流回路作为穿心接入方式的电流互感器一次电流回路进行谐波响应特性测量；
根据检测所需电流幅值的大小或对外电场影响控制要求的需要，等安匝回路的布置采用三维对称结构、二维对称结构或完全不对称结构方式，用于验证被测电流互感器受外磁场影响的谐波特性测量；
一次电流回路串接的各分流器阻值选择，相互匹配；
当测量装置的参考标准量与被测电流互感器输出量不一致时，采用电压转换器进行调整。
2.一种用于实现如权利要求1所述电流互感器谐波特性测量方法的测量装置，其特征在于：所述测量装置是由三个互相独立的回路组成的等安匝合成回路，其一为基波电流源回路，另外两个是不同频率的谐波电流源回路，被测穿心式电流互感器线圈套在等安匝回路上，各个独立的一次电流回路，串接有标准电阻分流器，各分流器二次输出电压叠加后接入幅值测差记录装置，被测电流互感器二次负荷电压也接入幅值测差记录装置；还有用于当被测的电流互感器二次负荷对应的阻值与测量装置给出的参考标准值不一致时进行电压比值变换的电压转换器；所述的谐波电流源回路所用的分流器所选择的阻值与各一次电流回路的等安匝数相对应。
3.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于：依次增加一次电流回路的匝数，或使不同频率的谐波电流源回路叠加，以扩大电流测量范围，或扩大谐波电流范围。
4.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于：穿过被测电流互感器的一次电流回路是二维对称形式，或三维对称回路形式，或完全不对称形式。
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