CN102928803B - 一种基于同步脉冲输出电源的电子式互感器校验装置 - Google Patents

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本发明涉及一种基于同步脉冲输出电源的电子式互感器校验装置，属于对电子式互感器的校准、检定与检测领域。本发明通过高精度同步脉冲电源，输出高精度的电流和电压信号及同步脉冲信号，将被测电子式互感器输出进行简单计算即可实现数字输出式电子式互感器误差和模拟输出式电子式互感器误差的准确测试，不需要标准互感器，简化了电子式互感器的比差和角差测试，为电子式互感器校准提供了一种新方法。

Description

一种基于同步脉冲输出电源的电子式互感器校验装置
技术领域
本发明涉及一种基于同步脉冲输出电源的电子式互感器校验装置，属于对电子式互感器的校准、检定与检测领域。
背景技术
目前电子式互感器已在电力系统中大规模使用，其校验设备也有很多。根据电子式互感器误差的定义，比差实际上指电子式互感器二次输出有效值乘以变比与实际一次电流（电压）有效值的相对误差，相差也是电子式互感器二次输出信号与实际一次电流（电压）值的相位差值。在实际校验过程中，实际一次电流（电压）值是无法直接得到的，一般是将标准互感器作为参考，认为它可以准确的将实际一次电流变换成二次信号，从而通过比较电子式互感器与标准互感器的二次输出得到电子式互感器的比差和角差。
如中国发明专利《通用电子式互感器校验方法》（申请号：200710119585.9）和中国实用新型专利《一种基于IEC 61850标准的电流互感器校验仪》（申请号：CN200920246771.3），从其工作框图可以看出，一般都有标准互感器通道，被测互感器通道，然后将这两路信号都输入至电子式互感器校验仪，通过数字采样将被测电子式互感器误差与标准互感器误差进行比对，得出被测电子式互感器误差。
这种方式由于需要标准互感器，整个系统涉及的环节比较多，现场接线比较繁杂，不利于现场试验。
发明内容
本发明提供了基于同步脉冲输出电源的电子式互感器校验装置，作为一个校准测量系统，它通过高精度同步脉冲电源，输出高精度的电流和电压信号及同步脉冲信号，将被测电子式互感器输出进行简单计算即可实现数字输出式电子式互感器误差和模拟输出式电子式互感器误差的准确测试，不需要标准互感器，简化了电子式互感器的比差和角差测试，为电子式互感器校准提供了一种新方法。
本发明的技术方案是：
一种基于同步脉冲输出电源的电子式互感器校验装置，包括与数据处理及控制单元分别相连的电流/电压输出模块、同步脉冲发送模块和数据采集单元，同步脉冲发送模块与数据采集单元相连，其特征在于：电流/电压输出模块输出的信号为的正弦波信号，同步脉冲发送模块发送出的同步信号与电流/电压输出模块输出电流电压信号同步；数据处理及控制单元根据数据采集单元所采集的数据计算被测电子式互感器的比差和角差。
如上所述的电子式互感器校验装置，其特征在于：所述的数据采集单元包括被测互感器模拟输入数据采集单元和被测互感器数字输入数据采集单元，同步脉冲发送模块与被测互感器模拟输入数据采集单元相连接。
如上所述的电子式互感器校验装置，其特征在于：它还包括与数据处理及控制单元相连接的人机交互单元。
如上所述的电子式互感器校验装置，其特征在于：所述的同步脉冲发送模块的输出的同步信号上升沿对应电流电压信号的过零点。
如上所述的电子式互感器校验装置，其特征在于：所述的同步脉冲发送模块的频率为1Hz的同步信号。 
本发明的有益效果是：
1）本发明为电子式互感器校准提供了一种有效的方法，无须标准互感器，简化了校准试验的环节，接线简单，方便现场使用；
2）本发明试验电源为高精度电源，可以作为标准信号，现场试验时通过电子式互感器输出信号的有效值与标准源输出值比较即可得到被测电子式互感器的比差；
3）本发明通过标准源输出同步脉冲方式，提供了标准相位为零的参考采样信号，同时使被测电子式互感器在此参考采样信号采样，然后计算被测电子式互感器采样的相位即为被测电子式互感器的角差。
附图说明
图1 为本发明对数字输出式电子式互感器校准式工作原理框图；
图2为本发明对模拟输出式电子式互感器校准式工作原理框图；
图3 同步脉冲信号与电流电压信号输出波形。
具体实施方式
附图标记说明： 1—电子式互感器校验装置、2—数据处理及控制单元、3—人机交互单元、4—电流/电压输出模块、5—同步脉冲发送模块、6—被测互感器模拟输入数据采集单元、7—被测互感器数字输入数据采集单元、8—被测电子式互感器、9—一次部分、10—二次部分、11—合并单元。
以下结合附图对本发明基于同步脉冲输出电源的电子式互感器校验装置做进一步的说明。
如图1所示，本发明实施例包括电子式互感器校验装置1和被测电子式互感器8。
电子式互感器校验装置1包括与数据处理及控制单元2相连接的人机交互单元3、电流/电压输出模块4、同步脉冲发送模块5和数据采集单元，数据采集单元包括被测互感器模拟输入数据采集单元6和被测互感器数字输入数据采集单元7，同步脉冲发送模块5与被测互感器模拟输入数据采集单元6相连接。
被测电子式互感器8包含一次部分9、二次部分10、合并单元11。
如图1所示，对于数字输出式电子式互感器校准，被测电子式互感器8中的一次部分9连接至电流/电压输出模块4，并接收电路/电压信号，将其转换后传递给二次部分10；同时合并单元11接收同步脉冲发送模块5发送的同步脉冲信号，并将二次部分10输出的信号转换为IEC61850数字帧；被测互感器数字输入数据采集单元7接收合并单元11发出的IEC61850数字帧，并将IEC61850数据帧中的采样值解析出来以数组的形式传输给数据处理及控制单元2；数据处理及控制单元2根据接收到的被测电子式互感器采样值数组，使用FFT算法计算得到被测电子式互感器输出信号的有效值和相位，将输出信号的有效值与标准源输出的有效值进行比对，计算相对误差即可得到被测电子式互感器的比差；将输出信号的相位减去标准源输出信号的相位即可得到被测电子式互感器的角差。数据处理及控制单元2将最后的计算结果及其他相关信息发送至人机交互单元3，人机交互单元3显示最终误差。
具体过程可以用以下公式表述：
电流/电压输出模块4输出的正弦信号为：                                                ，其中t=0时刻为同步脉冲发送模块5输出秒脉冲上升沿对应的时刻，由于同步秒脉冲上升沿与标准电流（电压）过零点时刻一致，则当t=0时, =0。f为标准电流（电压）信号的频率,其额定值为50Hz。被测电子式互感器8中的合并单元11接收同步脉冲发送模块5输出的秒脉冲信号，控制被测电子式互感器8对电流/电压输出模块4输出的正弦信号进行采样，得到一系列采样值，其中N的取值由被测电子式互感器8的采样频率f s 决定，如被测电子式互感器采样频率为4kHz,那么N取值为0-3999，采样值由合并单元11组装成IEC61850数据帧发送给被测互感器数字输入数据采集单元7。被测互感器数字输入数据采集单元7接收合并单元11发出的IEC61850数字帧，并将IEC61850数据帧中的采样值解析出来以数组的形式传输给数据处理及控制单元2；数据处理及控制单元2根据接收到的被测电子式互感器采样值数组，使用FFT算法计算得到被测电子式互感器输出信号的有效值和相位，则被测电子式互感器的比差为：，角差为：。
如图2所示，对于模拟输出式电子式互感器校准，被测电子式互感器8中的一次部分9连接至电流/电压输出模块4，并接收电路/电压信号，将其转换后传递给二次部分10；被测互感器模拟输入数据采集单元6在同步脉冲发送模块5的触发下，对二次部分10输出的模拟信号进行采样，并将数据传输给数据处理及控制单元2；数据处理及控制单元2根据接收到的被测电子式互感器采样数据使用FFT算法计算得到被测电子式互感器输出信号的有效值和相位，将输出信号的有效值与标准源输出的有效值进行比对，计算相对误差即可得到被测电子式互感器的比差；输出信号的相位即为被测电子式互感器的角差；数据处理及控制单元2将最后的计算结果及其他相关信息发送至人机交互单元3，人机交互单元3显示最终误差。
具体过程可以用以下公式表述：
电流/电压输出模块4输出的正弦信号为： ，其中t=0时刻为同步脉冲发送模块5输出秒脉冲上升沿对应的时刻，由于同步秒脉冲上升沿与标准电流（电压）过零点时刻一致，则当t=0时, =0。f为标准电流（电压）信号的频率,其额定值为50Hz。被测电子式互感器8中的一次部分9和二次部分10将电流/电压输出模块4输出的正弦信号转换为模拟小电压信号输出，假设被测电子式互感器的的变比为,则二次部分10输出的电压信号为：。被测互感器模拟输入数据采集单元6在同步脉冲发送模块5的触发下，对二次部分10输出的模拟信号进行采样，并将数据传输给数据处理及控制单元2；数据处理及控制单元2根据接收到的被测电子式互感器采样数据使用FFT算法计算得到被测电子式互感器输出信号的有效值和相位，则被测电子式互感器的比差为： ，角差为：。
其中的电流/电压输出模块4输出的信号为正弦波信号，准确度为0.01级。同步脉冲发送模块5发送出的同步信号与输出电流电压信号同步，其上升沿对应电流电压信号过零点，同步脉冲与输出电流电压信号过零点之间的相位误差不超过0.3分（相位角度所用的分）。
具体实施时，对于数字输出式电子式互感器校准，数据处理及控制单元2控制电流/电压输出模块4输出电流或者电压信号至被测电子式互感器，相关参数由操作人员通过人机交互单元3设定，其中需要设置的参数有：信号有效值,被测电子式互感器采样频率f s 。同时同步脉冲发送模块5发送与电流/电压输出模块4输出的电流或者电压信号过零点同步的信号（具体可以参考附图3），同步信号的频率为1Hz。
被测数字输出式电子式互感器合并单元11接收同步脉冲信号，输出IEC61850数据帧。被测互感器数字输入数据采集单元7接收IEC61850数据帧并进行解析，数据处理及控制单元2根据数字输入数据采集单元7解析的数据计算得到被测互感器的角差和比差。
对于模拟输出式电子式互感器的校准，数据处理及控制单元2控制电流/电压输出模块4输出电流或者电压信号至被测电子式互感器，相关参数由操作人员通过人机交互单元3设定，其中需要设置的参数有：信号有效值,被测电子式互感器变比。同时同步脉冲发送模块5发送与电流/电压输出模块4输出的电流或者电压信号过零点同步的信号（具体可以参考附图3）至被测互感器模拟输入数据采集单元6, 同步信号的频率为1Hz。被测互感器模拟输入数据采集单元6在同步信号的触发下对被测电子式互感器二次部分输出的模拟信号进行采样，并将采样数据传输给数据处理及控制单元2，数据处理及控制单元2通过相应计算即可得到被测电子式互感器的角差和比差。

Claims (2)

1.一种基于同步脉冲输出电源的电子式互感器校验装置，包括与数据处理及控制单元（2）分别相连的电流/电压输出模块（4）、同步脉冲发送模块（5）和数据采集单元，同步脉冲发送模块（5）与数据采集单元相连，其特征在于：电流/电压输出模块（4）输出的信号为正弦波信号，同步脉冲发送模块（5）发送出的同步信号与电流/电压输出模块（4）输出电流电压信号同步；数据处理及控制单元（2）根据数据采集单元所采集的数据计算被测电子式互感器的比差和角差；所述的数据采集单元包括被测互感器模拟输入数据采集单元（6）和被测互感器数字输入数据采集单元（7），同步脉冲发送模块（5）与被测互感器模拟输入数据采集单元（6）相连接；它还包括与数据处理及控制单元（2）相连接的人机交互单元（3）。
2.如权利要求1所述的电子式互感器校验装置，其特征在于：所述的同步脉冲发送模块（5）的输出的同步信号上升沿对应电流电压信号的过零点。
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