CN103018705A - 电流互感器励磁特性测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电流互感器励磁特性测试方法及装置，涉及电流互感器技术领域。该方法包括：交替将正直流电压和负直流电压加载至待测试的电流互感器的二次绕组两端，采集二次回路电流；根据所述电流互感器二次绕组铁芯的磁通量与所述电流互感器额定频率下的等效电压方均根值的关系，构建所述二次回路电流与所述等效电压方均根值之间关系的数学模型；以及根据所述数学模型，生成励磁特性曲线。本发明实施例的方法及装置不仅适用于需要较小测试电压的电流互感器，还可实现通过输出较小的电压与功率即可测试拐点高达上万伏的电流互感器，其适用范围广。

Description

电流互感器励磁特性测试方法及装置

技术领域

本发明涉及电流互感器技术领域，尤其涉及一种电流互感器励磁特性测试方法及装置。

背景技术

电磁式电流互感器简称电流互感器（Current transformer，CT）是电气测量和继电保护中一种常用设备，其依据电磁感应原理，通过铁芯耦合实现将数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，从而将高压电网大电流变换为小电流。电流互感器由闭合的铁芯和绕组组成，绕组包括一次绕组和二次绕组。一次绕组与高压回路一起称为一次回路。从电流互感器的二次绕组直到测量处的外部回路称为二次电流支路。

电流互感器为了实现一次、二次的能量传递，先要建立磁场，且这个磁场会有损耗，需要一定的电流才能维持，这个电流，称为励磁电流。电流互感器的二次绕组的励磁特性是决定电流互感器性能的重要因素，因此，励磁特性试验是检测保护电流互感器性能最常用、最有效的方法，根据励磁特性试验所获得的励磁特性曲线，能够测量国家标准GB 16847-1997《保护用电流互感器暂态特性技术要求》、GB 1208-2006《电流互感器》中所提到的衡量电流互感器的性能指标，例如：电流互感器的复合误差，估算电流互感器的准确限值系数（ALF），计算电流互感器二次时间常数Ts、拐点、复合误差、剩磁系数、暂态特性（TP级CT）等参数。

常规的电流互感器励磁特性测试采用工频方法，即在二次绕组两端施加工频电压。这种方法适用于一定类型的电流互感器，但是，目前工程实践中大量应用的电流互感器为额定二次电流为1A的保护用P级、TP级电流互感器，特别是在超高压、特高压系统及大容量发电机组中。此类电流互感器的拐点电压非常高，在对此类电流互感器进行励磁特性测试时，需要对二次绕组施加的工频电压一般都在2000V以上，有的更高达20000V以上。对二次绕组施加如此高的电压进行测试，所需设备容量很大，电压太高不能保证试验操作人员及二次接线端子的安全，无法进行试验，因此，采用工频方法进行电流互感器励磁特性的测试的适用范围是有限的。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是：提供一种电流互感器励磁特性测试方法及装置，其具有广泛的适用范围。

为实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种电流互感器励磁特性测试方法，包括：

交替将正直流电压和负直流电压加载至待测试的电流互感器的二次绕组两端，采集二次回路电流；

根据电流互感器二次绕组铁芯的磁通量与电流互感器额定频率下的等效电压方均根值的关系，构建所述二次回路电流与所述等效电压方均根值之间关系的数学模型；以及

根据所述数学模型生成励磁特性曲线。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述数学模型为：

$\mathrm{Uc}=\frac{2\mathrm{\πf}}{\sqrt{2}}*\left\{{\∫}_0^t\right[U\left(t\right)-\mathrm{Rct}*\mathrm{Ict}\left(t\right)]\mathrm{dt}+\mathrm{\Φ}\left(0\right)\}$

其中，Uc为所述电流互感器额定频率下的等效电压方均根值；f为所述电流互感器额定频率；U(t)为t时刻加载至所述二次绕组两端的直流电压的幅值；Rct为所述二次绕组的直流电阻；Ict(t)为t时刻采集到的二次回路电流；Φ(0)为初始时刻所述二次绕组铁芯的磁通量。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，每次将正直流电压或负直流电压加载至待测试的电流互感器的二次绕组两端，采集二次回路电流的步骤包括：

设置目标二次回路电流值；

将正直流电压或负直流电压加载至待测试的电流互感器的二次绕组两端；以及

采集二次回路电流值，直至采集到的二次电流值达到所设置的目标二次回路电流值，停止将所述正直流电压或负直流电压加至待测试的电流互感器的二次绕组两端。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，在所述交替将正直流电压和负直流电压加载至待测试的电流互感器的二次绕组两端，采集二次回路电流的步骤中：至少进行一次正直流电压和负直流电压的加载。

结合第一方面的第二种或第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，每次所设置的目标二次回路电流值全部相同或不全相同；每次加载的正直流电压和负直流电压的幅值全部相同或不全相同。

结合第一方面的第一至第四种可能的实现方式中的任一种，在第五种可能的实现方式中，所述方法还包括：

向所述待测试的电流互感器的二次绕组两端输入直流电流，测试所述二次绕组两端电压以及二次回路电流；以及

根据测试得到的所述二次绕组两端电压以及二次回路电流，获得所述二次绕组的直流电阻Rct。

结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，每次加载的正直流电压和负直流电压的幅值大于Rct*Ict_目标，其中，Ict_目标为所设置的目标二次回路电流值。

第二方面，本发明实施例提供了一种电流互感器励磁特性测试装置，包括：

测试单元，用于交替将正直流电压和负直流电压加载至待测试的电流互感器的二次绕组两端，采集二次回路电流；

模型构建单元，用于根据电流互感器二次绕组铁芯的磁通量与电流互感器额定频率下的等效电压方均根值的关系，构建所述二次回路电流与所述等效电压方均根值之间关系的数学模型；以及

励磁特性曲线生成单元，用于根据所述模型构建单元构建的所述数学模型，生成励磁特性曲线。

结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述测试单元包括：

功率输出子单元，用于交替将正直流电压和负直流电压加载至待测试的电流互感器的二次绕组两端；以及

电流采集子单元，用于在所述功率输出子单元将直流电压加载至待测试的电流互感器的二次绕组两端后，采集所述待测试的电流互感器的二次回路电流。

结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，功率输出子单元还用于在所述待测试的电流互感器的二次绕组的两端输入直流电流；

所述测试单元还包括：

电压采集子单元，用于采集输入所述直流电流后，所述待测试的电流互感器的二次绕组两端的电压；

所述电流采集子单元还用于采集输入所述直流电流后，所述待测试的电流互感器的二次回路电流；

计算子单元，用于根据所述电压采集子单元采集到的所述二次绕组两端的电压以及所述电流采集子单元采集到的所述二次回路电流计算所述二次绕组的直流电阻。

本发明实施例提供的方法及装置采用交替加载正负直流电压并构建二次回路电流与等效电压方均根值之间关系的数学模型的方法测试电磁式电流互感器的励磁特性，不仅适用于需要较小测试电压的电流互感器，还可实现通过输出较小的电压与功率即可测试拐点高达上万伏的电流互感器，其适用范围广。

此外，本发明实施例提供的方法及装置在电流互感器二次绕组两端交替加载正负直流电压，连续多个正负直流电压的输入可获得更加精确的励磁特性曲线，提高励磁特性测试的精度。

附图说明

图1为本发明实施例的电流互感器励磁特性测试方法的流程图；

图2为电流互感器二次回路的等效电路图；

图3为本发明实施例的电流互感器励磁特性测试装置的结构框图。

具体实施方式

本发明的电流互感器励磁特性测试方法及装置，结合附图及实施例详细说明如下。

如图1所示，本发明实施例的电流互感器励磁特性测试方法，包括：

S1.交替将正直流电压和负直流电压加载至待测试的电流互感器的二次绕组两端，采集二次回路电流。

S2.根据所述电流互感器二次绕组铁芯的磁通量与所述电流互感器额定频率下的等效电压方均根值的关系，构建所述二次回路电流与所述等效电压方均根值之间关系的数学模型。

电流互感器二次绕组铁芯的磁通量与二次回路电流有如下关系：

$\mathrm{\Φ}\left(t\right)={\∫}_0^t[U\left(t\right)-\mathrm{Rct}*\mathrm{Ict}\left(t\right)]\mathrm{dt}+\mathrm{\Φ}\left(0\right)---\left(1\right)$

其中，Φ(t)为t时刻电流互感器二次绕组铁芯的磁通量；U(t)为t时刻加载至该二次绕组两端的直流电压的幅值；Rct为该二次绕组的直流电阻；Ict(t)为t时刻采集到的二次回路电流；Φ(0)为初始时刻该二次绕组铁芯的磁通量；且电流互感器二次绕组铁芯的磁通量与所述电流互感器额定频率下的等效电压方均根值有如下关系：

$\mathrm{Uc}=\frac{2\mathrm{\πf}}{\sqrt{2}}*\mathrm{\Φ}---\left(2\right)$

因此，根据公式（1)以及公式（2）可在步骤S2中可构建如下数学模型：

$\mathrm{Uc}=\frac{2\mathrm{\πf}}{\sqrt{2}}*\left\{{\∫}_0^t\right[U\left(t\right)-\mathrm{Rct}*\mathrm{Ict}\left(t\right)]\mathrm{dt}+\mathrm{\Φ}\left(0\right)\}---\left(3\right)$

其中，Uc为该电流互感器额定频率下的等效电压方均根值。

S3.根据步骤S2所建立的数学模型，生成励磁特性曲线。

如图2所示，为电磁式电流互感器二次回路的等效电路图。本发明实施例的方法采用在二次绕组的两端S1、S2（电流互感器的负载端也即测量端）上交替加载正负直流电压U，并构建二次回路电流与等效电压方均根值之间关系的数学模型的方法测试电磁式电流互感器的励磁特性，不仅适用于需要较小测试电压的电流互感器，还可实现通过输出较小的电压与功率即可测试拐点高达上万伏的电流互感器，其适用范围广。

具言之：在步骤S1中，每次将正直流电压或负直流电压加载至待测试的电流互感器的二次绕组两端均包括以下步骤：

S11.设置本次加载直流电压的目标二次回路电流值Ict_目标，该值可根据待测试的电流互感器的直流电阻Rct以及功率输出的负载能力进行适当的设置；

需要说明的是，每次加载直流电压所设置的目标二次回路电流值可全部相同也可不全相同，从而，达到目标二次回路电流值的时间也即每次直流电压的加载时间可全部相同也可不全相同。

S12.将正/负的直流电压U加载至该电流互感器的二次绕组的两端；

S13.采集二次回路电流，直至采集到的二次回路电流值达到所设置的目标二次回路电流值Ict_目标，停止将该正/负直流电压加载至待测试的电流互感器的二次绕组两端。

此后，按照步骤S11-S13进行下一个负/正直流电压的加载，以此类推。在本发明实施例的方法中，应保证正直流电压和负直流电压的至少一次交替加载，从而实现电流互感器铁芯的自动退磁；此外，越多次的正负直流电压的加载，越能获得更加精确的励磁特性曲线，从而提高励磁特性测试的精度。

此外，电流互感器的二次绕组的直流电阻Rct可通过以下步骤获得：

向待测试的电流互感器的二次绕组两端输入设定值的直流电流，测试该二次绕组两端电压以及二次回路电流，根据测试得到的二次绕组两端电压以及二次回路电流，获得二次绕组的直流电阻Rct。可多次测试通过该直流电流后二次绕组两端电压以及二次回路电流，以获得更准确的直流电阻Rct的值。

需要说明的是，在步骤S1中，交替加至待测试的电流互感器的二次绕组两端的正/负直流电压的电压幅值在满足大于Rct*Ict_目标的前提下，每次加载至二次绕组两端的直流电压的幅值可全部相同或不全相同。

根据步骤S3所获得的励磁特性曲线，可以得到电流互感器的复合误差，估算电流互感器的准确限值系数（ALF），计算电流互感器二次时间常数Ts、拐点、复合误差、剩磁系数、暂态特性（TP级CT）等参数，进而完成对该待测试的电流互感器的励磁特性测试。

如图3所示，本发明实施例还提供了一种电流互感器励磁特性测试装置，该装置包括：测试单元100、模型构建单元200以及励磁特性曲线生成单元300。其中：

测试单元100用于交替将正直流电压和负直流电压加载至待测试的电流互感器的二次绕组两端，采集二次回路电流。

模型构建单元200用于根据电流互感器二次绕组铁芯的磁通量与电流互感器额定频率下的等效电压方均根值的关系，构建二次回路电流与该等效电压方均根值之间关系的数学模型。

励磁特性曲线生成单元300用于根据模型构建单元200所构建的该数学模型，生成励磁特性曲线。

在本发明实施例的装置中，测试单元100进一步包括：功率输出子单元101以及电流采集子单元102。其中，功率输出子单元101用于在电流互感器的二次绕组的两端至少一次交替加载正直流电压和负直流电压。电流采集子单元102用于采集该电流互感器二次绕组的二次回路电流。

另外，该测试单元100还包括电压采集子单元103以及计算子单元104。功率输出子单元101还用于在待测试的电流互感器的二次绕组的两端通入设定值的直流电流。电压采集子单元103用于采集通入直流电流时的二次绕组的两端的电压，电流采集子单元102采集此时二次绕组的二次回路电流。计算子单元104根据电压采集子单元103采集到的二次绕组两端的电压以及电流采集子单元102采集到的二次回路电流计算该二次绕组的直流电阻。

此外，本发明实施例的装置在上述各部分的基础上还可包括：控制单元10、接口单元400以及显示单元500。

其中，控制单元10与本发明的装置的各组成部分均相连，用于控制各组成部分完成其功能。

接口单元400与外连装置（如鼠标键盘、PC、移动终端等）相连，用于实现本装置与外连装置的通信，以接收通过外连装置输入的命令，或将本装置生成的励磁特性曲线发送出去。

显示单元500与励磁特性曲线生成单元300相连，用于显示该励磁特性曲线生成单元300生成的励磁特性曲线。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种电流互感器励磁特性测试方法，其特征在于，包括：

交替将正直流电压和负直流电压加载至待测试的电流互感器的二次绕组两端，采集二次回路电流；

根据电流互感器二次绕组铁芯的磁通量与电流互感器额定频率下的等效电压方均根值的关系，构建所述二次回路电流与所述等效电压方均根值之间关系的数学模型；以及

根据所述数学模型生成励磁特性曲线。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数学模型为：

$\mathrm{Uc}=\frac{2\mathrm{\πf}}{\sqrt{2}}*\left\{{\∫}_0^t\right[U\left(t\right)-\mathrm{Rct}*\mathrm{Ict}\left(t\right)]\mathrm{dt}+\mathrm{\Φ}\left(0\right)\}$

其中，Uc为所述电流互感器额定频率下的等效电压方均根值；f为所述电流互感器额定频率；U(t)为t时刻加载至所述二次绕组两端的直流电压的幅值；Rct为所述二次绕组的直流电阻；Ict(t)为t时刻采集到的二次回路电流；Φ(0)为初始时刻所述二次绕组铁芯的磁通量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，每次将正直流电压或负直流电压加载至待测试的电流互感器的二次绕组两端，采集二次回路电流的步骤包括：

设置目标二次回路电流值；

将正直流电压或负直流电压加载至待测试的电流互感器的二次绕组两端；以及

采集二次回路电流值，直至采集到的二次电流值达到所设置的目标二次回路电流值，停止将所述正直流电压或负直流电压加载至待测试的电流互感器的二次绕组两端。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述交替将正直流电压和负直流电压加载至待测试的电流互感器的二次绕组两端，采集二次回路电流的步骤中：至少进行一次正直流电压和负直流电压的加载。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，每次所设置的目标二次回路电流值全部相同或不全相同；每次加载的正直流电压和负直流电压的幅值全部相同或不全相同。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

向所述待测试的电流互感器的二次绕组两端输入直流电流，测试所述二次绕组两端电压以及二次回路电流；以及

根据测试得到的所述二次绕组两端电压以及二次回路电流，获得所述二次绕组的直流电阻Rct。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，每次加载的正直流电压和负直流电压的幅值大于Rct*Ict_目标，其中，Ict_目标为所设置的目标二次回路电流值。

8.一种电流互感器励磁特性测试装置，其特征在于，包括：

测试单元，用于交替将正直流电压和负直流电压加载至待测试的电流互感器的二次绕组两端，采集二次回路电流；

模型构建单元，用于根据电流互感器二次绕组铁芯的磁通量与电流互感器额定频率下的等效电压方均根值的关系，构建所述二次回路电流与所述等效电压方均根值之间关系的数学模型；

励磁特性曲线生成单元，用于根据所述模型构建单元构建的所述数学模型，生成励磁特性曲线。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述测试单元包括：

功率输出子单元，用于交替将正直流电压和负直流电压加载至待测试的电流互感器的二次绕组两端；以及

电流采集子单元，用于在所述功率输出子单元将直流电压加载至待测试的电流互感器的二次绕组两端后，采集所述待测试的电流互感器的二次回路电流。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，功率输出子单元还用于在所述待测试的电流互感器的二次绕组的两端输入直流电流；

所述测试单元还包括：

电压采集子单元，用于采集输入所述直流电流后，所述待测试的电流互感器的二次绕组两端的电压；

所述电流采集子单元还用于采集输入所述直流电流后，所述待测试的电流互感器的二次回路电流；

计算子单元，用于根据所述电压采集子单元采集到的所述二次绕组两端的电压以及所述电流采集子单元采集到的所述二次回路电流计算所述二次绕组的直流电阻。

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