CN103605038A - 一种电子式电流互感器的保护级误差检测校验系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子式电流互感器的保护级误差校验系统，包括分别与保护级误差校验装置相连的标准电流互感器和被测电子式电流互感器；标准电流互感器依次通过标准信号转化装置、GPIB接口与保护级误差校验装置相连；被测电子式电流互感器通过网络适配器与保护级误差校验装置相连；保护级误差校验装置对标准电流互感器的输出电压和被测电子式电流互感器的输出信号进行采集和计算，从而对被测电子式电流互感器的进行误差校正；和现有技术相比，本发明提供的一种电子式电流互感器的保护级误差校验系统，能够克服罗氏线圈因微分产生的相移问题，提高了电子式电流互感器的保护级误差校验精度。

Description

一种电子式电流互感器的保护级误差检测校验系统

技术领域

本发明涉及一种互感器保护级误差检测校验系统，具体涉及一种罗氏线圈结构电子式电流互感器的保护级误差检测校验系统。

背景技术

电子式电流互感器（ECT）的保护级误差是指电子式电流互感器的一次绕组内励磁电流在一个周期内的积分相对于电流的百分数。随着电子式电流互感器在电力系统中的大量应用与发展，各等级保护用电子式电流互感器的误差限值具有明确规定，使得在电力系统因短路故障出现大电流时，电子式电流互感器保护用绕组能够给继电器发出跳闸信息排除短路故障。

目前电子式电流互感器的保护级误差测量方式为采用传统电流互感器直接法测量，主要包括数字校验法；数字校验法为通过数据采集装置将标准电磁式互感器输出信号和待测电子式电流互感器输出信号读入计算机，计算电子式电流互感器的精度等级和保护级误差。

但上述方法不适用于检测因二次输出信号相移90°的具有罗氏线圈结构的电子式电流互感器。当有电流从罗氏线圈中心流过时，线圈两端会产生感应电势

由于罗氏线圈二次输出是对一次电流的微分信号，要恢复与一次电流等比例的信号就必须加入积分环节，因此需提供一种有效的带积分环节的电子式电流互感器保护级误差检测方式，避免上述罗氏线圈因微分产生的相移问题。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种电子式电流互感器的保护级误差校验系统，所述系统包括分别与保护级误差校验装置相连的标准电流互感器和被测电子式电流互感器；所述标准电流互感器依次通过标准信号转化装置、GPIB接口与所述保护级误差校验装置相连；所述被测电子式电流互感器通过网络适配器与所述保护级误差校验装置相连；所述被测电子式电流互感器包括合并单元和和罗氏线圈；

所述保护级误差校验装置对所述标准电流互感器的输出电压和所述被测电子式电流互感器的输出信号进行采集和计算，从而对所述被测电子式电流互感器的进行误差校正；所述被测电子式电流互感器的输出信号为电压信号或符合GB/T20840.9-2007标准中61850-9-1协议和61850-9-2/LE协议的网络数据包。

所述的，所述系统的电源包括电源调节装置，所述电源调节装置实时检测所述输出电压和所述输出信号并调整所述标准电流互感器和所述被测电子式电流互感器的输入电压。

所述的，所述保护级误差校验装置包括参数提取模块、误差计算模块和同步时钟模块；所述参数提取模块包括电压同步采集单元和网络数据包采集单元；

所述参数提取模块用于采集所述输出电压和所述输出信号；所述同步时钟模块将产生的脉冲分别输入到所述标准信号转化装置与所述合并单元，将所述输出电压和所述输出信号进行同步传输；

所述的，所述标准信号转化装置包括标准电阻和A/D转换器；所述标准电阻将所述标准电流互感器输出的电流信号转换为电压信号，并通过所述A/D转换器将其转换为数字量电压信号；所述同步时钟模块将产生的脉冲输入到所述A/D转换器和所述合并单元；

采集电压信号时，所述参数提取模块通过所述电压同步采集单元采集所述数字量电压信号和所述合并单元输出的数字量信号；

采集网络数据包时，所述参数提取模块通过所述网络数据包采集单元对网络适配器传输的网络数据包进行解析，从而获取所述被测电子式电流互感器的传输数据；。

所述的，所述的，所述保护级误差校验装置对所述被测电子式电流互感器进行误差校验，包括：

步骤1：对所述标准电流互感器的输出电压和所述被测电子式电流互感器的输出电压分别进行希尔伯特积分变换，获取所述标准电流互感器的输出误差；

步骤2：采用三次样条插值法对电源频率范围为49.5～50.5HZ时的所述标准电流互感器的输出误差进行插值并将所述输出误差拟合为误差曲线；

步骤3：依据所述误差曲线和实时的电源频率值对通过希尔伯特积分变换后的所述被测电子式电流互感器的输出信号进行误差修正，并计算所述被测电子式电流互感器的保护级误差。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明技术方案中，采用基于希尔伯特积分变换算法的软件代替硬件积分器，使得保护级误差校验装置的功耗下降30％，显著提高了保护级误差校验装置的电源装置中激光模块的工作寿命和可靠性；

2、本发明技术方案中，采用基于希尔伯特积分变换算法能够提高电子式电流互感器的稳态精度和保护级误差的检测校验的精准度；

3、本发明技术方案中，采用同步时钟模块将产生的脉冲输入到A/D转换器和合并单元，确保标准电流互感器和被测电子式电流互感器能够将信号同步输入到保护级误差校验装置；

4、本发明技术方案中，标准信号转化装置结构简单，较易实现；主要由精密小互感器线圈、标准电阻、A/D转换器等实现，用于把小电流信号转为所需要的电压信号；

5、本发明技术方案中，网络数据包采集单元通用性强、较易移植；适用于符合61850-9-1协议和61850-9-2/LE协议的网络数据包采集工作，可用于支持C、C++、Visual C++等平台；

6、本发明技术方案中，误差校验采用希尔伯特积分变换和三次样条插值法对误差值进行计算，算法结构简单易行，占用软件和硬件资源较少。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是：本发明实施例中一种电子式电流互感器的保护级误差检测校验系统结构图；

图2是：本发明实施例中一种电子式电流互感器的保护级误差检测校验系统流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种能够有效避免罗氏线圈电子式电流互感器的罗氏线圈由于微分产生相移的保护级误差检测校验系统；图1示出了电子式电流互感器的保护级误差检测校验系统结构图，所述系统包括标准电流互感器、被测电子式电流互感器、保护级误差校验装置和标准信号转化装置；标准信号转化装置包括标准电阻和A/D转换器，被测电子式电流互感器包括合并单元，保护级线圈为罗氏线圈；保护级误差校验装置包括参数提取模块、误差计算模块和同步时钟模块；

保护级误差校验装置对标准电流互感器的输出电压和被测电子式电流互感器的输出信号进行采集和计算，从而对被测电子式电流互感器的进行误差校验；被测电子式电流互感器的输出信号为电压信号或符合GB/T20840.9-2007协议的网络数据包；

标准电流互感器依次通过标准电阻、A/D转换器、GPIB接口与参数提取模块相连；被测电子式电流互感器依次通过合并单元、网络适配器与参数提取模块相连；同步时钟模块分别与A/D转换器和合并单元相连，将产生的同步脉冲输入到合并单元和A/D转换器，确保标准电流互感器的输出电压和被测电子式电流互感器的输出信号能够进行同步传输；

标准电阻将标准电流互感器输出的电流信号转换为电压信号，并通过A/D转换器将其转换为数字量电压信号；合并单元将被测电子式电流互感器的传输数据转换为数字量信号和网络数据包；

参数提取模块用于采集标准电流互感器的输出电压和被测电子式电流互感器的输出信号；若采集电压信号时，参数提取模块通过电压同步采集单元采集数字量电压信号与合并单元输出的数字量信号；若采集网络数据包时，参数提取模块通过网络数据包采集单元对网络适配器传输的网络数据包进行解析，从而获取被测电子式电流互感器的传输数据；网络数据包为符合GB/T20840.9-2007标准中61850-9-1协议和61850-9-2/LE协议的网络数据包。

本发明提供的电子式电流互感器的保护级误差检测校验系统的电源包括电源调节装置，电源调节装置用于实时检测标准电流互感器的输出电压和被测电子式电流互感器的输出信号，并调整标准电流互感器和被测电子式电流互感器的输入电压。

本发明提供的一种电子式电流互感器的保护级误差检测校验系统的工作过程如图2所示；

1、保护级误差校验装置对标准电流互感器的输出电压或被测电子式电流互感器的输出信号分别进行显示和希尔伯特积分变换；

①：对标准电流互感器的输出电压或被测电子式电流互感器的输出信号的时间实信号f(t)频谱函数进行傅里叶反变换（式1），得到标准电流互感器的输出电压和被测电子式电流互感器的输出信号的时间复信号，即解析信号f_s(t)  （式2）；

时间实信号f(t)的单边频谱的复信号为：

$F_s\left(\mathrm{j\&omega;}\right)=F\left(\mathrm{j\&omega;}\right)[1+\mathrm{sgn\&omega;}]=\left\{\begin{array}{cc}2F\left(\mathrm{j\&omega;}\right),& \mathrm{\&omega;}>0\\ 0,& \mathrm{\&omega;}<0\end{array}\right.;$ 式（1）

通过卷积定理得到解析信号f_s(t)：

$f_s\left(t\right)=F^{-1}\left\{F_s\left(\mathrm{j\&omega;}\right)\right\}=f\left(t\right)*[\mathrm{\&delta;}\left(t\right)+j\frac{1}{\mathrm{\&pi;t}}]=f\left(t\right)+j\frac{1}{\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}\frac{f\left(\mathrm{\&tau;}\right)}{t-\mathrm{\&tau;}}\mathrm{d\&tau;}=f\left(t\right)+j\hat{f}\left(t\right);$ 式（2）

则 $\hat{f}\left(t\right)=\frac{1}{\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}\frac{f\left(\mathrm{\&tau;}\right)}{t-\mathrm{\&tau;}}\mathrm{d\&tau;},f\left(t\right)=-\frac{1}{\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}\frac{\widehat{f\left(\mathrm{\&tau;}\right)}}{t-\mathrm{\&tau;}}\mathrm{d\&tau;};$ 式（3）

时间实信号f(t)的频谱函数

式（4）

通过频谱函数

可知通过希尔伯特积分变换可以让时间实信号f(t)通过一个全通相移网络来代替实现，时间实信号f(t)的所有正频率分量产生滞后90°的相移，所有负频率分量产生超前90°的相移；因此希尔伯特积分变换无需进行傅里叶级数分解就能将时间实信号f(t)的所有谐波分量成分都相移90°，并保持各次谐波的幅值不变，罗氏线圈（Rogowski）及采样电阻相当于一个微分环节，希尔伯特积分变换能够对罗氏线圈二次输出电压积分，使输出电压或输出信号还原为被测电流波形。

2、获取通过希尔伯特积分变换后的标准电流互感器的输出误差，由于电网频率波动范围为49.5～50.5HZ，因此采用三次样条插值法对电源频率范围为49.5～50.5HZ时标准电流互感器的输出误差进行插值并将输出误差拟合为误差曲线。

3、依据误差曲线和实时的电源频率值对通过希尔伯特积分变换后的被测电子式电流互感器的输出信号进行误差修正，并计算被测电子式电流互感器的保护级误差；

电子式电流互感器的保护级误差为

其中，K_rd为额定变比；I_p为一次电流方均根值；i_p为一次电流瞬时值；i_s为二次电流的数字量信号，即合并单元的输出信号；T为一个周期；n为数据集的计数个数；t_n为一次电流及电压第n个数据集采样完毕的时间；k为累加周期数；T_s为一次电流两个样本之间的时间间隔。

本实施例中的110kV电力系统，电子式电流互感器额定一次电流为600A，在相同的条件下对保护级误差校验装置中的标准信号与被测信号分别采用复化梯形算法和希尔伯特积分变换算法时，其试验对比结果如下表所示：

通过上表所示结果表明，对于标准50Hz的电源正弦信号，采样率越高，采用复化梯形算法的准确度越高，而希尔伯特积分变换算法则不受采样率影响；对于电源信号频率在49.5～50.5Hz范围内的波动，希尔伯特积分变换算法的影响要小于复化梯形算法，因此在计算误差限值5%的复合误差时采用希尔伯特积分变换算法能够更加满足实际检测对检测精度的要求。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (5)

1.一种电子式电流互感器的保护级误差校验系统，其特征在于，所述系统包括分别与保护级误差校验装置相连的标准电流互感器和被测电子式电流互感器；所述标准电流互感器依次通过标准信号转化装置、GPIB接口与所述保护级误差校验装置相连；所述被测电子式电流互感器通过网络适配器与所述保护级误差校验装置相连；所述被测电子式电流互感器包括合并单元和和罗氏线圈；

所述保护级误差校验装置对所述标准电流互感器的输出电压和所述被测电子式电流互感器的输出信号进行采集和计算，从而对所述被测电子式电流互感器的进行误差校正；所述被测电子式电流互感器的输出信号为电压信号或符合GB/T20840.9-2007标准中61850-9-1协议和61850-9-2/LE协议的网络数据包。

2.如权利要求1所述的一种电子式电流互感器的保护级误差校验系统，其特征在于，所述系统的电源包括电源调节装置，所述电源调节装置实时检测所述输出电压和所述输出信号并调整所述标准电流互感器和所述被测电子式电流互感器的输入电压。

3.如权利要求1所述的一种电子式电流互感器的保护级误差校验系统，其特征在于，所述保护级误差校验装置包括参数提取模块、误差计算模块和同步时钟模块；所述参数提取模块包括电压同步采集单元和网络数据包采集单元；

所述参数提取模块用于采集所述输出电压和所述输出信号；所述同步时钟模块将产生的脉冲分别输入到所述标准信号转化装置与所述合并单元，将所述输出电压和所述输出信号进行同步传输。

4.如权利要求4所述的一种电子式电流互感器的保护级误差校验系统，其特征在于，所述标准信号转化装置包括标准电阻和A/D转换器；所述标准电阻将所述标准电流互感器输出的电流信号转换为电压信号，并通过所述A/D转换器将其转换为数字量电压信号；所述同步时钟模块将产生的脉冲输入到所述A/D转换器和所述合并单元；

采集电压信号时，所述参数提取模块通过所述电压同步采集单元采集所述数字量电压信号和所述合并单元输出的数字量信号；

采集网络数据包时，所述参数提取模块通过所述网络数据包采集单元对网络适配器传输的网络数据包进行解析，从而获取所述被测电子式电流互感器的传输数据。

5.如权利要求1所述的一种电子式电流互感器的保护级误差校验系统，其特征在于，所述保护级误差校验装置对所述被测电子式电流互感器进行误差校验，包括：

步骤1：对所述标准电流互感器的输出电压和所述被测电子式电流互感器的输出电压分别进行希尔伯特积分变换，获取所述标准电流互感器的输出误差；

步骤2：采用三次样条插值法对电源频率范围为49.5～50.5HZ时的所述标准电流互感器的输出误差进行插值并将所述输出误差拟合为误差曲线；

步骤3：依据所述误差曲线和实时的电源频率值对通过希尔伯特积分变换后的所述被测电子式电流互感器的输出信号进行误差修正，并计算所述被测电子式电流互感器的保护级误差。

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