CN104569897B - 一种基于标准罗氏线圈的电子式电流互感器校验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于标准罗氏线圈的电子式电流互感器校验系统，以标准罗氏线圈作为标准源，标准信号输出直接实现数字化，在电子式互感器校验仪部分无需额外设置模数转换模块，即可实现对一次电流信号的误差及相差数据的测量。线圈内部无铁芯，不受铁磁谐振及磁饱和效应影响，动态宽，测量范围广；双重配置可调采集单元采用双重配置，第一级配置系数K0可保证不同的电子回路在处理相同的模拟信号时能够得出一个恒定的数字信号，即保证不同电子回路的一致性，适用于批量生产，以及在故障时更换电子回路后无需更改二级配置系数Kn，自适应校准；第二级配置系数KX实现了不同一次电流的宽范围测量，保证不同档位高精度要求。

Description

一种基于标准罗氏线圈的电子式电流互感器校验系统

技术领域

本发明属于电力系统计量设备校准领域，具体涉及一种基于标准罗氏线圈的电子式电流互感器校验系统。

背景技术

随着智能电网的发展，电子式电流互感器作为智能变电站中的关键设备，得到了越来越广泛的应用，其稳定性及可靠性关系到智能电网的健康、快速、稳健发展，受到了电力行业内越来越广泛的关注。

电子式电流互感器多采用新型传感器传变作一次电流信号，如罗氏线圈、LPCT、磁光玻璃、保偏光纤等。目前，电子式电流互感器的准确度校验是以传统方法为基础，即以含铁芯的传统标准电流互感器作为标准源，采用对铁芯绕组抽头引线的方式满足不同规格额定一次电流的测量，通过电子式互感器校验仪内部的模数转换模块，将其输出的模拟信号装换为数字信号，再与被测电子式互感器的数字信号进行比对，得出误差及相差数据。这种采用铁芯式标准电流互感器的校验方式存在铁磁谐振及铁磁饱和缺陷、增容困难、二次接线繁琐以及二次开路高压危险等问题。

随着工业技术的不断进度，采用先进的工艺方法及多层屏蔽技术，罗氏线圈在小量程条件下传变精度即可达到0.02级，因其还具有测量范围广，频带响应宽等优势，使基于罗氏线圈的电子式电流互感器在新一代智能变电站得到了越来越广泛的应用。而为保证罗氏线圈精度无损，不易采用抽头接线方式来实现罗氏线圈对不同额定一次电流测量，那么就需要通过调整采集单元内部配置，实现罗氏线圈对不同额定一次电流的测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于标准罗氏线圈的电子式电流互感器校验系统，以满足采用标准罗氏线圈对不同额定一次电流进行测量时的精度及稳定性的要求。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于标准罗氏线圈的电子式电流互感器校验系统，包括穿过升流器的一次导体，一次导体上穿设有用于采集检测其电流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为由标准罗氏线圈和双重配置可调采集单元构成的罗氏线圈标准电流互感器，罗氏线圈标准电流互感器和被测电子式电流互感器的信号输出端通过计量用合并单元与模/数双标准信号接入型电子互感器校验仪连接；所述双重配置可调采集单元用于将标准罗氏线圈输出的模拟电压信号转换为数字信号并进行双重配置后输出标准数字信号；该双重配置可调采集单元的配置过程包括如下步骤：

(1)利用待配置的电流互感器采集单元测量不同档位额定一次电流的标准值I_X，得到与其成函数关系的数字量f(I)_X，再根据公式f(I)_X·K₀·K_X＝E使该采集单元输出数字信号额定值E，其中，K₀为第一级配置系数，K_X为与不同档位额定一次电流相对应的第二级配置系数，X表示不同的档位；

(2)根据该电流互感器所应用的场合，将对应的K₀和K_X作为固定参数配置到该互感器中。

第一级配置系数K₀通过精度校准方法得出。

将根据公式f(I)·K₀·K_X＝E得到的各档位对应的第二级配置系数K_X存储于工控机中，在对不同档位的额定一次电流进行测量时，由工控机通过光电转换单元固化到对应采集单元中。

所述双重配置可调采集单元输出的标准数字信号为异步FT3或曼码格式的数字信号。

所述计量用合并单元用于将双重配置可调采集单元输出的标准数字信号转换为符合IEC61850-9-2-LE通信规约的数字量后输出到电子互感器校验仪中。

所述电子互感器校验仪的标准源输入端具有模拟信号及数字信号两路接口，以满足接入数字标准信号或模拟标准信号的需求。

本发明基于标准罗氏线圈的电子式电流互感器校验系统以标准罗氏线圈作为标准源，标准信号输出直接实现数字化，在电子式互感器校验仪部分无需额外设置模数转换模块，即可实现对一次电流信号的误差及相差数据的测量。线圈内部无铁芯，不受铁磁谐振及磁饱和效应影响，动态宽，测量范围广，既能满足一次电流小量程条件下的高精度校验，又可满足对大电流的测量校验，可实现对几安培至数十万安培的电流测量；采用多层屏蔽处理技术，使其具有传变精度高、抗外磁场干扰能力强等优点，且在二次侧无开路高压的危险隐患，提高计量工作的安全性；信号传输环节全面实现数字化，符合智能电网对运行设备信息化及智能化的要求。

另外，由于标准电流互感器要求必须精度高、稳定性好，由于采集单元的电子回路包括了滤波、差分、积分、A/D采样等多个部分，电子回路硬件部分不如传统抽头式铁芯标准互感器稳定好，相对易发生故障等问题，一旦电子回路出现故障就必须更换，更换后就需要对该标准电流互感器重新进行标定，对配置系数进行调整。如果不重新进行标定，就会影响该标准电流互感器的精度。本发明采用数字信号处理完成标准电流互感器不同规格额定一次电流测量的功能，对标准电流互感器采集单元的数字信号进行双重配置可保证不同规格额定一次电流测量的高精度，同时在出现问题时可以在保证精度要求下更换采集单元的电子回路，只需调整与更换后的采集单元相适应的精度配置系数K₀即可，不必重复测算不同规格的档位系数K_X，实现自适应校准，使用较为方便。

本发明的双重配置方式相对一个配置系数而言的优点在于：由于不同的电子回路自身器件存在误差，一级配置系数K₀可保证不同的电子回路在处理相同的模拟信号时能够得出一个恒定的数字信号，即保证不同电子回路的一致性，适用于批量生产，以及在故障时更换电子回路后无需更改二级配置系数K_X，自适应校准；二级配置系数K_X实现了不同一次电流的宽范围测量，保证不同档位高精度要求；两个配置系数相比于一个配置系数更灵活、操作性也更强，可满足作为标准电流互感器的高精度要求。

附图说明

图1为本发明电子式电流互感器校验系统结构原理图；

图2为双重配置系统原理图；

图3为双重配置可调采集单元数字信号处理流程图；

图4为人机程序界面示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

如图1所示为本发明电流互感器校验系统结构原理图，由图可知，该系统包括穿过升流器的一次导体，一次导体上穿设有用于采集检测其电流的罗氏线圈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为由标准罗氏线圈和双重配置可调采集单元构成的罗氏线圈标准电流互感器，罗氏线圈标准电流互感器和被测电子式电流互感器的信号输出端通过计量用合并单元与模/数双标准信号接入型电子互感器校验仪连接。该系统内部传输信号全部为数字信息，准确度可达到0.05级，满足相关计量标准对标准互感器准确度要求。

本发明采用标准罗氏线圈作为标准源，将额定一次电流转换为模拟电压信号，传变精度达到0.02级。依据法拉第电磁感应原理，标准罗氏线圈产生与额定一次被测电流成比例的模拟电压信号。以罗氏线圈作为一次电流信号传感器，需以高精度罗氏线圈作为基础，可通过采用新型工艺方法制造标准罗氏线圈，如采用3D雕刻技术提高环氧线圈骨架加工精度，采用数字化编程绕线机提高绕线均匀一致性等；通过多层屏蔽技术，加强罗氏线圈抗外界电磁场能力；通过小信号高保真传变技术，保证罗氏线圈小信号模拟量输出环节精度无损。由上述分析可知，本发明通过提高线圈绕线工艺水平和多层屏蔽技术所制作的标准罗氏线圈为后续采集单元提供高精度的模拟电压信号输入源，额定电流范围可由几安培到几万安培不等。

双重配置可调采集单元用于将标准罗氏线圈输出的模拟电压信号转换为数字信号并进行双重配置后输出标准数字信号；其第一级配置用于提高采集单元的精度，使采集单元自身准确度达到0.02级；第二级配置为参数可调型输入，用于完成采集单元数字量比例调整，满足不同额定一次电流条件下的准确度校准，使不同额定一次电流档位条件下采集单元与之相匹配。该采集单元实现模拟信号差分放大、积分运算和数字信号处理，将标准罗氏线圈输出的模拟信号转变为异步FT3或曼码规约格式数字信号，并通过光纤传输到计量用合并单元，无二次接线端子，无开路高压隐患。

计量用合并单元可实现每周波256点采样，将双重配置可调采集单元输出的标准数字信号转换为符合IEC61850-9-2-LE通信规约的数字量后输出到电子互感器校验仪中。

电子互感器校验仪的标准源输入端具有模拟信号及数字信号两路接口，以满足接入数字标准信号或模拟标准信号的需求。

如图2所示为本发明的电子式电流互感器采集单元数字信号双重配置系统原理图，其配置过程包括如下步骤：

(1)利用待配置的电流互感器采集单元测量不同档位额定一次电流的标准值I_X，得到与其成函数关系的数字量f(I)_X，再根据公式f(I)_X·K₀·K_X＝E使该采集单元输出数字信号额定值E，其中，K₀为第一级配置系数，K_X为与不同档位额定一次电流相对应的第二级配置系数，X表示不同的档位，取值为1～n。

如图3所示，双重配置可调采集单元的硬件部分主要由滤波回路、差分回路、积分回路、双A/D采样回路组成，将标准罗氏线圈输出的模拟信号转化为数字信号后，输出与额定一次电流I成函数关系的数字量f(I)，再通过配置软件对采集单元的两级系数进行固化调整，输出标准数字信号。

本实施例的比差最小调节步长为0.01％，相差最小调节步长为1分。其中，第一级配置系数K₀针对每一采集单元为一定值，通过精度校准方法得出，并在出厂前固化于对应采集单元的内部。

第二级配置系数K_X是与不同档位的额定一次测试电流所对应的唯一的匹配参数，其计算过程如下：这里取数字信号额定值E为11585，根据公式f(I)_X·K₀·K_X＝11585，可得：

(2)根据该电流互感器所应用的场合，将对应的K₀和K_X作为固定参数配置到该互感器中。

一般是将根据公式f(I)·K₀·K_X＝E得到的各档位对应的第二级配置系数K_X存储于工控机中。在对不同档位的额定一次电流进行测量时，通过选择工控机上人机程序界面电流测试档位，调用工控机中存储的配置参数，将其通过光电转换单元固化到待配置的互感器采集单元中，在测试过程中针对不同额定一次电流档位的一键快速切换。

如图4所示，工控机的人机程序界面采用基于LABVIEW的图形化软件程序编写，可配置从安培到几万安培不同一次电流测试档位选择键和功能菜单键，“调试压板”实现软件初始化；“固化配置”实现系数在采集单元中固化；“打开通讯口”实现端口匹配；“退出”为结束本次测试。该操作界面直接面向用户，简单易操作。光电转换单元主要由光电信号转换回路构成，通过光电信号转换和传输完成双重配置可调采集单元和工控机数据通讯，实现对采集单元中系数的调配。

该校验系统的工作原理和过程如下：一次导线穿过升流器，给标准罗氏线圈及被测电子式电流互感器提供额定一次电流，双重配置可调采集单元的第一级配置调整采集单元基本精度；第二级配置为参数可调型输入，用于完成采集单元数字量比例调整，实现额定一次电流转换为标准数字信号的功能，满足不同额定一次电流条件下的准确度校准，并输出异步FT3或曼码格式的标准数字信号，经光纤传输到到计量用合并单元，经合并单元将两路异步FT3(或曼码)输入量转换为符合IEC61850-9-2-LE通讯规约的数字量，输送到模/数双标准信号接入型电子互感器校验仪；电子互感器校验仪将标准罗氏线圈电流互感器数字信号与被测电子式互感器数字信号进行比对，可实现对被测电子式电流互感器比差、相差准确度校验。

以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于标准罗氏线圈的电子式电流互感器校验系统，包括穿过升流器的一次导体，一次导体上穿设有用于采集检测其电流的标准电流互感器和被测电子式电流互感器，其特征在于：所述标准电流互感器为由标准罗氏线圈和双重配置可调采集单元构成的罗氏线圈标准电流互感器，罗氏线圈标准电流互感器和被测电子式电流互感器的信号输出端通过计量用合并单元与模/数双标准信号接入型电子互感器校验仪连接；所述双重配置可调采集单元用于将标准罗氏线圈输出的模拟电压信号转换为数字信号并进行双重配置后输出标准数字信号；该双重配置可调采集单元的配置过程包括如下步骤：

(1)利用待配置的电流互感器采集单元测量不同档位额定一次电流的标准值I_X，得到与其成函数关系的数字量f(I)_X，再根据公式f(I)_X·K₀·K_X＝E使该采集单元输出数字信号额定值E，其中，K₀为第一级配置系数，K_X为与不同档位额定一次电流相对应的第二级配置系数，X表示不同的档位；

(2)根据该电流互感器所应用的场合，将对应的K₀和K_X作为固定参数配置到该互感器中；

第一级配置系数用于提高采集单元的精度；第二级配置系数为参数可调型输入，用于完成采集单元数字量比例调整，满足不同额定一次电流条件下的准确度校准，使不同额定一次电流档位条件下采集单元与所述第二级配置系数相匹配。

2.根据权利要求1所述的基于标准罗氏线圈的电子式电流互感器校验系统，其特征在于：第一级配置系数K₀通过精度校准方法得出。

3.根据权利要求1所述的基于标准罗氏线圈的电子式电流互感器校验系统，其特征在于：将根据公式f(I)·K₀·K_X＝E得到的各档位对应的第二级配置系数K_X存储于工控机中，在对不同档位的额定一次电流进行测量时，由工控机通过光电转换单元固化到对应采集单元中。

4.根据权利要求1所述的基于标准罗氏线圈的电子式电流互感器校验系统，其特征在于：所述双重配置可调采集单元输出的标准数字信号为异步FT3或曼码格式的数字信号。

5.根据权利要求1所述的基于标准罗氏线圈的电子式电流互感器校验系统，其特征在于：所述计量用合并单元用于将双重配置可调采集单元输出的标准数字信号转换为符合IEC61850-9-2-LE通信规约的数字量后输出到电子互感器校验仪中。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的基于标准罗氏线圈的电子式电流互感器校验系统，其特征在于：所述电子互感器校验仪的标准源输入端具有模拟信号及数字信号两路接口，以满足接入数字标准信号或模拟标准信号的需求。