CN104880686A - 一种便携电子式电流互感器校验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携电子式电流互感器校验装置和方法，所述装置包括标准电流互感器、大电流电缆、二次转换器、合并单元、调压器、精密电阻和数据处理电路，调压器输出电压通过串联精密电阻与标准电流互感器的二次侧输入端相连，精密电阻两端的电压通过电缆引至数据处理电路，标准电流互感器的一次侧输出端与大电流电缆相连，大电流电缆还串联待测电子式电流互感器并与待测电子式电流互感器的一次侧输入端相连，待测电子式电流互感器的二次侧输出端依次连接二次转换器和合并单元，合并单元输出待测电流信号至数据处理电路，数据处理电路输出校验结果。该装置具有校验精度高、体积小，重量轻，便携、成本低廉等优点。

Description

一种便携电子式电流互感器校验装置和方法

技术领域

本发明涉及一种电力设备校验技术领域，特别是一种便携电子式电流互感器校验装置和方法。

背景技术

电流互感器(简称CT)是电力系统中电能计量和继电保护的重要设备，其长期稳定性、可靠性、安全性与电力系统的安全、稳定运行密切相关。目前使用的电流互感器主要有两大类：一类是电磁式电流互感器，另一类是电子式电流互感器。

传统电磁式电流互感器基于电磁感应原理，应用已有一百多年的历史，但它们存在一些缺点，已不能满足新一代智能变电站建设发展的需求。(1)绝缘结构复杂，需充油充气，有爆炸危险；磁饱和容易导致铁芯过热烧毁设备；存在二次开路等安全隐患；(2)存在磁饱和、动态测量精度差，在电网故障时不能正确传变一次电流，无法满足快速继电保护的要求；电磁互感器中的铁磁材料在电网故障时可能出现磁饱和现象，难以适应特高压继电保护快速、准确的要求；(3)绝缘结构复杂。电压等级越高，绝缘结构越复杂，尺寸、重量、耗材、价格均呈几何级数增长；(4)金属耗材多，能耗高。

电子式电流互感器是基于先进的传感技术和光电子技术发展起来的一种新型互感器，目前主要有罗氏线圈式、磁光玻璃式和全光纤式三种电子式电流互感器。可将其分为有源型和无源型两种。有源型电子式电流互感器如罗氏线圈式，采用Rogowski线圈作为敏感元件，其敏感原理与电磁式电流互感器相同。无源型电子式电流互感器基于法拉第磁光效应，如磁光玻璃式和全光纤式，具有可靠性高、抗干扰能力强等优点。

电子式互感器的发展必然会带来误差校准方式的改进与更新。电子式电流互感器校验装置，是用于检验和测定电子式电流互感器误差的专用精密仪器。国际电工标准IEC60044-8与国家标准GB/T20840.8-2007中推荐采用以下两种校验方式：(1)对电磁式电流互感器二次输出端进行模数转换，与待测电子式电流互感器数据同时进入电子式电流互感器校验仪(简称校验仪)进行数据比对；(2)直接采用精确度足够高的电子式电流互感器，与待测电子式电流互感器数据同时进入校验仪进行数据比对。目前国内电子式电流互感器校验装置主要采用第(1)种方式实现。常用的电子式电流互感器校验装置的结构如图1所示，包括大电流发生器、标准电流互感器1(即标准CT)、电子式电流互感器校验仪、二次转换器以及合并单元等主要设备，大电流发生器通过大电流电缆组成电流回路，大电流发生器产生交流电流后电磁感应至标准电流互感器1的一次侧输入端，标准电流互感器1的二次侧输出端(或者说是从二次侧输出信号)输出模拟信号进入电子式电流互感器校验仪，电子式电流互感器校验仪对其进行模数转换得到标准信号；同时，大电流发生器产生交流电流后电磁感应或法拉第电磁效应至待测电子式电流互感器2的一次侧输入端，待测电子式电流互感器2的二次侧输出端输出带有电流信息的光信号进入二次转换器，二次转换器进行信号解调输出数字电流信息，再经合并单元后输出数字帧信号(即待测信号)至电子式电流互感器校验仪，电子式电流互感器校验仪对接收的标准信号和待测信号进行幅度和相位比较后输出校验结果，能够获得较高的校验精确度，但该校验装置中采用的大电流发生器存在体积较大，重量重，费用昂贵等缺点(其它设备都可以由一个成年人搬动，而大电流发生器重量通常在几百kg以上)。

发明内容

本发明针对现有的电子式电流互感器校验装置采用大电流发生器存在体积较大，重量重，费用昂贵等问题，提供一种便携电子式电流互感器校验装置，省去了大电流发生器，能够准确方便地对电子式电流互感器进行校验，具有校验精度高、体积小，重量轻，结构简单，成本低廉等优点。本发明还涉及一种电子式电流互感器校验方法。

本发明的技术方案如下：

一种便携电子式电流互感器校验装置，用于待测电子式电流互感器的校验，包括标准电流互感器、大电流电缆、二次转换器和合并单元，其特征在于，还包括调压器、精密电阻和数据处理电路，所述精密电阻的精度高于0.05级，所述调压器输出电压通过串联精密电阻与标准电流互感器的二次侧输入端相连，所述精密电阻两端的电压通过电缆引至数据处理电路，所述标准电流互感器的一次侧输出端与大电流电缆相连，所述大电流电缆还串联待测电子式电流互感器并与待测电子式电流互感器的一次侧输入端相连，所述待测电子式电流互感器的二次侧输出端依次连接二次转换器和合并单元，所述合并单元输出待测电流信号至数据处理电路，所述数据处理电路将接收的精密电阻两端的电压进行模数转换后除以精密电阻得到标准电流信号并在数据同步后与待测电流信号比对进而输出校验结果。

所述数据处理电路包括依次连接的信号调理电路、AD采集芯片和FPGA处理器，所述数据处理电路还包括均与FPGA处理器相连的光电转换电路和电光转换电路，所述信号调理电路引入精密电阻两端的电压，所述光电转换电路和电光转换电路均与合并单元相连，所述FPGA处理器输出校验结果。

所述精密电阻为四线精密电阻。

所述FPGA处理器通过电光转换电路输出同步脉冲至合并单元，所述同步脉冲为秒脉冲或B码；所述合并单元发出的数据依据IEC61850-9-1或IEC61850-9-2通信协议通过光电转换电路与FPGA处理器相连。

所述AD采集芯片为16位的基准AD转换器，所述基准AD转换器的准确度高于0.05级。

所述标准电流互感器的准确度高于0.05级。

一种电子式电流互感器校验方法，其特征在于，采用调压器输出电压通过串联精密电阻作用在标准电流互感器的二次侧从而在标准电流互感器的二次侧输入电流，并通过电磁感应使得标准电流互感器的一次侧输出交流大电流，所述交流大电流流经大电流电缆并通过电磁感应或法拉第电磁效应作用到大电流电缆上串联的待测电子式电流互感器的一次侧，使得待测电子式电流互感器的二次侧输出带有电流信息的光信号再依次经过二次转换器和合并单元后输出待测信号至数据处理电路，同时将精密电阻两端的电压通过电缆引至数据处理电路，数据处理电路将接收的精密电阻两端的电压进行模数转换后除以精密电阻得到标准电流信号并在数据同步后与待测电流信号比对进而输出校验结果。

所述方法采用的数据处理电路包括信号调理电路、AD采集芯片、FPGA处理器、光电转换电路和电光转换电路，所述精密电阻两端的电压通过电缆引至信号调理电路进行滤波、降噪的信号调理，再由AD采集芯片采集调理后的精密电阻两端的电压，转换为数字信号后发送至FPGA处理器，FPGA处理器将该数字信号除以精密电阻得到标准电流信号；FPGA处理器发送同步信号至AD采集芯片和合并单元，并同时接收AD采集芯片和合并单元的数据，FPGA处理器在数据同步后将标准电流信号与待测电流信号比对计算待测电子式电流互感器的比差和角差，并输出校验结果。

本发明的技术效果如下：

本发明提供的便携电子式电流互感器校验装置，设置调压器、精密电阻和数据处理电路，与标准电流互感器、大电流电缆、二次转换器和合并单元配合工作，调压器输出电压通过串联精密电阻与标准电流互感器的二次侧输入端相连，标准电流互感器的一次侧输出端与大电流电缆相连，也就是说，调压器输出电压通过串联精密电阻作用在标准电流互感器的二次侧从而在标准电流互感器的二次侧输入电流，并通过电磁感应使得标准电流互感器的一次侧输出大电流，这样，闭合的大电流互感器上具有大电流，该大电流通过电磁感应或法拉第电磁效应作用到待测电子式电流互感器的一次侧输入端，使得待测电子式电流互感器的二次侧输出端输出带有电流信息的光信号进入二次转换器，二次转换器进行信号解调输出数字电流信息，再经合并单元后输出待测信号至数据处理电路，精密电阻两端的电压通过电缆引至数据处理电路，数据处理电路将接收的精密电阻两端的电压进行模数转换后除以精密电阻得到标准电流信号并在数据同步后与待测电流信号比对进而输出校验结果。本发明所述校验装置通过设置调压器和精密电阻产生电流作用到标准电流互感器的二次侧，改变了标准电流互感器的电流走向，使得标准电流互感器的二次侧小电流输入，一次侧大电流输出，这就直接在闭合的大电流电缆上产生大电流，无需采用大电流发生器，闭合的大电流电缆上串联标准电流互感器和待测电子式电流互感器即可，这就避免了现有技术采用大电流发生器导致的体积较大，重量重，费用昂贵等问题，精密电阻两端的电压通过电缆引至数据处理电路进行后续数据处理能够准确的得到标准电流信号，将其与待测电流信号比对进而输出校验结果。整个装置结构简单，体积小，重量轻，成本低廉，并具有便携性，应用灵活，能够准确方便地对电子式电流互感器进行校验，并提交了检验效率。

本发明涉及的电子式电流互感器校验方法，采用调压器输出电压通过串联精密电阻作用在标准电流互感器的二次侧从而在标准电流互感器的二次侧输入电流，并通过电磁感应使得标准电流互感器的一次侧输出交流大电流，可直接在闭合的大电流电缆上产生交流大电流，该交流大电流流经大电流电缆并通过电磁感应或法拉第电磁效应作用到大电流电缆上串联的待测电子式电流互感器的一次侧，故省去了体积庞大且费用昂贵的大电流发生器，降低了电子式电流互感器校验成本，数据处理电路将接收的精密电阻两端的电压进行模数转换后除以精密电阻得到标准电流信号并在数据同步后与待测电流信号比对进而输出校验结果，提高了校验效率。

附图说明

图1为现有的电子式电流互感器校验装置的结构示意图。

图2为本发明便携电子式电流互感器校验装置的结构示意图。

图3为本发明装置中的数据处理电路的优选结构示意图。

图中各标号列示如下：

1－标准电流互感器；2－待测电子式电流互感器；3－数据处理电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

本发明涉及一种便携电子式电流互感器校验装置，用于待测电子式电流互感器2的校验，其结构如图2所示，包括调压器、精密电阻、标准电流互感器1、大电流电缆、二次转换器、合并单元和数据处理电路，其中，精密电阻的精度高于0.05级，调压器输出电压通过串联精密电阻与标准电流互感器1的二次侧输入端相连，精密电阻两端的电压通过电缆引至数据处理电路，标准电流互感器1的一次侧输出端与大电流电缆相连，大电流电缆还串联待测电子式电流互感器2并与待测电子式电流互感器2的一次侧输入端相连，待测电子式电流互感器2的二次侧输出端依次连接二次转换器和合并单元，合并单元输出待测电流信号至数据处理电路，数据处理电路将接收的精密电阻两端的电压进行模数转换后除以精密电阻得到标准电流信号并在数据同步后与待测电流信号比对进而输出校验结果。

在具体实施时，可将调压器、精密电阻和数据处理电路等集成化设计，形成集成便携式校验装置。调压器输出电压在0～250V之间，输出功率大于200W，调压器输出电压通过串联精密电阻与标准电流互感器1(或称为基准CT)的二次侧相连接，通过不同的接线方式可选择合适的变比，基准CT的一次侧连接大电流电缆(也就是大电流母线)，并与待测电子式电流互感器2(或称为被校ECT)串联。通过串联精密电阻作用在标准电流互感器1的二次侧从而在标准电流互感器1的二次侧输入电流，并通过电磁感应使得标准电流互感器1的一次侧输出大电流，这样，闭合的大电流电缆上就具有了大电流，该大电流为交流电流。优选地，精密电阻采用大功率的四线精密电阻，其典型参数为，阻值为0.1欧，功率为10W，温度系数优于5ppm/℃。闭合的大电流电缆上的大电流通过电磁感应或法拉第电磁效应作用到待测电子式电流互感器2的一次侧输入端，使得待测电子式电流互感器的二次侧输出端输出带有电流信息的光信号进入二次转换器，二次转换器进行信号解调输出数字电流信息，再经合并单元完成不同数字帧的格式转换以及多路合并为一路信号的处理后输出待测信号至数据处理电路。结合体积与精度的要求，可选择基准CT准确度高于0.05级，优选为0.02级，变比为100A～2000A/5A，通过选择合适的变比来实现对不同额定电流的待测电子式电流互感器2进行校准。

数据处理电路的优选结构如图3所示，数据处理电路3包括依次连接的信号调理电路、AD采集芯片和FPGA处理器，还包括均与FPGA处理器相连的光电转换电路和电光转换电路，光电转换电路和电光转换电路均与合并单元相连。信号调理电路引入精密电阻两端的电压并将其进行滤波、降噪等信号调理，AD采集芯片采集调理后的精密电阻两端的电压，转换为数字信号后发送至FPGA处理器，FPGA处理器将该数字信号除以精密电阻得到标准电流信号。优选地，AD采集芯片可采用16位的基准AD转换器，基准AD转换器的准确度高于0.05级，优选为0.02级，达到采集精度和速度的平衡。FPGA处理器与合并单元之间通信为光信号，FPGA处理器通过电光转换电路输出同步脉冲至合并单元，其输出同步脉冲可为秒脉冲或者B码，合并单元发出的数据依据IEC61850-9-1或IEC61850-9-2标准通信协议通过光电转换电路与FPGA处理器相连。FPGA处理器主要由FPGA芯片构成其发送同步信号至AD采集芯片和合并单元，并同时接收AD采集芯片和合并单元的数据，接收的AD采集芯片的数据为前述的数字信号数据，FPGA处理器将该数字信号数据处理得到标准电流信号，接收的合并单元的数据为前述的待测电流信号数据，FPGA处理器在数据同步后将标准电流信号与待测电流信号比对计算待测电子式电流互感器的比差和角差，并输出校验结果，该校验结果可作为误差通过串口或网络口发送至终端显示设备。

本发明还涉及一种电子式电流互感器校验方法，该方法与前述的便携电子式电流互感器校验装置相对应，该校验方法的原理图可参考图2所示，采用调压器输出电压通过串联精密电阻作用在标准电流互感器1的二次侧从而在标准电流互感器1的二次侧输入电流，并通过电磁感应使得标准电流互感器1的一次侧输出交流大电流，该交流大电流流经闭合的大电流电缆并通过电磁感应或法拉第电磁效应作用到大电流电缆上串联的待测电子式电流互感器2的一次侧从而在待测电子式电流互感器2的一次侧输入电流，进一步使得待测电子式电流互感器2的二次侧输出带有电流信息的光信号再依次经过二次转换器和合并单元后输出待测信号至数据处理电路，同时将精密电阻两端的电压通过电缆引至数据处理电路，数据处理电路将接收的精密电阻两端的电压进行模数转换后除以精密电阻得到标准电流信号并在数据同步后与待测电流信号比对进而输出校验结果。

本发明电子式电流互感器校验方法采用的数据处理电路可参考图3所示，数据处理电路3包括信号调理电路、AD采集芯片、FPGA处理器、光电转换电路和电光转换电路，精密电阻两端的电压通过电缆引至信号调理电路进行滤波、降噪等信号调理，再由AD采集芯片采集调理后的精密电阻两端的电压，转换为数字信号后发送至FPGA处理器，FPGA处理器将该数字信号除以精密电阻得到标准电流信号；FPGA处理器发送同步信号至AD采集芯片和合并单元，并同时接收AD采集芯片和合并单元的数据，FPGA处理器在数据同步后将标准电流信号与待测电流信号(由合并单元发送)比对计算待测电子式电流互感器的比差和角差，并输出校验结果。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (8)

1.一种便携电子式电流互感器校验装置，用于待测电子式电流互感器的校验，包括标准电流互感器、大电流电缆、二次转换器和合并单元，其特征在于，还包括调压器、精密电阻和数据处理电路，所述精密电阻的精度高于0.05级，所述调压器输出电压通过串联精密电阻与标准电流互感器的二次侧输入端相连，所述精密电阻两端的电压通过电缆引至数据处理电路，所述标准电流互感器的一次侧输出端与大电流电缆相连，所述大电流电缆还串联待测电子式电流互感器并与待测电子式电流互感器的一次侧输入端相连，所述待测电子式电流互感器的二次侧输出端依次连接二次转换器和合并单元，所述合并单元输出待测电流信号至数据处理电路，所述数据处理电路将接收的精密电阻两端的电压进行模数转换后除以精密电阻得到标准电流信号并在数据同步后与待测电流信号比对进而输出校验结果。

2.根据权利要求1所述的便携电子式电流互感器校验装置，其特征在于，所述数据处理电路包括依次连接的信号调理电路、AD采集芯片和FPGA处理器，所述数据处理电路还包括均与FPGA处理器相连的光电转换电路和电光转换电路，所述信号调理电路引入精密电阻两端的电压，所述光电转换电路和电光转换电路均与合并单元相连，所述FPGA处理器输出校验结果。

3.根据权利要求1或2所述的便携电子式电流互感器校验装置，其特征在于，所述精密电阻为四线精密电阻。

4.根据权利要求2所述的便携电子式电流互感器校验装置，其特征在于，所述FPGA处理器通过电光转换电路输出同步脉冲至合并单元，所述同步脉冲为秒脉冲或B码；所述合并单元发出的数据依据IEC61850-9-1或IEC61850-9-2通信协议通过光电转换电路与FPGA处理器相连。

5.根据权利要求2所述的便携电子式电流互感器校验装置，其特征在于，所述AD采集芯片为16位的基准AD转换器，所述基准AD转换器的准确度高于0.05级。

6.根据权利要求1或2或5所述的便携电子式电流互感器校验装置，其特征在于，所述标准电流互感器的准确度高于0.05级。

7.一种电子式电流互感器校验方法，其特征在于，采用调压器输出电压通过串联精密电阻作用在标准电流互感器的二次侧从而在标准电流互感器的二次侧输入电流，并通过电磁感应使得标准电流互感器的一次侧输出交流大电流，所述交流大电流流经大电流电缆并通过电磁感应或法拉第电磁效应作用到大电流电缆上串联的待测电子式电流互感器的一次侧，使得待测电子式电流互感器的二次侧输出带有电流信息的光信号再依次经过二次转换器和合并单元后输出待测信号至数据处理电路，同时将精密电阻两端的电压通过电缆引至数据处理电路，数据处理电路将接收的精密电阻两端的电压进行模数转换后除以精密电阻得到标准电流信号并在数据同步后与待测电流信号比对进而输出校验结果。

8.根据权利要求7所述的电子式电流互感器校验方法，其特征在于，所述方法采用的数据处理电路包括信号调理电路、AD采集芯片、FPGA处理器、光电转换电路和电光转换电路，所述精密电阻两端的电压通过电缆引至信号调理电路进行滤波、降噪的信号调理，再由AD采集芯片采集调理后的精密电阻两端的电压，转换为数字信号后发送至FPGA处理器，FPGA处理器将该数字信号除以精密电阻得到标准电流信号；FPGA处理器发送同步信号至AD采集芯片和合并单元，并同时接收AD采集芯片和合并单元的数据，FPGA处理器在数据同步后将标准电流信号与待测电流信号比对计算待测电子式电流互感器的比差和角差，并输出校验结果。