CN104898083A - 三相互感器校验仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了三相互感器校验仪，包括显示器、数字信号处理器和三个单相位运算处理单元。其中单相位运算处理单元包括电流检测支路、电压检测支路和误差检测支路，电流检测支路由依次连接的电流采样输入端、电流互感器、信号放大器和AD转换器组成，电压检测支路由依次连接的电压采样输入端、电压互感器、信号放大器和AD转换器组成，误差检测支路由依次连接的误差输入端、信号放大器和AD转换器组成。每一单相位运算处理单元各个检测支路的AD转换器输出端均与数字信号处理器连接，数字信号处理器与显示器信号连接。本发明改变了现行的传统单相检验方法，能够准确地反映三相组合互感器在工作状态下的特性。

Description

三相互感器校验仪

技术领域

本发明属于电力电子领域，涉及一种电网设备的检测装置，主要用于配电网高压三相组合互感器误差测试及三相组合互感器各相间电磁场干扰影响试验，具体是一种三相互感器校验仪。

背景技术

现场三相组合互感器以及三相电压互感器在35kV及以下电压系统中大量使用，例如国内目前安装在配电网上的三相组合互感器（计量箱），三相电压互感器有数百万台套。目前对三相互感器的检定均采用单相法进行，单相法检定时互感器的状态与其实际运行状态不一致（实际运行时互感器三相同时处于高电压、大电流情况下），随着三相互感器计量检定规程的即将颁布，届时将采用三相法（即通过同时施加三相电压、三相电流的方式模拟互感器的实际运行状态）对三相互感器进行检定。

现有技术的单相互感器校验仪只能对一相进行误差校验，存在反复接线、效率低下，不能同时测量三相误差等缺点。最主要的在于单相互感器校验仪不能够模拟电网现场的实际工作环境，而三相组合互感器在实际运行过程中所表现出来的一些技术参数与单相环境下是不一样的，同时在三相高电压和大电流的影响下，各单元绕组受电磁场的相互影响所产生的附加误差也需要实测出来，所以三相组合互感器用单相互感器校验仪来检测是不科学的。有鉴于此，三相互感器校验仪同时检测三相组合互感器在模拟实际运行状态下的误差才是正确的做法。

发明内容

为克服现有三相校验仪只能对单相进行误差校验存在的反复接线、效率低下，不能同时测量三相误差等方面的不足，本发明公开了一种三相互感器校验仪。

本发明所述三相互感器校验仪，包括显示器，还包括数字信号处理器和三个单相位运算处理单元，所述单相位运算处理单元包括电流检测支路、电压检测支路和误差检测支路；

所述电流检测支路由依次连接的电流采样输入端、电流互感器、信号放大器和AD转换器组成；所述电压检测支路由依次连接的电压采样输入端、电压互感器、信号放大器和AD转换器组成；所述误差检测支路由依次连接的误差输入端、信号放大器和AD转换器组成；

每一单相位运算处理单元各个检测支路的AD转换器输出端均与数字信号处理器连接，所述数字信号处理器与显示器信号连接。

优选的，所述信号放大器由依次信号连接的初级放大器、中间放大器和输出放大器组成，所述初级放大器、中间放大器和输出放大器分别为DJ409、TLC2652和OP07。

优选的，所述数字信号处理器为DSP206。

优选的，所述AD转换器为MAX125。

优选的，所述电流互感器为5A/50mA电流互感器。

优选的，所述电流采样输入端为标准互感器和被测互感器的电流输出端。

优选的，所述误差输入端为标准互感器的二次低压侧和被测互感器的二次低压侧。

优选的，所述电压采样输入端为标准互感器和被测互感器的二次高压侧及标准互感器的二次低压侧。

优选的，所述数字信号处理器对输入数字信号采用FFT算法计算后输出。

采用本发明所述的三相互感器校验仪，改变了现行的传统单相检验方法，符合现行国家标准和行业标准（试验导则）的要求，且易于实现检验，它不需要现行单相方法中多次接线试验等问题，更加不需要三台互感器校验仪来做试验，能节省大量人力物力，提高工作效率。三相互感器校验仪能够准确地反映三相组合互感器在工作状态下的特性，也能够更全面地揭示出三相组合互感器在实际工作时可能存在的问题，从而全面地保证电能计量的公平和公正。

附图说明

图1为本发明所述三相互感器校验仪的一种具体实施方式结构示意图；

图中附图标记名称为：A1-初级放大器 A2-次级放大器  A3-输出放大器。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明所述三相互感器校验仪，包括显示器，还包括数字信号处理器和三个单相位运算处理单元，所述单相位运算处理单元包括电流检测支路、电压检测支路和误差检测支路；

所述电流检测支路由依次连接的电流采样输入端、电流互感器、信号放大器和AD转换器组成；所述电压检测支路由依次连接的电压采样输入端、电压互感器、信号放大器和AD转换器组成；所述误差检测支路由依次连接的误差输入端、信号放大器和AD转换器组成；

每一单相位运算处理单元各个检测支路的AD转换器输出端均与数字信号处理器连接，所述数字信号处理器与显示器信号连接。

本发明装置将三相组合互感器中A、B、C三相的电量信号同时采集，并与来自标准互感器装置的信号进行比较、测差，然后将信号放大、处理。三相各单元支路相互独立。此处仅对A相进行说明，B、C相同理。对电能计量检定来说，易于检验工作，它不需要现行单相法中对各相进行多次接线试验等问题，更加不需要借助三台互感器校验仪来做试验能节省人力物力，提高工作效率，且能够监视电压对电流以及电流对电压的相互影响，而单相校验仪不能监视上述相互影响。本发明装置将被测互感器和标准互感器的电流、电压及误差信号都进行差值比对，并实时按规程规定的工作点显示于仪器液晶屏，在一个界面上可同时显示出三相互感器误差数据，可方便观察三相互感器之间由于磁场、电场所引起的相互影响。同时也可以传输至其它计算机或打印设备。同时本发明采用了数字信号处理（DSP）技术：与传统的单片机相比DSP 芯片放弃了冯诺依曼结构代之以程序和数据分开的哈佛结构从而大大提高了处理速度指令周期多为ns 级，比普通单片机多为ms 级快了3 个数量级，更能适应三相装置实时的大量处理数据。

本发明中，在数字信号处理过程中优选采用FFT（快速傅里叶变换）算法，区别于现有的单相校验仪，采用FFT算出比差、角差，避免了硬件电路随频率、温度、时间、湿度对数据造成影响。特别是现在许多校验仪采用阻容移相来测试角差，造成电容随温度、频率影响较大的缺陷，而采用FFT纯软件算法就可以避免上述问题，提高测试稳定性和精度，也能够提高校验仪的使用寿命。

对于电压检测支路，标准互感器二次电压和被试互感器二次电压分别经过电压互感器200V/2V精密电压互感器转换成小电压信号，微弱的模拟电压信号经信号放大器进行信号采集放大，然后经AD转换器（ADC）转换后变为数字信号，数字信号经数字信号处理器进行运算处理，从而得到标准电压互感器和被试电压互感器的A相电压百分数并传送到显示屏上显示。

其中电压采样输入端A可以选择标准电压互感器和被测电压互感器的二次侧高电压端，将标准电压互感器二次侧高电压端和被测电压互感器二次侧高电压端对接，X为被测电压互感器二次侧低电压端，为保证测试的准确，D常采用接地的方式；电压互感器得到的小电压模拟信号经信号放大器进行信号采集放大，然后经AD转换后变为数字信号，数字信号经数字信号处理器运算处理，从而得到A相电压误差并传送到显示屏上显示。

对于电流检测支路，电流采样输入端可以选择标准互感器和被测互感器的电流输出端，标准互感器二次电流和被测互感器二次电流分别经过5A/50mA精密电流互感器转换成50mA的小电流信号，小电流模拟信号经信号放大器进行信号采集放大，然后经A/D转换后变为数字信号，数字信号经数字信号处理器进行运算处理，从而得到标准电流互感器和被试电流互感器的单相电流并传送到显示屏上以百分数的形式显示。

对于误差检测支路，可以将标准互感器的二次低压侧和被测互感器的二次低压侧设置为误差输入端，小电流模拟信号经信号放大器进行信号采集放大，然后经AD转换后变为数字信号，数字信号经数字信号处理器进行运算处理，从而得到该相的电流误差并传送到显示屏上显示。

所述AD转换器（ADC）可以选择MAX125，MAX125是MAXIM公司推出的一种2X4通道、14位高速、同时采样且带并行微机接口的逐次逼近型模数转换芯片。

所述数字信号处理器DSP206即为TMS320F206，是美国TI公司出品的TMS320C2xx系列数字信号微处理器（DSP）中的一个品种，是一种专用于（通常为实时的）数字信号处理的微处理器。其特点是：处理速度快，最高可达40MIPS；源代码兼容性高；增强型指令集适用于快速算法和适合于优化高级语言操作；采用新的静态设计技术使其功耗最低。

所述信号放大器优选由依次信号连接的初级放大器、中间放大器和输出放大器组成，所述初级放大器、中间放大器和输出放大器分别为DJ409、TLC2652和OP07。DG409芯片对模拟信号进行初次放大并对信号采集，TLC2652芯片和OP07芯片对采集后的信号再次放大，但是OP07芯片比2652芯片的耐受电压值更高，可以更好的保护电路；而TLC 2652芯片在工作时的波形更加稳定，放大效果更好。两种芯片的结合使用，可以实现更好的保护电路和取得更好放大效果的目的。且放大系数可以通过软件设置，并可在显示屏上显示。三相的放大系数均可独立软件设定，最大限度保证每一项之间的独立性，不管是在干扰的处理上还是误差的运算上均是如此。

DG409芯片是改进的8路/双4路、CMOS模拟多路复用器，在本系统中的作用是用于模拟信号采集，通过数个高精度的电阻使输出电压与采样电压保持精确稳定的倍率关系。DG409的控制端口连接数字信号，从而起到选择放大倍率的功能。

TLC2652是德州仪器公司使用先进的LinCMOS工艺生产的高精度斩波稳零运算放大器。斩波稳零的工作方式使TLC2652具有优异的直流特性，失调电压及其漂移、共模电压、低频噪声、电源电压变化等对运算放大器的影响被降低到了最小，因此，TLC2652非常适合用于微信号的放大。

OP07芯片是一种低噪声、非斩波稳零的单运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压，所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低和开环增益高的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。

前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.三相互感器校验仪，其特征在于，包括显示器，还包括数字信号处理器和三个单相位运算处理单元，所述单相位运算处理单元包括电流检测支路、电压检测支路和误差检测支路；

所述电流检测支路由依次连接的电流采样输入端、电流互感器、信号放大器和AD转换器组成；所述电压检测支路由依次连接的电压采样输入端、电压互感器、信号放大器和AD转换器组成；所述误差检测支路由依次连接的误差输入端、信号放大器和AD转换器组成；

每一单相位运算处理单元各个检测支路的AD转换器输出端均与数字信号处理器连接，所述数字信号处理器与显示器信号连接。

2. 如权利要求1所述的三相互感器校验仪，其特征在于，所述信号放大器由依次信号连接的初级放大器、中间放大器和输出放大器组成，所述初级放大器、中间放大器和输出放大器分别为DJ409、TLC2652和OP07。

3. 如权利要求1所述的三相互感器校验仪，其特征在于，所述数字信号处理器为DSP206。

4. 如权利要求1所述的三相互感器校验仪，其特征在于，所述AD转换器为MAX125。

5. 如权利要求1所述的三相互感器校验仪，其特征在于，所述电流互感器为5A/50mA电流互感器。

6. 如权利要求1所述的三相互感器校验仪，其特征在于，所述电流采样输入端为标准互感器和被测互感器的电流输出端。

7. 如权利要求1所述的三相互感器校验仪，其特征在于，所述误差输入端为标准互感器的二次低压侧和被测互感器的二次低压侧。

8. 如权利要求1所述的三相互感器校验仪，其特征在于，所述电压采样输入端为标准互感器和被测互感器的二次高压侧及标准互感器的二次低压侧。

9. 如权利要求1所述的三相互感器校验仪，其特征在于，所述数字信号处理器对输入数字信号采用FFT算法计算后输出。