CN105021877B - 一种电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表，利用多个高精度电阻并联在所测电流互感器二次负载上，在保证所测电流互感器二次回路不开路前提下，把小电流信号转变为电压信号，可以在小负荷下测量高压电力设备保护相量，解决了高压电力设备首次带电需要组织大量负荷进行相量测量的难题。可以在远小于常规要求负荷的10％以下的负荷情况下检查保护相量的正确性，还可以带负荷测量电流互感器二次负载，能及早把设备投入运行。不仅可以避免组织未调试好的负荷设备造成设备容易损坏，也减少空转设备，节约大量电能，保证电网安全运行。能广泛应用于变压器或线路的差动保护相量的检查当中。

Description

一种电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表

技术领域

本发明涉及一种电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表，特别涉及一种不需要表钳的电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表。

背景技术

在新建的负荷变压器或线路首次投入时，比如大型电厂备用/启动变或新建厂矿变压器首次带电时，需要在高压电力设备充电后立即带上大负荷检查差动保护相量。保护及表计相量正确后才能投入一次设备及其主保护。目前测量相量的器具是钳型伏安相位表。其测量电流是依靠感应磁场的钳子来完成的，理论上当所测的电流最小值为5毫安，实际上由于现场其他回路磁场的干扰，通常所测的电流值大于10毫安时，钳型伏安相位表才能准确测量电流值及其相位。

为保证有足够的的电流保证钳型伏安相位表准确测量相量，《十八项电网重大反事故措施》第15.5.6条专门规定：所有差动保护(线路、母线、变压器、电抗器、发电机等)在投入运行前，除应在负荷电流大于电流互感器额定电流的10％的条件下测定相回路和差回路外，还必须测量各中性线的不平衡电流、电压，以保证保护装置和二次回路接线的正确性。

但是新建的高压电力设备首次带电后立即带上大负荷比较困难，通常此时大量电气拖动设备(负荷)正在安装或者安装完毕因没有电源未进行过调试。这时如果组织大量电气拖动设备在未调试时旋转运行，不仅易造成设备损坏事故，也因空转消耗大量电能，还可能引起电力设备事故影响电力系统安全。研制出在小负荷下能测量出相量的伏安相位表就可破解上述难题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题就是如何提供一种小负荷下能测量出相量的伏安相位表。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表，包括电流端子、电压端子、第一开关、分压电阻、PLC、显示屏、电池、模数转换芯片、转换把手；第一电阻、第二电阻、第三电阻、第二开关、第三开关、开关控制芯片；

其中分压电阻、PLC、显示屏、模数转换芯片、开关控制芯片集成在一块电路板上；

电流端子有同名端和非同名端两个端子；端子外侧设置为两个电流端子标准插孔；两个电流端子标准插孔上插有两根测试线插头，两根测试线的另一侧插头插到电流回路上的电流端子插孔；同名端端子对应和所测相电流回路的电流端子连接，非同名端端子对应和所测相电流回路公共端N线端子连接；第一电阻和第一开关串联连接，第二电阻和第二开关串联连接，第三电阻和第三开关串联连接；这三个串联回路再和电流端子并联连接；模数转换芯片包括三路模拟量输入回路；并联连接回路和模数转换芯片的第一路模拟量输入连接；模数转换芯片的输出和PLC的输入连接，模数转换芯片把模拟量采样转换为数字量送给PLC；第一开关、第二开关、第三开关的受控端和开关控制芯片指令输出端连接，第一开关、第二开关、第三开关的开断或闭合受开关控制芯片指令控制；开关控制芯片数字信号端和PLC双向信号连接，根据PLC的信号发出断开或闭合指令，并把开关闭合或断开的状态信号送给PLC；

电压端子有同名端和非同名端两个端子；两个端子内侧分别和分压电阻的信号输入两端连接，两个端子外侧设置为两个标准插孔；两个标准插孔分别插上两根表笔线，同名端所连表笔线另一头与所测电压的相别端子相连，非同名端所连表笔线另一头与所测相电压的公共端N线端子连接；分压电阻的输出端和模数转换芯片的第三路模拟量输入连接，分压电阻把电压端子送来的电压信号转化为0.01倍的电压信号送给模数转换芯片；

转换把手的档位输出和PLC的输入连接，把测量档位信号送给PLC；

PLC的输出和显示屏的输入连接；PLC根据模数转换芯片送来的测量量数字信号和转换把手送来的档位信号计算对应的幅值和相位，并在显示屏上显示出来；

电池给PLC、显示屏和模数转换芯片提供电源。

优选地，所述电流端子包括第一路电流端子、第二路电流端子；所述第一开关包括第一路第一开关、第二路第一开关；所述第一电阻包括第一路第一电阻、第二路第一电阻；第二电阻包括第一路第二电阻、第二路第二电阻；第三电阻包括第一路第三电阻、第二路第三电阻；第二开关包括第一路第二开关、第二路第二开关；第三开关包括第一路第三开关、第二路第三开关；

优选地，转换把手有电压幅值、第一路电流幅值、第二路电流幅值、第一路电流和第二路电流相位、电压和第一路电流相位、电压和第二路电流相位共六个测量档位。

优选地，第一路第一电阻、第一路第二电阻、第一路第三电阻阻值依次为r、0.5r、0.25r，阻值存储固化在PLC内；第一路第一开关、第一路第二开关、第一路第三开关是可控开关；

第二路第一电阻、第二路第二电阻、第二路第三电阻阻值依次为r、0.5r、0.25r；阻值存储固化在PLC内；第二路第一开关、第二路第二开关、第二路第三开关是可控开关。

(三)有益效果

本发明的一种电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表，利用多个高精度电阻并联在所测电流互感器二次负载上，在保证所测电流互感器二次回路不开路前提下，把小电流信号转变为电压信号，可以在小负荷下测量高压电力设备保护相量，克服了钳型伏安相位表不能测量小电流的先天缺陷，还去掉了钳型伏安相位表的表钳，使得测量过程更为方便、快捷、安全，解决了高压电力设备首次带电需要组织大量负荷进行相量测量的难题。可以在远小于常规要求负荷的10％以下的负荷情况下检查保护相量的正确性，还可以带负荷测量电流互感器二次负载，能及早把设备投入运行。不仅可以避免组织未调试好的负荷设备造成设备容易损坏，也减少空转设备，节约大量电能，保证电网安全运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：本发明提供的一种电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表的结构连接示意图；

图中：1、第一路电流端子；2、第二路电流端子；3、电压端子；4、第一路第一开关；5、第二路第一开关；6、分压电阻；7、PLC；8、显示屏；9、电池；10、模数转换芯片；11、转换把手；12、第一路第一电阻；13、第一路第二电阻；14、第一路第三电阻；15、第二路第一电阻；16、第二路第二电阻；17、第二路第三电阻；18、第一路第二开关；19、第一路第三开关；20、第二路第二开关；21、第二路第三开关；22、开关控制芯片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

如图1所示，本实施例的一种电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表，包括第一路电流端子1、第二路电流端子2、电压端子3、第一路第一开关4、第二路第一开关5、分压电阻6、PLC7、显示屏8、电池9、模数转换芯片10、转换把手11。第一路第一电阻12、第一路第二电阻13、第一路第三电阻14、第二路第一电阻15、第二路第二电阻16、第二路第三电阻17、第一路第二开关18、第一路第三开关19、第二路第二开关20、第二路第三开关21、开关控制芯片22。分压电阻6、PLC7、显示屏8、模数转换芯片10、开关控制芯片22集成在一块电路板上。

第一路电流端子1有同名端和非同名端两个端子。端子外侧设置为电流端子标准插孔。测量相量时两个端子的插孔分别插上两根测试线的插头，两根测试线的另一侧插头插到电流回路上的电流端子插孔。同名端端子对应和所测相电流回路的电流端子连接，非同名端端子对应和所测相电流回路公共端N线端子连接。

第二路电流端子2有同名端和非同名端两个端子。端子外侧设置为电流端子标准插孔。测量相量时两个端子的插孔分别插上两根测试线的插头，两根测试线的另一侧插头插到电流回路上的电流端子插孔。同名端端子对应和所测相电流回路的电流端子连接，非同名端端子对应和所测相电流回路公共端N线端子连接。

第一路电流端子1和第二路电流端子2根据测量需要可以单独使用，也可同时使用。

电压端子3有同名端和非同名端两个端子。端子内侧分别和分压电阻6的两端连接，端子外侧设置为标准插孔。测量相量时两个端子的插孔分别插上两根表笔线，同名端所连表笔线另一头连接所测电压的相别端子相连，非同名端所连表笔线另一头连接所测相电压的公共端N线端子连接。

第一路第一电阻12、第一路第二电阻13、第一路第三电阻14都是高精度电阻，阻值依次为r、0.5r、0.25r。阻值存储固化在PLC内。第一路第一开关4、第一路第二开关18、第一路第三开关19是可控开关，开断或闭合受开关控制芯片22指令控制。第一路第一电阻12和第一路第一开关4串联，第一路第二电阻13和第一路第二开关18串联，第一路第三电阻14和第一路第三开关19串联。这三个串联回路再和第一路电流端子1并联，并把并联回路的电压信号送给模数转换芯片10。第二路第一电阻15、第二路第二电阻16、第二路第三电阻17都是高精度电阻，阻值依次为r、0.5r、0.25r。阻值存储固化在PLC内。第二路第一开关5、第二路第二开关20、第二路第三开关21是可控开关，开断或闭合受开关控制芯片22指令控制。第二路第一电阻15和第二路第一开关5串联，第二路第二电阻16和第二路第二开关20串联，第二路第三电阻17和第二路第三开关21串联。这三个串联回路再和第二路电流端子2并联，并把并联回路的电压信号送给模数转换芯片10。分压电阻6是一个高内阻分压器，把电压端子3送来的电压信号转化为0.01倍的电压信号送给模数转换芯片10。

模数转换芯片10把模拟量采样转换为数字量；并送给PLC7。开关控制芯片22和PLC7双向信号连接，根据PLC7的信号发出断开或闭合指令。并把开关闭合或断开状态信号送给PLC。转换把手11有电压幅值、第一路电流幅值、第二路电流幅值、第一路电流和第二路电流相位、电压和第一路电流相位、电压和第二路电流相位共六个测量档位。测量档位信号送给PLC7。

PLC7根据模数转换芯片10送来的测量信号和转换把手11送来的档位信号计算相应的幅值和相位，并在显示屏8上显示出来。

电池9给PLC7、显示屏8和模数转换芯片10提供电源。

电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表测量电压值过程如下：转换把手11扳到电压值档位，电压端子通过表笔线连接所测电压端子3，模数转换芯片10转换该电压为数字信号送给PLC7，PLC7利用该电压值换算实际电压值，在显示屏8上显示。

电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表测量第一路电流端子1上的电流值的过程如下：第一路电流端子1和所测电流端子连接后，转换把手11选择第一路电流幅值档位。PLC7通过开关控制芯片22发指令同时断开第一路第一开关4、第二路第一开关5、第一路第二开关18、第一路第三开关19、第二路第二开关20、第二路第三开关21。模数转换芯片10转换第一路电流端子上的电压为数字信号送给PLC7，PLC7存储该电压值为U10。PLC7通过开关控制芯片22发指令闭合第一路第一开关4，第一路第一电阻12和第一路电流端子1并联。第一路电流端子1电压值发生变化，模数转换芯片10转换第一路电流端子1上的电压为数字信号送给PLC7。PLC7存储该电压值为U11。PLC7计算U10和U11的差值的绝对值│U10-U11│，并取U10、U11的绝对值中的最大值max(│U10│、│U11│)。如果│U10-U11│/max(│U10│、│U11│)大于等于0.1时。PLC7用下式计算所测电流端子负载并在显示屏8显示：用下式计算所测电流端子电流值并在显示屏8显示：如果│U10-U11│/max(│U10│、│U11│)小于0.1时，PLC7通过开关控制芯片22发指令断开第一路第一开关4，闭合第一路第二开关18，第一路电流端子1电压值发生变化，模数转换芯片10转换第一路电流端子1上的电压为数字信号送给PLC7。PLC7存储该电压值为U12。PLC7计算U10和U12的差值的绝对值│U10-U12│，并取U10、U12绝对值中的最大值max(│U10│、│U12│)。如果│U10-U12│/max(│U10│、│U12│)大于等于0.1时。PLC7用下式计算所测电流端子负载并在显示屏8显示：用下式计算所测电流端子电流值并在显示屏8显示：如果│U10-U12│/max(U10、U12)小于0.1。PLC7通过开关控制芯片22发指令断开第一路第二开关18，闭合第一路第三开关19，第一路电流端子1电压值发生变化，模数转换芯片10转换第一路电流端子1上的电压为数字信号送给PLC7。PLC7存储该电压值为U13。PLC7用下式计算所测电流端子1负载并在显示屏8显示：用下式计算所测电流端子电流值并在显示屏8显示：测量第一路电流端子1电流值的整个过程都是有PLC8控制下自动完成。第一路第一电阻12、第一路第二电阻13、第一路第三电阻14阻值依次为r、0.5r、0.25r，阻值差别较大，可以保证上述过程中的计算收敛。

电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表测量第二路电流端子2上的电流值的过程如下：第二路电流端子2和所测电流端子连接后，转换把手11选择第二路电流幅值档位。PLC7通过开关控制芯片22发指令同时断开第一路第一开关4、第二路第一开关5、第一路第二开关18、第一路第三开关19、第二路第二开关20、第二路第三开关21。模数转换芯片10转换第二路电流端子2上的电压为数字信号送给PLC7，PLC7存储该电压值为U20。PLC7通过开关控制芯片22发指令闭合第二路第一开关5，第二路第一电阻15和第二路电流端子2并联。第二路电流端子2电压值发生变化，模数转换芯片10转换第二路电流端子2上的电压为数字信号送给PLC7。PLC7存储该电压值为U21。PLC计算U20和U21的差值的绝对值│U20-U21│，并取U20、U21绝对值中的最大值max(│U20│、│U21│)。如果│U20-U21│/max(│U20│、│U21│)大于等于0.1时。PLC7用下式计算所测电流端子负载并在显示屏8显示：用下式计算所测电流端子电流值并在显示屏8显示：如果│U10-U11│/max(│U20│、│U21│)小于0.1时，PLC7通过开关控制芯片22发指令断开第二路第一开关5，闭合第二路第二开关20，第二路电流端子2电压值发生变化，模数转换芯片10转换第二路电流端子2上的电压为数字信号送给PLC7。PLC7存储该电压值为U22。PLC计算U20和U22的差值的绝对值│U20-U22│，并取U20、U22绝对值中的最大值max(│U20│、│U22│)。如果│U20-U22│/max(│U20│、│U22│)大于等于0.1时。PLC7用下式计算所测电流端子负载并在显示屏8显示：用下式计算所测电流端子电流值并在显示屏8显示：如果│U20-U22│/max(│U20│、│U22│)小于0.1。PLC7通过开关控制芯片22发指令断开第二路第二开关20，闭合第二路第三开关21，第二路电流端子2电压值发生变化，模数转换芯片10转换第二路电流端子2上的电压为数字信号送给PLC7。PLC7存储该电压值为U23。PLC7用下式计算所测电流端子负载并在显示屏8显示：用下式计算所测电流端子电流值并在显示屏8显示：测量第二路电流端子2电流值的整个过程都是有PLC7控制下自动完成。第二路第一电阻15、第二路第二电阻16、第二路第三电阻17阻值依次为r、0.5r、0.25r，阻值差别较大，可以保证上述过程中的计算收敛。

电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表测量第一路电流和第二路电流相位过程如下：转换把手扳11到第一路电流和第二路电流相位档位，依上述电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表测量第一路电流和第二路电流过程，PLC7获取第一路电流端子1电流值、第二路电流端子2电流值后，计算出相位，相位值在显示屏8上显示。

电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表测量电压和第一路电流相位过程如下：转换把手扳11到电压和第一路电流相位档位，依上述电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表测量电压和第一路电流过程，PLC7获取电压端子3电压、第一路电流端子1电流值后，计算出相位，相位值在显示屏8上显示。

电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表测量电压和第二路电流相位过程如下：转换把手扳11到电压和第二路电流相位档位，依上述电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表测量电压和第二路电流过程，PLC7获取电压端子3电压、第二路电流端子2电流值后，计算出相位，相位值在显示屏8上显示。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表，包括电流端子、电压端子(3)、第一开关、分压电阻(6)、PLC(7)、显示屏(8)、电池(9)、模数转换芯片(10)、转换把手(11)；第一电阻、第二电阻、第三电阻、第二开关、第三开关、开关控制芯片(22)；

其中分压电阻(6)、PLC(7)、显示屏(8)、模数转换芯片(10)、开关控制芯片(22)集成在一块电路板上；

电流端子有同名端和非同名端两个端子；端子外侧设置为两个电流端子标准插孔；两个电流端子标准插孔上插有两根测试线插头，两根测试线的另一侧插头插到电流回路上的电流端子插孔；同名端端子对应和所测相电流回路的电流端子连接，非同名端端子对应和所测相电流回路公共端N线端子连接；第一电阻和第一开关串联连接，第二电阻和第二开关串联连接，第三电阻和第三开关串联连接；这三个串联回路再和电流端子并联连接；模数转换芯片(10)包括三路模拟量输入回路；并联连接回路和模数转换芯片(10)的第一路模拟量输入连接；模数转换芯片(10)的输出和PLC(7)的输入连接，模数转换芯片(10)把模拟量采样转换为数字量送给PLC(7)；第一开关、第二开关、第三开关的受控端和开关控制芯片(22)指令输出端连接，第一开关、第二开关、第三开关的开断或闭合受开关控制芯片(22)指令控制；开关控制芯片(22)数字信号端和PLC(7)双向信号连接，根据PLC(7)的信号发出断开或闭合指令，并把开关闭合或断开的状态信号送给PLC(7)；

电压端子(3)有同名端和非同名端两个端子；两个端子内侧分别和分压电阻的信号输入两端连接，两个端子外侧设置为两个标准插孔；两个标准插孔分别插上两根表笔线，同名端所连表笔线另一头与所测电压的相别端子相连，非同名端所连表笔线另一头与所测相电压 的公共端N线端子连接；

分压电阻(6)的输出端和模数转换芯片10的第三路模拟量输入连接，分压电阻(6)把电压端子送来的电压信号转化为0.01倍的电压信号送给模数转换芯片(10)；

转换把手(11)的档位输出和PLC(7)的输入连接，把测量档位信号送给PLC(7)；

PLC(7)的输出和显示屏(8)的输入连接；PLC(7)根据模数转换芯片(10)送来的测量量数字信号和转换把手(11)送来的档位信号计算对应的幅值和相位，并在显示屏(8)上显示出来；

电池(9)给PLC(7)、显示屏(8)和模数转换芯片(10)提供电源。

2.根据权利要求1所述的电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表，其特征在于，所述电流端子包括第一路电流端子(1)、第二路电流端子(2)；所述第一开关包括第一路第一开关(4)、第二路第一开关(5)；所述第一电阻包括第一路第一电阻(12)、第二路第一电阻(15)；第二电阻包括第一路第二电阻(13)、第二路第二电阻(16)；第三电阻包括第一路第三电阻(14)、第二路第三电阻(17)；第二开关包括第一路第二开关(18)、第二路第二开关(20)；第三开关包括第一路第三开关(19)、第二路第三开关(21)。

3.根据权利要求1或2所述的电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表，其特征在于，转换把手(11)有电压幅值、第一路电流幅值、第二路电流幅值、第一路电流和第二路电流相位、电压和第一路电流相位、电压和第二路电流相位共六个测量档位。

4.根据权利要求2所述的电流互感器负载并联测量小负荷的相位伏安表，其特征在于，第一路第一电阻、第一路第二电阻、第一路第三电阻阻值依次为r、0.5r、0.25r，阻值存储固化在PLC内；第一 路第一开关、第一路第二开关、第一路第三开关是可控开关；

第二路第一电阻、第二路第二电阻、第二路第三电阻阻值依次为r、0.5r、0.25r；阻值存储固化在PLC内；第二路第一开关、第二路第二开关、第二路第三开关是可控开关。