CN105547620B - 一种电子式电流互感器一次部件振动试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电子式电流互感器一次部件振动试验装置及方法，能够直接测量一次部件上的振动波形和强度，并且实现一个测试平台对试验条件相反两个试验的测试。本发明能通过设置的振动传感器直接对真实的振动信号进行采集，并且经过转换，准确的对集成在智能隔离断路器中电子式电流互感器一次部件上的振动进行直接、完整、精确的试验；本发明通过振动信号的采集实现试验的测试，不要考量和依赖断路器和电子式电流互感器的带电及通断情况，因而能够同时满足直接法对两个试验条件是截然相反的电子式电流互感器短时电流期间的一次振动和一次部件与断路器机械耦联时的振动的测试要求。

Description

一种电子式电流互感器一次部件振动试验装置及方法

技术领域

本发明涉及电力系统自动化技术领域的电子式电流互感器性能测试技术，具体为一种电子式电流互感器一次部件振动试验装置及方法。

背景技术

电子式电流互感器在电力系统中是用于电流测量的关键设备。在实际应用中，电子式电流互感器的一次部件通常直接集成在智能隔离断路器中，由于这类设备在开合的时候会产生很大的振动，为了验证电流互感器在该振动下能否正常工作，输出范围是否满足标准或国网测试方案的要求，需要测试电流互感器一次部件机械耦联时外部振动对电流互感器输出的影响。同时，电力系统短路引发的短时大电流产生的电磁力会造成母线振动，因而也需要测试短时电流条件下振动对电流互感器输出的影响。

与传统的电流互感器相比，电子式电流互感器由于组成元件多、结构较复杂，在受到振动影响时其内部元器件会发生形变或相对位移，从而导致测量精度变化，严重时甚至出现输出异常，因此需要提高电子式电流互感器的抗振动性能。而目前的测试方法在测量振动对电子式电流互感器输出信号影响时主要还是通过研究断路器振动的特征，模拟断路器的振动来进行测试，无法通过直接的试验来对其进行考核，也无法定量的测量断路器、电子式电流互感器振动的强度，因而无法建立起振动强度与断路器、电子式电流互感器输出信号的模型，不利于对电子式电流互感器的抗振动性能进行深入研究。

针对电子式电流互感器一次部件与全封闭组合电器(GIS)、中压开关、断路器等一次设备振动试验的情况，现有技术中提出了一种通过振动发生器模拟断路器等开合产生的振动，该方法的缺点是测试方法与设备实际使用不符，该方法是通过振动发生器去模拟实际断路器在开断过程中产生的振动，实际使用时电子式电流互感器是与断路器等一次设备集成在一起，而不是连接到模拟振动发生器。另外，振动发生器的输出是否与断路器等的开合频率和幅值是否相同也未进行验证说明；现有技术中还提出了一种采用5V电源对断路器进行供电，通过电阻分压的方式，通过检测断路器开合瞬间的电压波形来判断时刻，该方法能够很好的判断开合时刻，但是无法准确的测量出开合时刻的传导到被测电子式电流互感器一次部件的振动波形及振动强度。电子式电流互感器的一次振动试验主要包括短时电流期间的一次振动试验和一次部件与断路器机械耦联时的振动试验，该装置只能对一次部件与断路器机械耦联时的振动试验进行测试，不能进行短时电流期间的一次振动试验。该装置在进行短时电流期间的一次振动试验也只能通过模拟电子式电流互感器在智能变电站中遇到的振动，来测试电子式电流互感器的可靠性，因此该装置具有一定的局限性。

针对短时电流期间的一次振动对电子式电流互感器测试输出的影响，现有技术给出了一种通过空心线圈测量电流的方法间接测量振动，由于短时电流期间一次振动较大，空心线圈本身也会受到振动的影响，测量输出结果会存在较大误差，并且由于振动导致通过线圈的磁通变化较大，从而导致测试结果的一致性较差。另外该方法也无法直接测试振动强度的大小。该装置只能对短时电流期间的一次振动试验进行测试，却无法测试一次部件与断路器机械耦联时的振动试验，具有一定的局限性。

电子式电流互感器一次部件与断路器机械耦联时的振动试验和短时电流期间的一次振动试验主要是考核电子式电流互感器在各种振动条件下的稳定性能，因而根据直接法测试是最准确的方法，因而各种模拟一次振动的方法不能完全、真实的反应实际耦联振动及短时电流时的真实振动情况。目前的模拟测试方法是两种振动试验需要搭建不同的测试平台，如果能将两种试验在一个平台实现，不仅能够节省测试设备费用，还能加快测试进度，更快更好的进行测试。

短时电流期间的一次振动试验是要求在对智能隔离断路器与回路进行刚性连接，一次输入电流为30kA-60kA，试验持续3秒后分闸的条件下对电子式电流互感器进行测试；而断路器机械耦联时的振动试验是要求断路器通过软导体进行连接，在无电流的条件下进行重合闸操作，所以没有电流的条件下很难测试到断路器真实的分闸时刻，因而将两个差异巨大的试验做在一套装置中并使用同一种测试方法是比较困难的。与此同时，目前的电子式电流互感器一次部件与断路器机械耦联时的振动试验和短时电流期间的一次振动试验的检测设备均是定性测试振动对其输出的影响，无法定量的测量施加在电子式电流互感器一次部件上的振动波形和强度，不利于深入研究电子式电流互感器的抗振动性能。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种电子式电流互感器一次部件振动试验装置及方法，能够直接测量一次部件上的振动波形和强度，并且实现一个测试平台对试验条件相反两个试验的测试。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种电子式电流互感器一次部件振动试验方法，包括如下步骤，

步骤1，将振动传感器固定在被测的电子式电流互感器上，采集集成在智能隔离断路器中的电子式电流互感器的振动信号，并将振动信号转换为电流信号输出；

步骤2，将振动传感器输出的电流信号转化为数字电压信号；

步骤3，在振动传感器采集振动信号的同时，实时的采集电子式电流互感器的输出信号；

步骤4，根据数字电压信号中对应振动峰值的时刻得到智能隔离断路器的分闸时刻，并在电子式电流互感器的输出信号中得到分闸时刻后5ms-25ms内的电子式电流互感器一次输出电流的波形，计算得到分闸时刻后5ms-25ms内电子式电流互感器一次输出电流的方均根值，与被测电子式电流互感器的试验要求进行比较判断是否通过试验。

优选的，在步骤1之前还包括设置被测电子式电流互感器通信协议和额定一次电流值的步骤；在步骤4中如果计算得到分闸时刻后5ms-25ms内电子式电流互感器一次输出电流的方均根值没有超过一次额定电流的3％时，则试验通过；否则不通过。

优选的，在进行短时电流期间的一次振动试验时，步骤4中是根据数字电压信号中对应振动峰值的时刻得到智能隔离断路器的第一次分闸时刻。

进一步，短时电流期间的一次振动试验是在被测的智能隔离断路器进行短时电流试验时，同时对电子式电流互感器的短时电流期间的一次振动进行考核；所述的被测智能隔离断路器与母线进行刚性连接。

优选的，在进行一次部件与断路器机械耦联时的振动试验时，步骤4中是根据数字电压信号中对应振动峰值的时刻得到智能隔离断路器的重合闸中的第二次分闸时刻。

进一步，被测智能隔离断路器与母线通过软导体连接。

一种电子式电流互感器一次部件振动试验装置，包括振动传感器、远端采集模块、合并单元、主测试模块和上位机；所述的振动传感器固定在被测的电子式电流互感器上，被测的电子式电流互感器集成在被测的智能隔离断路器内；振动传感器用于采集被测的智能隔离断路器和被测电子式电流互感器的振动信号，并将振动信号转变为振动电流信号；所述的远端采集模块的输入端连接振动传感器的振动电流信号输出端，输出端通过光纤连接主测试模块输入端；远端采集模块用于将接收的振动电流信号转换为数字电压信号；所述的合并单元的输入端通过光纤连接被测的电子式电流互感器的输出端，输出端连接到主测试模块输入端；合并单元用于实时采集被测的电子式电流互感器的输出信号；所述的主测试模块用于将被测的电子式电流互感器的实时输出信号和数字电压信号按时间进行合成处理实时上传到上位机；所述的上位机用于接收并记录主测试模块的信号输出，并根据数字电压信号来确定振动强度和分闸时刻，并完成波形绘制，然后根据智能隔离断路器最后一次分闸时刻5ms后统计出20ms时间内电子式电流互感器一次输出电流的方均根值，根据试验要求判断是否通过试验。

优选的，振动传感器采用一体化振动变送器，信号输出范围为4-20mA的电流；远端采集模块通过0.5kΩ的电阻将振动电流信号转换为数字电压信号。

优选的，振动传感器垂直或水平安装在被测的电子式电流互感器的一次部件上。

优选的，被测的电子式电流互感器采用电磁传感类的电子式电流互感器、光学传感类的电子式电流互感器或电子传感类的电子式电流互感器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明能通过设置的振动传感器直接对真实的振动信号进行采集，并且经过转换，准确的对集成在智能隔离断路器中电子式电流互感器一次部件上的振动进行直接、完整、精确的试验；本发明通过振动信号的采集实现试验的测试，不要考量和依赖断路器和电子式电流互感器的带电及通断情况，因而能够同时满足直接法对两个试验条件是截然相反的电子式电流互感器短时电流期间的一次振动和一次部件与断路器机械耦联时的振动的测试要求。

进一步的，电子式电流互感器、合并单元和远端采集模块均采用光纤进行数据传输，避免短时电流时产生的强磁场对采集数据的干扰，保证了测量的稳定性和准确性。本发明能够对任何电压等级的断路器进行电子式电流互感器一次部件振动试验，并可以同时测量10个通道的实时数据。

附图说明

图1为本发明实例中所述试验方法和装置的采集处理流程图。

图2为本发明实例中所述短时电流期间的一次振动试验的试验波形图。

图3为本发明实例中所述一次部件与断路器机械耦联时的振动试验的波形图。

图4为本发明实例中所述试验装置的连接示意图。

图中：100、被测的智能隔离断路器；110、被测的电子式电流互感器；120、振动传感器；130、远端采集模块；140、合并单元；150、主测试模块；160、上位机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明一种电子式电流互感器一次部件振动试验装置，如图4所示，其包括振动传感器120、远端采集模块130、合并单元140、主测试模块150和上位机160；其中被测的电子式电流互感器110集成在所述被测的智能隔离断路器100中，振动传感器安装在所述被测的电子式电流互感器上，被测的电子式电流互感器通过光纤连接至所述合并单元，振动传感器通过信号线连接到所述远端采集模块，主测试模块通过光纤同时接收合并单元和远端采集模块的信号，上位机通过光纤连接所述的主测试模块进行波形信号的计算和分析。

其中，振动传感器为一体化振动变送器，安装在被测的电子式电流互感器一次部件上，输出为模拟量4-20mA的电流输出，与远端采集模块相连，用于测试断路器和被测电子式电流互感器的振动信号，并将振动信号发送到远端采集模块进行处理。

远端采集模块与振动传感器相连接，用于接收安装在被测的电子式电流互感器上的振动传感器产生的4-20mA振动小电流信号，并将振动的小电流信号通过0.5kΩ电阻转换为2-10V的电压信号，再将模拟电压信号转换为数字电压信号，然后通过光纤发送到主测试模块中。远端采集模块通过内置电组进行供电，可连续进行60小时试验，输入最高电压为±15V。

主测试模块一端与合并单元相连接，用于接收被测的电子式电流互感器的实时数据；另一端与远端采集模块相连接，用于接收远端采集模块发送被测的电子式电流互感器一次部件振动信号数据，并对振动数据进行处理，通过以太网将高精度数字量采集板卡采集到的数据实时上传到上位机。主测试模块采用高稳定性的精密采集板卡，两路同时采样时差在0.5微秒以内，绝对延时和时间抖动测试精度优于2微秒，采集精度达到0.03％。

上位机接收并记录主测试模块的信号输出，并根据振动传感器上传的电压信号来确定振动强度和触发录播，上位机通过分析软件进行数据汇总和分析处理，采样率为80点/周波，并完成波形绘制，然后根据断路器最后一次分闸时刻5ms后统计出20ms时间内电子式电流互感器一次输出电流的方均根值，然后根据试验要求判断是否通过试验。

被测的电子式电流互感器通过铝制母线集成在被测的智能隔离断路器中；被测的智能隔离断路器为应用于户外的弹簧式隔离断路器；一种电子式电流互感器一次部件振动试验的测试装置能同时满足电子式电流互感器短时电流期间的一次振动试验和一次部件与断路器机械耦联时的振动试验的测试，同时还能够对被测互感器的振动波形和强度进行准确测量；该试验装置可以对所有电压等级的智能隔离断路器进行直接试验，每个电压等级都可以进行分闸、合闸和重合闸的试验操作。

集成在被测的智能隔离断路器中的电子式电流互感器可以是电磁传感类的电子式电流互感器、光学传感类的电子式电流互感器和电子传感类的电子式电流互感器。主测试模块与远端采集模块之间的接口包括光串口、电串口、光网口、电网口等类型。主测试模块与合并单元之间的输入口包括光网口、光串口、电网口等类型，支持包括IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE等多种协议。

本发明试验装置的数据处理流程如图1所示，振动传感器将4-20mA的电流信号传输到远端采集模块，远端采集模块通过0.5kΩ电阻将电流值转换为2-10V电压值，远端采集模块将模拟量数据转换为数字量并通过光纤上传到主测试模块；电子式电流互感器通过光纤连接到合并单元将1个测量和2个保护的数据传输到主测试模块。主测试模块同步将两种信号通过高精度数字量采集板卡合成并上传到上位机。上位机通过振动传感器上传的电压信号来确定断路器最后一次分闸时刻，在该时刻5ms后统计出20ms内的波形及相应的n个采样值，根据公式计算出电子式电流互感器一次输出电流的方均根值。

本发明所述的试验方法能够进行短时电流期间的一次振动试验和一次部件与断路器机械耦联时的振动试验。

短时电流期间的一次振动试验方法如下。

步骤1：设置相关参数，包括设置通信协议、额定一次电流值设定、触发方式等。

步骤2：对被测的智能隔离断路器进行短时电流试验，在短时电流试验期间，由于被测的智能隔离断路器和被测的电子式电流互感器是刚性连接，因而会同时振动和停止。振动传感器将采集到的振动信号传输到远端采集模块，该模块采集到的数据通过光纤上传到主测试模块中。

步骤3：电子式电流互感器将实时监测的电流通过合并单元上传到主测试模块中。

步骤4：主测试模块一端与合并单元相连接，用于接收被测的电子式电流互感器的实时数据；另一端与远端采集模块相连接，用于接收远端采集模块发送被测的电子式电流互感器一次部件振动信号数据，并对振动数据进行处理，通过以太网将高精度数字量采集板卡采集到的数据实时上传到上位机。

步骤5：上位机对录波进行分析，通过分闸振动的电压信号来确定分闸时刻，分闸5ms后，测量出20ms内的波形，上位机对电子式电流互感器在这20ms内的一次方均根值进行计算，如果计算的电流值没有超过一次额定电流的3％，则试验通过。

所述短时电流期间的一次振动试验是在被测的智能隔离断路器进行短时电流试验时，同时对电子式电流互感器的短时电流期间的一次振动进行考核。所述的被测智能隔离断路器与母线进行刚性连接，从而体现最为恶劣的振动情况。

短时电流期间的一次振动试验的试验波形图如图2所示。该试验是智能隔离断路器进行50kA短时电流试验时进行短时电流期间的一次振动试验的测试，上位机通过振动信号确定分闸后5ms的时间节点，然后可以自动找出T1和T2之间的波形，该波形为一次分闸时刻5ms后统计出的20ms内的波形，通过对该段波形中数据的计算可以得出电子式电流互感器一次输出电流的方均根值，然后根据试验要求判断是否通过试验。该波形图横坐标为时间，主要显示分闸时刻5ms后的T1和分闸时刻5ms后又20ms的T2的实时时间，精确到微秒；纵坐标为一次电流值，单位为mA，该波形图中可以看出通道2、通道3为被测的电子式互感器的保护通道，通道8为被测的电子式互感器的测量通道，因而该装置可以同时检测一个电子式互感器的多个通道。

一次部件与断路器机械耦联时的振动试验方法如下。

步骤1：设置相关参数，包括设置通信协议、额定一次电流值设定、触发方式等。

步骤2：为体现最为恶劣的振动情况，智能隔离断路器应通过软导体连接，对被测的智能隔离断路器进行无电流的重合闸操作，由于被测的智能隔离断路器和被测的电子式电流互感器是刚性连接，因而会同时振动和停止。振动传感器将采集到的振动信号传输到远端采集模块，该模块通过光纤上传到主测试模块中。

步骤3：电子式电流互感器将实时监测的电流通过合并单元上传到主测试模块中。

步骤4：主测试模块一端与合并单元相连接，用于接收被测的电子式电流互感器的实时数据；另一端与远端采集模块相连接，用于接收远端采集模块发送被测的电子式电流互感器一次部件振动信号数据，并对振动数据进行处理，通过以太网将高精度数字量采集板卡采集到的数据实时上传到上位机。

步骤5：上位机对录波进行分析，在重合闸中的第二次分闸信号触发5ms后，测量出20ms内的波形，上位机对电子式电流互感器在这20ms内的一次方均根值进行计算，如果计算的电流值没有超过一次额定电流的3％，则试验通过。

一次部件与断路器机械耦联时的振动试验的波形图如图3所示。该试验是智能隔离断路器进行无电流的重合闸操作，上位机通过重合闸的第二次分闸振动信号确定分闸后5ms的时间节点，然后可以自动找出分闸时刻后5ms的T1和分闸时刻5ms后又20ms的T2之间的波形，该波形为一次分闸时刻5ms后统计出的20ms内的波形，通过对该段波形中数据的计算可以得出电子式电流互感器一次输出电流的方均根值，然后根据试验要求判断是否通过试验。该波形图横坐标为时间，主要显示T1和T2的实时时间，精确到微秒；纵坐标为一次电流值，单位为mA，该波形图中可以看出通道2、通道3为被测的电子式互感器的保护通道，通道4为被测的电子式互感器的测量通道，因而该装置可以同时检测一个电子式互感器的多个通道。

通过本发明一种电子式电流互感器一次部件振动试验装置及方法能够同时满足被测电子式电流互感器短时电流期间的一次振动试验和一次部件与断路器机械耦联时的振动试验的直接测试，并可以准确测试施加在被测电子式电流互感器上的振动信号强弱，将测试结果实时计算并判断是否满足标准要求，同时将结果进行显示输出。

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 (8)

1.一种电子式电流互感器一次部件振动试验方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤1，将振动传感器垂直或水平安装固定在被测的电子式电流互感器的一次部件上，采集集成在智能隔离断路器中的电子式电流互感器的振动信号，并将振动信号转换为电流信号输出；

步骤2，将振动传感器输出的电流信号转化为数字电压信号；

步骤3，在振动传感器采集振动信号的同时，实时的采集电子式电流互感器的输出信号；

步骤4，根据数字电压信号中对应振动峰值的时刻得到智能隔离断路器最后一次分闸时刻，并在电子式电流互感器的输出信号中得到最后一次分闸时刻后5ms-25ms内的电子式电流互感器一次输出电流的波形，计算得到最后一次分闸时刻后5ms-25ms内电子式电流互感器一次输出电流的方均根值，与被测电子式电流互感器的试验要求进行比较判断是否通过试验；

在步骤1之前还包括设置被测电子式电流互感器通信协议和额定一次电流值的步骤；在步骤4中如果计算得到分闸时刻后5ms-25ms内电子式电流互感器一次输出电流的方均根值没有超过一次额定电流的3％时，则试验通过；否则不通过。

2.根据权利要求1所述的一种电子式电流互感器一次部件振动试验方法，其特征在于，在进行短时电流期间的一次振动试验时，步骤4中是根据数字电压信号中对应振动峰值的时刻得到智能隔离断路器的第一次分闸时刻。

3.根据权利要求2所述的一种电子式电流互感器一次部件振动试验方法，其特征在于，所述短时电流期间的一次振动试验是在被测的智能隔离断路器进行短时电流试验时，同时对电子式电流互感器的短时电流期间的一次振动进行考核；所述的被测智能隔离断路器与母线进行刚性连接。

4.根据权利要求1所述的一种电子式电流互感器一次部件振动试验方法，其特征在于，在进行一次部件与断路器机械耦联时的振动试验时，步骤4中是根据数字电压信号中对应振动峰值的时刻得到智能隔离断路器的重合闸中的第二次分闸时刻。

5.根据权利要求4所述的一种电子式电流互感器一次部件振动试验方法，其特征在于，所述的被测智能隔离断路器与母线通过软导体连接。

6.一种电子式电流互感器一次部件振动试验装置，其特征在于，包括振动传感器、远端采集模块、合并单元、主测试模块和上位机；

所述振动传感器垂直或水平安装固定在被测的电子式电流互感器的一次部件上，被测的电子式电流互感器集成在被测的智能隔离断路器内；振动传感器用于采集被测的智能隔离断路器和被测电子式电流互感器的振动信号，并将振动信号转变为振动电流信号；

所述的远端采集模块的输入端连接振动传感器的振动电流信号输出端，输出端通过光纤连接主测试模块输入端；远端采集模块用于将接收的振动电流信号转换为数字电压信号；

所述的合并单元的输入端通过光纤连接被测的电子式电流互感器的输出端，输出端连接到主测试模块输入端；合并单元用于实时采集被测的电子式电流互感器的输出信号；

所述的主测试模块用于将被测的电子式电流互感器的实时输出信号和数字电压信号按时间进行合成处理实时上传到上位机；

所述的上位机用于接收并记录主测试模块的信号输出，并根据数字电压信号来确定振动强度和分闸时刻，并完成波形绘制，然后根据智能隔离断路器最后一次分闸时刻5ms后统计出20ms时间内电子式电流互感器一次输出电流的方均根值，根据试验要求判断是否通过试验。

7.根据权利要求6所述的一种电子式电流互感器一次部件振动试验装置，其特征在于，所述振动传感器采用一体化振动变送器，信号输出范围为4-20mA的电流；远端采集模块通过0.5kΩ的电阻将振动电流信号转换为数字电压信号。

8.根据权利要求6所述的一种电子式电流互感器一次部件振动试验装置，其特征在于，被测的电子式电流互感器采用电磁传感类的电子式电流互感器、光学传感类的电子式电流互感器或电子传感类的电子式电流互感器。