CN106990381A - 一种互感器磁饱和检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁饱和检测技术领域，具体涉及的是一种互感器磁饱和检测装置。具有装置本体，在装置本体上设有显示模块和按键模块；在装置本体侧部还设有电流钳；在装置本体内设有控制板，所述控制板上装有CPU主控模块、模拟信号处理模块和电源模块；电源模块分别与CPU主控模块、模拟信号处理模块以及显示模块相连；CPU主控模块分别与电源模块、模拟信号处理模块、显示模块以及按键模块相联；电流钳的信号输入端与模拟信号处理模块相连；在装置本体上设有电源按键，所述电源按键与电源模块相连，用于控制电源的通断。

Description

一种互感器磁饱和检测装置

技术领域

本发明涉及磁饱和检测技术领域，具体涉及的是一种互感器磁饱和检测装置。

背景技术

电能计量装置运行过程中有三种情况会导致电流互感器磁饱和：一是目前大量使用的整流装置、变频器、高频炉等设备，运行中产生非周期分量和谐波导致；二是超容或互感器变比配置过小而出现一次电流远大于额定值时引起；三是二次回路端子虚接或二次负载过大导致。磁饱和的电流互感器会产生不同程度的一、二次电流不成比例现象，造成少计电量和线损增大的后果。目前国家电网公司针对磁饱和的重视程度不够，营销部门各相关专业均未系统研究磁饱和对计量的影响和危害。随着公司对线损管理工作的重视程度不断加强，今后鉴定磁饱和对计量误差的影响以及避免电流互感器磁饱和的控制手段必将成为电能计量工作的的重要组成部分。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种互感器磁饱和检测装置，是一种互感器磁饱和的便携检测装置，通过钳表取样二次电流数据，并对二次电流数据进行分析判断，提取互感器磁饱和特征，对互感器磁饱和给出准确的测试结果，测试运行中的电能计量互感器，以确保计量准确，从而方便、准确地测量互感器磁饱和状态。

本发明是采取以下技术方案实现的：

互感器磁饱和检测装置具有装置本体，在装置本体上设有显示模块和按键模块；在装置本体侧部还设有电流钳；在装置本体内设有控制板，所述控制板上装有CPU主控模块、模拟信号处理模块和电源模块；

电源模块分别与CPU主控模块、模拟信号处理模块以及显示模块相连，为它们提供工作电源；

CPU主控模块分别与电源模块、模拟信号处理模块、显示模块以及按键模块相联；

电流钳的信号输入端与模拟信号处理模块相连；

在装置本体上设有电源按键，所述电源按键与电源模块相连，用于控制电源的通断。

所述CPU主控模块采用STM32F429主控芯片，STM32F429主控芯片采用CORTEX-M4内核，运行速度快，内部资源丰富，外部通信接口众多，该模块上还有时钟芯片RX8025T、64MSDRAM和8M SPI FLASH；

所述模块信号处理模块采用信号放大电路和ADC电路，所述信号放大电路采用OP07运算放大器，ADC电路采用AD7660芯片。

所述电流钳采用开口孔径为13MM的0.1级高精度电流钳，磁芯采用坡膜合金。

所述显示模块采用4.3英寸TFT液晶显示屏，用来显示测得电流波形、判据和结果。

所述按键模块包括数字按键、方向按键、取消按键、确定按键和电源按键；所述数字按键为0～9数字按键；方向按键包括上、下、左、右4个按键；通过按键模块设置本装置磁饱和判定阀值等参数，也可设置调整本装置的当前时间等数值，当本装置检测到磁饱和时可以记录磁饱和发生的时间。

所述电源模块采用大容量锂电池，可以在现场随时操作，充电方便宜操作。

本装置使用时，通过电流钳采集A相电流、B相电流和C相电流，送入模拟信号处理模块，模拟信号处理模块将电流检测信息传送到CPU主控模块中；CPU主控模块通过电流检测信息得出理论电流有效值、实际电流有效值和波形斜率，与事先设定在本装置的阈值相比较，记录实时测量结果，并将结果显示在显示屏上。

互感器磁饱和检测装置的检测方法，包括如下步骤：

1）把互感器磁饱和检测装置放在电表处，将电流钳夹在电表的电流输入端；检查无误后打开装置电源，装置开始检测；

2）电流钳将实时采集到的二次电流信号传送到模拟信号处理模块，经过模拟信号处理模块的放大和AD转换后，传输到CPU主控模块；

3）CPU主控模块根据步骤2）得到的电流采集值计算出理论电流有效值、实际电流有效值和波形斜率，所述理论电流有效值是假设所检测二次电流信号是标准正弦波信号，由检测到的二次电流峰值计算出的电流有效值；所述实际电流有效值为AD转换后数值的均方根计算出来的有效值；

4）CPU主控模块将步骤3）得到的理论电流有效值、实际电流有效值分别与装置中预设的电流阀值相比较，同时将得到的波形斜率与装置中预设的波形斜率阀值相比较；如果电流阀值和斜率阀值中有任何一项超过阀值时且持续时间超过1秒种即50工频周期，在CPU主控模块的存储器FLASH内形成一条记录，并将实际电流值和波形传送到显示模块进行显示；同时通过按键模块修改装置中的有效时比值阀值和波形斜率阀值，使实测结果与现状更接近；

5）在显示模块上显示当前实时的电流波形、理论电流有效值、实际电流有效值、当时波形斜率、和理想波形斜率；还能显示发生磁饱和时的电流波形，发生时间、理论有效值和实际有效值以及实际波形斜率；

6）重复步骤2）～5），检测互感器饱和恢复时间，并形成一条完整记录；

7）重复步骤2）～６），检测下次发生的互感器磁饱和事件。

所述记录包括发生时间，采集到电流值和计算值。

发明优点：

本发明简单方便可靠的完成互感器磁饱和的检测，从能量转变和波形斜率两种角度来确定磁饱和程度。

通过本发明可以帮助现场检测人员工作效率、提高验收可靠性。一键时检测，定性定量的确定互感器磁饱和，不用再用示波器、电流表、万能表等多种仪器组合才能确定出来，降低了对测量人员的技术和配合度的要求。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明一种互感器磁饱和检测装置结构示意图；

图2是本发明一种互感器磁饱和检测装置的结构原理框图；

图3是电流互感器饱和时二次电流波形图；

图4是电流互感器饱和后的一、二次电流波形图。

图中：1、装置本体，2、显示模块，3、电流钳，4-1、数字按键，4-2、方向按键，4-3、取消按键，4-4、确定按键，4-5、电源按键。

具体实施方式

参照附图1～2，本发明互感器磁饱和检测装置具有装置本体1，在装置本体1上设有显示模块2和按键模块；在装置本体1侧部还设有电流钳3；在装置本体1内设有控制板，所述控制板上装有CPU主控模块、模拟信号处理模块和电源模块；

电源模块分别与CPU主控模块、模拟信号处理模块以及显示模块2相连，为它们提供工作电源；

CPU主控模块分别与电源模块、模拟信号处理模块、显示模块2以及按键模块相联；

电流钳的信号输入端与模拟信号处理模块相连；

在装置本体上设有电源按键4-5，所述电源按键4-5与电源模块相连，用于控制电源的通断。

所述显示模块采用4.3英寸TFT液晶显示屏，用来显示测得电流波形、判据和结果。

所述按键模块包括数字按键4-1、方向按键4-2、取消按键4-3、确定按键4-4和电源按键4-5；所述数字按键4-1为0～9数字按键；方向按键4-2包括上、下、左、右4个按键；通过按键模块设置本装置磁饱和判定阀值等参数，也可设置调整本装置的当前时间等数值，当本装置检测到磁饱和时可以记录磁饱和发生的时间。

本装置的工作原理和使用步骤如下：

1）把互感器磁饱和检测装置放在电表处，将电流钳夹3在电表的电流输入端；检查无误后打开装置电源，装置开始检测；

2）电流钳3将实时采集到的二次电流信号传送到模拟信号处理模块，经过模拟信号处理模块的放大和AD转换后，传输到CPU主控模块；

3）CPU主控模块根据步骤2）得到的电流采集值计算出理论电流有效值、实际电流有效值和波形斜率，所述理论电流有效值是假设所检测二次电流信号是标准正弦波信号，由检测到的二次电流峰值计算出的电流有效值；所述实际电流有效值为AD转换后数值的均方根计算出来的有效值；

4）CPU主控模块将步骤3）得到的理论电流有效值、实际电流有效值分别与装置中预设的电流阀值相比较，同时将得到的波形斜率与装置中预设的波形斜率阀值相比较；如果电流阀值和斜率阀值中有任何一项超过阀值时且持续时间超过1秒种即50工频周期，在CPU主控模块的存储器FLASH内形成一条记录，并将实际电流值和波形传送到显示模块进行显示；同时通过按键模块修改装置中的有效时比值阀值和波形斜率阀值，使实测结果与现状更接近；

5）在显示模块2上显示当前实时的电流波形、理论电流有效值、实际电流有效值、当时波形斜率、和理想波形斜率；还能显示发生磁饱和时的电流波形，发生时间、理论有效值和实际有效值以及实际波形斜率；

6）重复步骤2）～5），检测互感器饱和恢复时间（当检测到的二次电流超过阀值且持续1秒钟后进入磁饱状态后，又检测到的二次电流没超过阀值且持续1秒钟即变为退出饱和状态），并形成一条完整记录；

7）重复步骤2）～６），检测下次发生的互感器磁饱和事件（当再次检测到的二次电流超过阀值且持续1秒钟后进入磁饱状态，后又检测到的二次电流没超过阀值且持续1秒钟即变为退出饱和状态）。

经实验发现铁芯是否饱和在二次电流波形上有如此体现：在未发生饱和时段，磁感应强度B可随磁场强度H线性变化，互感器能够线性地传变一次侧电流，二次侧电流波形为正弦波，波形过零点附近的斜率变化平缓，二次电流主要成分为基波，谐波含量基本为零；当互感器入饱和时段，B值由可以随H线性变化转化为不能显著随H变化，二次电流波形将迅速下降，在过零点附件进入“台阶状”区间，波形斜率迅速突变至极小值，二次电流中出现谐波成分，谐波与基波含量比值上升；在互感器的饱和区，B值已基本完全不能随H变化，二次电流波形呈饱和特性（参照附图3），二次、三次和五次谐波占据二次电流的大量成分。

互感器在不同饱和程度下，其二次侧电流波形斜率、二次侧电流谐波含量比呈现明显差异。无论发生轻度或深度饱和，二次侧电流波形中每周期都有一段斜率很小、近乎于零的“台阶状”突变区间，而不饱和时则不存在。由于互感器处于磁饱和状态时，电流转换能量变低，电流波形从正常的正弦波形（图4），变成如图3所示的尖峰波形，尖峰波形所含的电能量比正弦波形所含的电能量降低，由此可以测出二次电流波形中的峰值，由电流峰值计算出理论上的二次电流有效值I1。再由采集到的二次电流的AD值,采用均方根方法计算出实际的二次电流有效值I2，I1与I2的比较大于阀值时，互感器电能转换效率变低，说明互感器存在磁饱和现象。并同时检测波形斜率，根据波形斜率的程度来互感器磁饱和现象。通过这两种方式来确定磁饱和更加稳定可靠避免偶然现象。

Claims (8)

1.一种互感器磁饱和检测装置，具有装置本体，其特征在于：在装置本体上设有显示模块和按键模块；在装置本体侧部还设有电流钳；在装置本体内设有控制板，所述控制板上装有CPU主控模块、模拟信号处理模块和电源模块；

电源模块分别与CPU主控模块、模拟信号处理模块以及显示模块相连，为它们提供工作电源；

CPU主控模块分别与电源模块、模拟信号处理模块、显示模块以及按键模块相联；

电流钳的信号输入端与模拟信号处理模块相连；

在装置本体上设有电源按键，所述电源按键与电源模块相连，用于控制电源的通断。

2.根据权利要求1所述的互感器磁饱和检测装置，其特征在于：所述CPU主控模块采用STM32F429主控芯片。

3.根据权利要求1所述的互感器磁饱和检测装置，其特征在于：所述模块信号处理模块采用信号放大电路和ADC电路，所述信号放大电路采用OP07运算放大器，ADC电路采用AD7660芯片。

4.根据权利要求1所述的互感器磁饱和检测装置，其特征在于：所述电流钳采用开口孔径为13MM的0.1级高精度电流钳，磁芯采用坡膜合金。

5.根据权利要求1所述的互感器磁饱和检测装置，其特征在于：所述显示模块采用4.3英寸TFT液晶显示屏。

6.根据权利要求1所述的互感器磁饱和检测装置，其特征在于：所述按键模块包括数字按键、方向按键、取消按键、确定按键和电源按键；所述数字按键为0～9数字按键；方向按键包括上、下、左、右4个按键。

7.根据权利要求1所述的互感器磁饱和检测装置，其特征在于：所述电源模块采用大容量锂电池。

8.权利要求1所述的互感器磁饱和检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）把互感器磁饱和检测装置放在电表处，将电流钳夹在电表的电流输入端；检查无误后打开装置电源，装置开始检测；

2）电流钳将实时采集到的二次电流信号传送到模拟信号处理模块，经过模拟信号处理模块的放大和AD转换后，传输到CPU主控模块；

3）CPU主控模块根据步骤2）得到的电流采集值计算出理论电流有效值、实际电流有效值和波形斜率，所述理论电流有效值是假设所检测二次电流信号是标准正弦波信号，由检测到的二次电流峰值计算出的电流有效值；所述实际电流有效值为AD转换后数值的均方根计算出来的有效值；

4）CPU主控模块将步骤3）得到的理论电流有效值、实际电流有效值分别与装置中预设的电流阀值相比较，同时将得到的波形斜率与装置中预设的波形斜率阀值相比较；如果电流阀值和斜率阀值中有任何一项超过阀值时且持续时间超过1秒种即50工频周期，在CPU主控模块的存储器FLASH内形成一条记录，并将实际电流值和波形传送到显示模块进行显示；同时通过按键模块修改装置中的有效时比值阀值和波形斜率阀值，使实测结果与现状更接近；

5）在显示模块上显示当前实时的电流波形、理论电流有效值、实际电流有效值、当时波形斜率、和理想波形斜率；还能显示发生磁饱和时的电流波形，发生时间、理论有效值和实际有效值以及实际波形斜率；

6）重复步骤2）～5），检测互感器饱和恢复时间，并形成一条完整记录；

7）重复步骤2）～６），检测下次发生的互感器磁饱和事件。