CN107942192A - 一种配电设备ct自动测试方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的技术方案包括一种配电设备CT自动测试方法和系统，用于实现：使用电流发生器向一次性开关体进行供电，其中电流发生器可以自定义电流输出；使用数据采集装置分别对电流发生器和一次开关本体的CT执行一次采样和二次采样；使用上位机核心控制装置接收采样数据并进行采样波形计算，确定CT极性是否一致；记录采样数据的曲线录波波形，并使用数据采集装置模拟故障波形，对比采样数据与模拟故障的波形，将对比结果存储于缓存器中的故障库作为后续检测依据；将上述已采集的波形数据及故障信息发送至显示装置进行显示。本发明的有益效果为：克服了传统方法手动测试的不足，大大提高了配电开关柜的检测能力，降低生成人力物力成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种配电设备CT自动测试方法及系统，属于计算机电力领域。
背景技术
在配电网中，一次开关本体的CT是一种穿心式电流互感器，电流互感器在交流回路中电流的方向会随时间在改变。其极性和变比是一次开关出厂前检测中非常重要的一项，同时也是配电网可靠用电的测试基础。
目前CT的检测在一次开关本体完成线路安装后无法再进行试验，这样无法对线路CT的二次电流回路做彻底的检查，故在一次开关本体出厂前对CT极性检测是非常必要的。产品主要应用于10kv配电网线路，CT又是产品的重要组成部分，若线路一侧端子出错，都会导致相位发生180度变化，因此准确判断电流互感器的极性是一项非常重要的工序。以往一次开关本体在出厂前CT极性测试时，采用人工手动使用计量表取一次大电流以及通过后的二次电流值，再将二次电流值乘以CT变比后与一次电流值进行数值对比，数值接近即为合格，如果在接仪表和测量装置的时候可能出现反接，则仪表可能反转，容易损坏仪器并对测量结果造成误差本，而这种自动测试方法除了测量精度准确，更是省去人工手动记录，整理，描绘曲线等步骤。
现有状况采用人工手动使用计量表取一次大电流以及通过后的二次电流值，再将二次电流值乘以CT变比后与一次电流值进行数值对比，数值接近即为合格。现有技术采用的测试方法如下(1)～(4)，包括：
(1)大多数采用人工手动仪表测试电压，电流等信号，难以检测到CT特性曲线，操作步骤繁琐；
(2)采用继电保护测试仪供给电流电压，接入模拟开关进行测试；
(3)传统的数据采集电路使用采用感性负载；
(4)数据采集采用分段采集，A/D转换存在误差。
其中CT：电流互感器(current transformer)；
一次开关本体：一次负荷开关设备、一次断路器设备。
成套设备：终端与一次开关本体成套设备。
CT极性：是指电流互感器的某一瞬间，一次侧与二次侧的端子，同时为正，或同时为负时，称此端子为同极性端或同名端，即一次的同名端流进电流时，二次的同名端流出电流。
CT变比：就是电流互感器两侧转化电流之间的比例，即一次侧与二次侧电流大小的比例。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是为了解决测试精度不高，人工测量存在危险，提出一键式智能化自动测试，测试精度高，测试方法大大减少测量误差，包括提供一种10kV配电网线路一次开关本体的CT极性和CT变比测试方法，提高产品的质量检测能力。
本发明的技术方案包括一种配电设备CT自动测试方法，其特征在于，该方法包括：A.使用电流发生器向一次性开关体进行供电，其中电流发生器可以自定义电流输出；B.使用数据采集装置分别对电流发生器和一次开关本体的CT执行一次采样和二次采样；C.使用上位机核心控制装置接收采样数据并进行采样波形计算，以及使用上位机核心控制装置判断一次采样与二次采样是否同相位或180度相位差，进而确定CT极性是否一致；D.记录采样数据的曲线录波波形，并使用数据采集装置模拟故障波形，对比采样数据与模拟故障的波形，将对比结果存储于缓存器中的故障库作为后续检测依据；E.将上述已采集的波形数据及故障信息发送至显示装置进行显示。
根据所述的配电设备CT自动测试方法，其中的步骤A还包括：使用电流发生器对一次开关本体的一段进行供电，其中的CT位于一次开关本体内部，所述电流发生器包括大电流发生器和小电流发生器，大电流发生器提供的最大电流不超过1500A，其中小电流发生器的提供电流值范围0.01A～10A。
根据所述的配电设备CT自动测试方法，其中的步骤B还包括：对电流发生器电流值进行第一次采样，进而对电流经过CT的另外一侧进行第二次采样，同时将二次采样数据发送至数据采集装置。
根据所述的配电设备CT自动测试方法，其中的采集装置还包括：使用A/D转换器结合输入开关进行分时采样，其采样为400KHz全速不间断实时采集，当采样数据发送过来时，A/D转换器进行模数转换，并采用FIFO缓冲及硬件中断，以及使用开关量提供的4个8位I/O接口与所述数据采集装置进行数据交互。
根据所述的配电设备CT自动测试方法，其中的步骤C的相位差计算还包括：S51，接收数据采集装置发送的采样数据，其中数据采集装置的采集频率为10KHZ，进一步，在50HZ交流电的一个周期中可以采集的数据点包括N＝200，P＝360°，其中N表示采集波形数，P为预设相位；S52，确认第一次电流波形起始零位点并确认是上升零位或下降零点，使用布尔类型的变量进行记录零位点类型和位置，并将该零位点作为采样点并记录为nFZCurIndex＝0，将零位点作为计算所需的第一次与第二次电流波形的起始点，以及将第一次电流相位设为初始0；S53，将第二次电流波形从起始零位点往后同一次电流相同的零位点所在的位置作为零位点，并将该零位点作为采样点位置并记录为nSZCurIndex＝0；S54，对相位差pd进行计算，其计算方式为
根据所述的配电设备CT自动测试方法，其中的步骤S52还包括：从采样波形真实的起点开始对零位点进行确认，并逐一往后查找；使用第一判断规则和第二判断规则对对零位点进行判断，任意其中一种判断规则判断成立则表示查找到对应的零位点，其中第一判断规则是当前采样值是否等于0，第二判断规则是上一个采样值与当前采样值是否为正负数值；当第一判断规则成立时，不再进行第二判断判断规则，其中第一判断规则的优先级高于第二判断规则；第二类判断成立的情况下，取绝对值更小的那个采样点设为零位点。
根据所述的配电设备CT自动测试方法，其中的步骤S53还包括：将所述步骤S52确认的零位起始点作为第二次电流波形起始点；使用所述第一判断规则和第二判断规则确认零位，进一步，使用第三判断规则确认一次电流波形的零位起始点的零位类型一致，即同为上升零位或同为下降零位。
根据所述的配电设备CT自动测试方法，其中的步骤C还包括：计算CT变比，包括设置CT的第一次侧采样的电流值为Ip，设置CT的第二次侧采样的电流值为Is，则CT变比计算方式为
根据所述的配电设备CT自动测试方法，其中的步骤C还包括：
计算波形采样，其包括以下步骤，S91，对于数据采集装置的采集频率为10KHZ，在50HZ交流电的一个周期中可以采集的数据点N＝200,则n次谐波分量的第k点傅里叶正余弦系数为，
则采样函数为：
S92，交流分量一周波积分为零，因此有
则求得
进一步求得求得及并计算谐波分量y(k)＝i(k)-I0rk，令y(k)＝u(k-N+i)，即将谐波分量代入采样函数得
并最终计算得到采样波形为
根据所述的配电设备CT自动测试方法，其中的步骤C还包括：使用数据采集装置对CT环境因素进行记录，并根据环境因素对波形进行模拟，当数据采集装置对CT进行二次采集时，根据所采集的波形数据与存储器中的记录的故障波形进行对比，判断已检测的CT是否存在对应的故障。
本发明的技术方案还包括一种配电设备CT自动测试系统，其特征在于，该系统包括：电流发生模块，用于向一次性开关体进行供电，其中电流发生器可以自定义电流输出；数据采集模块，用于对电流发生器和一次开关本体的CT执行一次采样和二次采样；上位机控制模块，将采样数据发送至上位机核心控制装置进行采样波形计算，以及判断一次采样与二次采样是否同相位或180度相位差，进而确定CT极性是否一致；故障分析装置，用于记录采样数据的曲线录波波形，向数据采集装置模拟故障波形的指令，对比采样数据与模拟故障的波形，将对比结果存储于缓存器中的故障库作为后续检测依据，以及，将检测的故障信息发送；显示模块，用于将已采集的波形数据及故障信息接收并进行显示。
本发明的有益效果为：克服了传统方法手动测试的不足，以智能化手段、程序流程控制方式，大大提高了配电开关柜的检测能力，降低生成人力物力成本；大电流发生器能产生连续大电流，其输出最大电流值为1500A；能够准确检测出CT两侧电流特性曲线录波。
附图说明
图1所示为根据本发明实施方式的总体流程图；
图2所示为根据本发明实施方式的原理图；
图3所示为根据本发明实施方式的CT极性和变比测试系统图；
图4a所示为根据本发明实施方式的详细流程图；
图4b所示为根据本发明实施方式的隐性故障波形记录流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的配电设备CT自动测试方法及系统适用于配电设备的CT自动测试。
图1所示为根据本发明实施方式的总体流程图。其具体如下：
电流发生器向一次性开关体进行供电，其中电流发生器可以自定义电流输出；
数据采集装置分别对电流发生器和一次开关本体的CT执行一次采样和二次采样；
上位机核心控制装置接收采样数据并进行采样波形计算，以及使用上位机核心控制装置判断一次采样与二次采样是否同相位或180度相位差，进而确定CT极性是否一致；
记录采样数据的曲线录波波形，并使用数据采集装置模拟故障波形，使用故障分析装置计算并对比采样数据与模拟故障的波形，将对比结果存储于缓存器中的故障库作为后续检测依据；
将上述已采集的波形数据及故障信息发送至显示装置进行显示。
图2根据本发明实施方式的原理图。其具体包括升流器(1)、交流电源(2)、标准CT(3)、被测CT(4)、汽缸(5)、交流互感器(6)、零序交流互感器(7)、数据采集模块(8)、PC机(9)及执行模块(10)。其中所述电流发生器与标准CT(3)及一次开关本体连接，电流发生器包括电源和升流器；所述一次开关体包括被测试CT(4)及一组汽缸(5)；所述标准CT(3)与所述一次开关本体中的汽缸(5)连接；所述数据采集模块(8)分别与被测试CT(4)、标准CT(3)及PC机(9)连接，数据采集模块(3)对被测试CT(4)及标准CT(3)进行数据采集并发送至PC机；所述执行模块分(10)别与PC机(9)及汽缸(5)连接。
其中PC机用于由于显示特性曲线录波，以及下发指令。
图3所示为根据本发明实施方式的CT极性和变比测试系统图。其包括：
电流发生器，主要用来产生激励的连续大电流，最大电流可达到1500A，产生的电流提供给一次开关本体，故CT一侧的电流值为电流发生器产生的电流。一次采样是将CT一次侧的测试的信号传送给数据采集模块。电流经过CT，会在CT另一侧产生的二次侧电流，同时将二次采样信号传送给数据采集模块。数据采集模块主要采用一个A/D转换器+输入开关的模式，采样方式使用分时采样模式，当采样信号过来时，A/D转换器进行模数转换，并采用FIFO缓冲及硬件中断，支持400KHz全速不间断实时采集。开关量提供4个8位I/O口：16输入/16输出。数据采集模块采集到的数据上传到上位机核心控制模块。
采样数据由上位机软件以并口通信方式从数据采集模块中获取。CT极性是否一致的核心在于判断一次与二次侧电流是否同相位或180度相位差。一次与二次侧电流相位差为两个同频率正弦量的相位差，其具体如下1-3所示：
1、CT极性计算方法如下：采集模块的采集频率为10KHZ，在50HZ交流电的一个周期中可以采集的数据点：N＝200N＝200；对应P＝360℃。
(1)首先为了更好的进行相位差计算，找到一次电流波形起始零位点并确认是上升零位或下降零点，用布尔类型的变量进行记录零点类型以及记录下零位点的位置此采样点位置记录为nFZCurIndex＝0；
设定此零位点为计算所需的一次与二次电流波形的起始点；一次电流相位设为初始0；
零位点的确定需要从采样波形真实的起点开始，逐一往后查找，由于一个周期内的采样个数是有限的，所谓零位点是不一定存在的数值为零的点，逐一往后查找时需要判断二种情况，任何一种判断成立即找到了零位点，一是当前采样值是否等于0，二是上一个采样值与当前采样值是否为正负数值；第一种判断成立的优先级更高，第一种判断成立时将不再进行第二类判断；第二类判断成立的情况下，取绝对值更小的那个采样点设为零点
(2)找到一次电流的起始零位点后，下一步需要计算的是二次电流波形从起始零位点往后同一次电流相同的零位点所在的位置。查找方法同一基本相同，不同点有两个：查找的起始点不再是采样波形真实的起始点，而是步骤1中所确定的零位起始点；判断的成立的条件不仅仅只是零位，还需同一次电流波形中的零位起始点的零位类型一致，即同为上升零位或同为下降零位；此采样点位置记录为nSZCurIndex；(3)计算相位差pd，公式：pd＝(nSZCurIndex–nFZCurIndex)÷N×P；
2、CT变比计算公式：
若电流互感器一次侧采样的电流值为IP
若电流互感器二次侧采样的电流值为Is
则CT变比公式：
3、波形采样公式表示：
采集模块的采集频率为10KHZ，在50HZ交流电的一个周期中可以采集的数据点：N＝200
则n次谐波分量的第k点傅里叶正余弦系数为：
采样函数：
衰减直流分量：由于交流分量一周波积分为零，因此有
则求得
进一步求得求得及并计算谐波分量y(k)＝i(k)-I0rk，令y(k)＝u(k-N+i)，即将谐波分量代入采样函数得
并最终计算得到采样波形为
一次采样是将CT一次侧的测试的信号传送给数据采集模块。电流经过CT，会在CT另一侧产生的二次侧电流，同时将二次采样信号传送给数据采集模块。数据采集模块主要采用一个A/D转换器+输入开关的模式，采样方式使用分时采样模式，当采样信号过来时，A/D转换器进行模数转换，并采用FIFO缓冲及硬件中断，支持400KHz全速不间断实时采集。开关量提供4个8位I/O口：16输入/16输出。
图4a是对图1的进一步详细介绍。
图4b所示为根据本发明实施方式的故障处理流程图。配电网中，常有的CT故障点有：互感器二次回路异常，二次参数设置与当前运行方式不匹配，线路中存在局部放电现象，各自环境因素的影响(温度，湿度等)。现模拟故障点，通过数据采集模块对这些影响因素进行记录分析，模拟波形，存放于缓存器内，这有助于对CT二次检测状态分析和处理。
申请人认为本发明的优点在于：
CT测试方法对一次开关自动化接口功能测试；CT测试方法对采样电流特性曲线录波；CT测试方法具有大电流发生器，其最大电流值达到1500A；CT测试方法具有小电流发生器，其电流值范围0.01A～10A(分辨率1mA)，电流值范围10A～30A(分辨率10mA)；数据采集模块采用一片A/D转换器进行采样，用电子开关进行通道切换；交流电流采样采用容性负载，避免了感性负载形成震荡波形；采用12位数字信号输入，A/D转化器转化速度为400kHz；信号处理器中采用两个反向的稳压二极管，起到保护线路；CT测试方法采用基于傅里叶级数应用到一次开关本体检测控制算法。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。
Claims (11)
1.一种配电设备CT自动测试方法，其特征在于，该方法包括：
A.使用电流发生器向一次性开关体进行供电，其中电流发生器可以自定义电流输出；
B.使用数据采集装置分别对电流发生器和一次开关本体的CT执行一次采样和二次采样；
C.使用上位机核心控制装置接收采样数据并进行采样波形计算，以及使用上位机核心控制装置判断一次采样与二次采样是否同相位或180度相位差，进而确定CT极性是否一致；
D.记录采样数据的曲线录波波形，并使用数据采集装置模拟故障波形，使用故障分析装置计算并对比采样数据与模拟故障的波形，将对比结果存储于缓存器中的故障库作为后续检测依据；
E.将上述已采集的波形数据及故障信息发送至显示装置进行显示。
2.根据权利要求1所述的配电设备CT自动测试方法，其特征在于，所述的步骤A还包括：
使用电流发生器对一次开关本体的一段进行供电，其中的CT位于一次开关本体内部，所述电流发生器包括大电流发生器和小电流发生器，大电流发生器提供的最大电流不超过1500A，其中小电流发生器的提供电流值范围0.01A～10A。
3.根据权利要求1或2所述的配电设备CT自动测试方法，其特征在于，所述的步骤B还包括：
对电流发生器电流值进行第一次采样，其中的第一次采样使用容性负载采样，进而对电流经过CT的另外一侧进行第二次采样，同时将二次采样数据发送至数据采集装置。
4.根据权利要求1所述的配电设备CT自动测试方法，其特征在于，所述的采集装置还包括：
使用A/D转换器结合输入开关进行分时采样，其采样为400KHz全速不间断实时采集，当采样数据发送过来时，A/D转换器进行模数转换，并采用FIFO缓冲及硬件中断，以及使用开关量提供的4个8位I/O接口与所述数据采集装置进行数据交互。
5.根据权利要求1所述的配电设备CT自动测试方法，其特征在于，所述的步骤C的相位差计算还包括：
S51，使用故障分析装置接收数据采集装置发送的采样数据，其中数据采集装置的采集频率为10KHZ，进一步，在50HZ交流电的一个周期中可以采集的数据点包括N＝200，P＝360°，其中N表示采集波形数，P为预设相位，所述故障分析装置设有用户保护线路的两个反向的稳压二极管；
S52，确认第一次电流波形起始零位点并确认是上升零位或下降零点，使用布尔类型的变量进行记录零位点类型和位置，并将该零位点作为采样点并记录为nFZCurIndex＝0，将零位点作为计算所需的第一次与第二次电流波形的起始点，以及将第一次电流相位设为初始0；
S53，将第二次电流波形从起始零位点往后同一次电流相同的零位点所在的位置作为零位点，并将该零位点作为采样点位置并记录为nSZCurIndex＝0；
S54，对相位差pd进行计算，其计算方式为
6.根据权利要求5所述的配电设备CT自动测试方法，其特征在于，所述的步骤S52还包括：
从采样波形真实的起点开始对零位点进行确认，并逐一往后查找；
使用第一判断规则和第二判断规则对对零位点进行判断，任意其中一种判断规则判断成立则表示查找到对应的零位点，其中第一判断规则是当前采样值是否等于0，第二判断规则是上一个采样值与当前采样值是否为正负数值；
当第一判断规则成立时，不再进行第二判断判断规则，其中第一判断规则的优先级高于第二判断规则；
第二类判断成立的情况下，取绝对值更小的那个采样点设为零位点。
7.根据权利要求5或6所述的配电设备CT自动测试方法，其特征在于，所述的步骤S53还包括：
将所述步骤S52确认的零位起始点作为第二次电流波形起始点；
使用所述第一判断规则和第二判断规则确认零位，进一步，使用第三判断规则确认一次电流波形的零位起始点的零位类型一致，即同为上升零位或同为下降零位。
8.根据权利要求1所述的配电设备CT自动测试方法，其特征在于，所述的步骤C还包括：计算CT变比，包括设置CT的第一次侧采样的电流值为Ip，设置CT的第二次侧采样的电流值为Is，则CT变比计算方式为
9.根据权利要求1所述的配电设备CT自动测试方法，其特征在于，所述的步骤C还包括：
计算波形采样，其包括以下步骤，
S91，对于数据采集装置的采集频率为10KHZ，在50HZ交流电的一个周期中可以采集的数据点N＝200,则n次谐波分量的第k点傅里叶正余弦系数为，
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则求得
进一步求得求得及并计算谐波分量y(k)＝i(k)-I0rk，令y(k)＝u(k-N+i)，即将谐波分量代入采样函数得
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并最终计算得到采样波形为
10.根据权利要求1或9所述的配电设备CT自动测试方法，其特征在于，所述的步骤C还包括：
使用数据采集装置对CT环境因素进行记录，并根据环境因素对波形进行模拟，当数据采集装置对CT进行二次采集时，根据所采集的波形数据与存储器中的记录的故障波形进行对比，判断已检测的CT是否存在对应的故障。
11.一种配电设备CT自动测试系统，其特征在于，该系统包括：
电流发生模块，用于向一次性开关体进行供电，其中电流发生器可以自定义电流输出；
数据采集模块，用于对电流发生器和一次开关本体的CT执行一次采样和二次采样；
上位机控制模块，将采样数据发送至上位机核心控制装置进行采样波形计算，以及判断一次采样与二次采样是否同相位或180度相位差，进而确定CT极性是否一致；
故障分析装置，用于记录采样数据的曲线录波波形，向数据采集装置模拟故障波形的指令，对比采样数据与模拟故障的波形，将对比结果存储于缓存器中的故障库作为后续检测依据，以及，将检测的故障信息发送；
显示模块，用于将已采集的波形数据及故障信息接收并进行显示。
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