CN108020804A - 一种用于对电容式电压互感器现场误差进行在线检测的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于对电容式电压互感器现场误差进行在线检测的系统，所述系统包括：电压互感器组，所述电压互感器组包括多个待测试的电容式的电压互感器，所述多个电压互感器用于测量并输出电压信号；二次信号转换单元，连接于电压互感器组中的电压互感器二次绕组的输出端子与误差在线检测单元，用于接收多个所述电压互感器的输出电压信号，并将所述输出电压信号转换为多个电压互感器的采样数据，并将所述采样数据发送至误差在线检测单元；误差在线检测单元，用于接收多个待测试的电压互感器采样数据，对所述多个待测试的电压互感器采样数据进行分析，获取多个待测试的电容式的电压互感器的采样数据的误差。

Description

一种用于对电容式电压互感器现场误差进行在线检测的系统 及方法

技术领域

本发明涉及电力测量技术领域，更具体地，涉及一种用于对电容式电压互感器现场误差进行在线检测的系统及方法。

背景技术

电容式电压互感器的安装位置、接线方式、二次负荷和工作周围电磁场分布等均会对其误差特性有影响，进而影响设备本身的准确性。因此，在JJG 1021《电力互感器检定规程》中规定电容式电压互感器的检定周期不得超过4年。我国电力系统运行中的110kV及以上电压等级电容式互感器数量庞大，停电测试它们的误差性能工作量巨大，而且超高压、特高压工程不同于普通电压较低的电网，停电较困难，停电进行现场检测对用户的正常用电负面影响更大。电容式电压互感器的误差试验主要采用比较法进行，需要配备高精度电压比例标准装置(电容式电压比例标准器或标准电压互感器)及升压装置。但随着电压等级的提高，互感器误差特性现场测试的设备体积、重量增加，现场的工作难度、劳动强度、实施成本等都会大幅提高，这也造成了电压互感器误差特性离线检测工作量及难度更大。并且，受变电站条件限制，有些情况传统的互感器误差测试手段很难开展，例如1000kV站并联电抗器侧的电容式电压互感器无法施加额定试验电压。因此，目前绝大多数互感器没有按照JJG 1021进行周期性检测。即便对于可以开展周检的变电站，由于电容式电压互感器结构特点，其误差特性易受环境因素影响，离线检测下对各类影响因素进行附加误差的修正是一件非常困难的事情，因此，离线状态下的误差特性与实际运行情况下存在偏差。上述问题的存在将影响电网中电量流向准确评估和电网运行的安全可靠运行。

因此，需要一种技术，以实现对电容式电压互感器现场误差进行在线检测。

发明内容

本发明技术方案提供了一种用于对电容式电压互感器现场误差进行在线检测的系统及方法，以解决如何对电容式电压互感器进行误差在线检测的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于对电容式电压互感器现场误差进行在线检测的系统，所述系统包括：

电压互感器组，所述电压互感器组包括多个待测试的电容式的电压互感器，所述多个电压互感器用于测量并输出电压信号；

二次信号转换单元，连接于电压互感器组中的电压互感器二次绕组的输出端子与误差在线检测单元，用于接收多个所述电压互感器的输出电压信号，并将所述输出电压信号转换为多个电压互感器的采样数据，并将所述采样数据发送至误差在线检测单元；

误差在线检测单元，用于接收多个待测试的电压互感器采样数据，对所述多个待测试的电压互感器采样数据进行分析，获取多个待测试的电容式的电压互感器的采样数据的误差。

优选地，按照预设的时间间隔接收多个待测试的电压互感器采样数据。

优选地，所述电压互感器组还包括电磁式的电压互感器。

优选地，所述误差在线检测单元还用于：将所述多个电压互感器采样数据取平均值，将取平均值后的采样数据作为采样参考数据，将所述多个电压互感器采样数据与所述采样参考数据进行比较，获取多个待测试的电容式的电压互感器的误差。

优选地，所述误差在线检测单元还用于：将所述电磁式的电压互感器的采样数据作为采样参考数据，将所述多个待测试的电容式的电压互感器采样数据与所述采样参考数据进行比较，获取多个待测试的电容式的电压互感器的误差。

优选地，所述误差包括比差和角差。

优选地，所述二次信号转换单元，包括快速熔断器，用于提供过流保护或短路保护。

优选地，所述二次信号转换单元，包括保护断路器，用于提供短路保护。

基于本发明的另一方面，提供一种用于对电容式电压互感器现场误差进行在线检测的方法，所述方法包括：

利用多个待测试的电容式的电压互感器输出电压信号；

将所述多个电压互感器输出电压信号转换为多个电压互感器的采样数据；

对所述多个电压互感器采样数据进行分析，获取多个待测试的电容式的电压互感器的采样数据的误差。

优选地，所述方法还包括：

利用电磁式的电压互感器输出电压信号。

优选地，还包括：

将所述多个电压互感器采样数据取平均值，将取平均值后的采样数据作为采样参考数据，将所述多个电压互感器采样数据与所述采样参考数据进行比较，获取多个待测试的电容式的电压互感器的误差

优选地，还包括：

将所述电磁式的电压互感器的采样数据作为采样参考数据，将所述多个待测试的电容式的电压互感器采样数据与所述采样参考数据进行比较，获取多个待测试的电容式的电压互感器的误差。

本发明技术方案提供了一种电容式电压互感器现场误差在线检测方法和系统，是一种更加贴合电容式电压互感器实际运行工况的误差在线校验装置，能正确反映特高压电容式电压互感器的实际误差特性。本发明通过设置多个待测试的电容式的电压互感器，通过电容式的电压互感器，获取多个电压互感器的采样数据，取多个采样数据的平均值作为采样参考数据，对多个待测试的电容式的电压互感器的误差进行检测。本发明的技术方案不需另行设置电压互感器标准器，即可实现全站电容式电压互感器误差同时检测，可解决离线检测拆线复杂，耗时费工、高电压下，电磁式标准电压互感器的制造难度较大，检测成本高、部分线路的互感器无法停电检测等问题，具有安全可靠、操作简单、功能更全、成本更低的优势。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的用于对电容式电压互感器现场误差进行在线检测的系统结构图；

图2为根据本发明实施方式的二次信号转换单元接线示意图；

图3为根据本发明实施方式的利用直接比较法对电容式电压互感器现场误差进行在线检测的流程图；

图4为根据本发明实施方式的用于对电容式电压互感器现场误差进行在线检测的方法流程。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明实施方式的用于对电容式电压互感器现场误差进行在线检测的系统结构图。本发明的实施方式采用模块化设计，本申请建立电压互感器组，电压互感器组内配置待测试的电容式的电压互感器，或设置电磁式的电压互感器作为标准参考互感器。本申请根据各变电站电容式的电压互感器的数量配置现场在线检测的参数，一次性实现对全站电容式的电压互感器的校验。本申请在变电站没有电磁式电压互感器时，采用电容式的电压互感器群比对的方式完成全站多台电容式电压互感器误差计算并获得误差变化趋势，通过同一电容式的电压互感器不同时刻误差值的比较及不同电气间隔中的电容式的电压互感器误差值的横向比较，判断电容式的电压互感器的实际误差特性。本申请在变电站有电磁式所电压互感器时，采用母线上的电磁式的电压互感器作为比对标准，实现全站多台电容式的电压互感器误差同时检测，通过扣除电磁式的电压互感器自身的误差进行误差数据修正，获得电容式的电压互感器在线绝对误差量。

如图1所示一种用于对电容式电压互感器现场误差进行在线检测的系统100包括：电压互感器组，二次信号转换单元和误差在线校验单元组成。误差在线校验单元由信号调理板、高精度数据采集卡、DSP数据处理单元及上位机组成。设计通道75路，可同时完成24台电容式电压互感器现场误差在线检测。

电压互感器组，电压互感器组包括多个待测试的电容式的电压互感器，多个电压互感器用于测量并输出电压信号。

图1中的电压互感器组接参比互感器的二次绕组，包含3路信号通道，无参比的电磁式电压互感器时，该基准组不接。若变电站某相装设有电磁式的电压互感器时，选择其为该相误差检测用参比互感器。组1～组6接待测电容式的电压互感器的二次绕组，每组包含12路信号通道，由上位机发送通道切换命令。数据采集卡1对参比互感器的输出进行采样，数据采集卡2～数据采集卡5对待测互感器的输出进行采样。

二次信号转换单元，连接于电压互感器组中的电压互感器二次绕组的输出端子与误差在线检测单元，用于接收多个电压互感器的输出电压信号，并将输出电压信号转换为多个电压互感器的采样数据，并将采样数据发送至误差在线检测单元。优选地，二次信号转换单元，包括快速熔断器，用于提供过流保护或短路保护。优选地，二次信号转换单元，包括保护断路器，用于提供短路保护。

二次信号转换单元接在电压互感器组二次输出与误差在线检测单元之间，具有过流保护、短路保护、电气隔离及电压信号转换的功能，包括保护元件、切换开关和高精度的双级电压互感器三部分。图2为1台电容式的电压互感器与二次信号转换单元的接线图，图2中A1aA1n、A2aA2n和A2aA2n分别为待测电压互感器的3个二次绕组的输出端子。保护元件主要包括小容量快速熔断器和高灵敏度的保护断路器。熔断器用于电磁隔离线圈的绝缘损坏的过流保护，同时，在断路器保护失效时，起到后续短路保护的作用。按照电磁隔离线圈励磁电流，在发生层间短路时的变化量，选取过流保护整定值不大于0.2A。断路器主要起到短路保护的作用，用于切除检测装置的故障，同时也起到信号隔离开关的作用。为保证保护灵敏度和防止越级跳闸，选取短路保护整定值不大于1A。切换开关根据上位机的命令进行通道切换。高精度的双级电压互感器实现电气隔离和信号转换，初级和次级绕组屏蔽，电气隔离水平不低于5kV，转换精度不低于0.02级。

误差在线检测单元，用于接收多个待测试的电压互感器采样数据，对多个待测试的电压互感器采样数据进行分析，获取多个待测试的电容式的电压互感器的采样数据的误差。优选地，按照预设的时间间隔接收多个待测试的电压互感器采样数据。

优选地，误差在线检测单元还用于：将多个电压互感器采样数据取平均值，将取平均值后的采样数据作为采样参考数据，将多个电压互感器采样数据与采样参考数据进行比较，获取多个待测试的电容式的电压互感器的误差。

优选地，电压互感器组还包括电磁式的电压互感器。误差在线检测单元还用于：将电磁式的电压互感器的采样数据作为采样参考数据，将多个待测试的电容式的电压互感器采样数据与采样参考数据进行比较，获取多个待测试的电容式的电压互感器的误差。

优选地，误差包括比差和角差。

本申请中，误差在线检测单元实现多台电压互感器比差和角差的计算，并负责数据显示、误差曲线描绘及数据存储。如图1所示，误差在线检测单元包括：

1)信号调理板

由电气隔离、滤波、程控放大及过零比较器等部分组成。

2)高精度数据采集卡

高精度数据采集卡对参比互感器出的输出和待测互感器的输出进行采样，由参比电磁式的电压互感器采集卡和待测的电容式的电压互感器采集卡组成。各采集卡根据电压采样幅值自动调整增益。参比电磁式的电压互感器的采集卡包含3路采样通道，其接受上位机的控制命令，向多路待测的电容式的电压互感器采集卡提供时间同步信号及采样启动同步信号；多路待测电容式的电压互感器采集卡收到数据提取命令后，依次发送采样数据至DSP数据处理单元。

3)DSP数据处理单元

DSP数据处理单元向各采集卡轮询发送命令提取采样数据，对互感器误差数据进行处理，以每60s作为一个检测间隔点，完成多台电压互感器比差和角差的计算并将数据打包后传输给上位机。外接RAM存储器用于采样数据的临时存储。

图3为直接比较法校验原理框图。本申请中，采用直接比较法进行电容式的电压互感器的误差校验算法设计思路如下：

采用直接比较法进行电容式的电压互感器现场误差计算，将参考标准电磁式的电压互感器和待测电容式的电压互感器同一时刻的二次输出经信号调理、A/D采样后所得的数字信号直接送入数据处理单元，由软件完成比值差和相位差的计算。

设标准采样序列和待测采样序列分别为x[n]和y[n]，对两者分别进行准同步DFT算法得到和的基波有效值A_x和A_y以及基波初相位和则比值差f和相位差δ的计算公式如下：

对于变电站装设有电磁式的电压互感器，考虑到电磁式的电压互感器的误差稳定性优于电容式的电压互感器，将电磁式的电压互感器作为现场在线误差检测用的参考标准器，将各待测电容式的电压互感器分别与该参考电磁式的电压互感器进行误差比对。采用上述的直接比较法，计算出各待测电容式的电压互感器的误差数据并获得误差变化趋势。通过扣除电磁式的电压互感器自身的误差进行误差数据修正，即可获得电容式的电压互感器在线绝对误差量。对于电磁式电压互感器自身误差值，可结合电磁式的电压互感器的出厂和交接试验误差数据计算得到。

当变电站没有电磁式的电压互感器时，此时不存在参考标准器，误差计算采用互感器群比对的方式。将多台同一准确度等级的待测电容式的电压互感器的输出数据进行对比，剔除数据中的超差值后，计算输出有效数据的均值，将其设置为现场在线误差检测用的参考值。采用上述的直接比较法，将待测电容式电压互感器的输出数据与该参考值进行比较，计算出该电容式的电压互感器的误差数据并获得误差变化趋势。通过对该电容式的电压互感器当前误差值与同一互感器历史误差值进行比较，同时对不同电气间隔中的互感器进行误差值的横向比较，从而判断电压互感器的实际误差特性。当参与比对的电压互感器数量越多，试验数据量越大，对电压互感器的实际误差特性分析越有利。

本申请中，通过上位机对系统进行参数设置、数据显示、误差曲线描绘及数据存储。其中系统参数的配置包括：额定一次电压、被检互感器变比、参数互感器变比、测量通道、额定二次电压、准确度等级。数据的显示部分包括：参考互感器信号的实时波形、基波有效值和初相位；被检互感器信号的实时波形、基波有效值和初相位；比率(一次侧实际测量值相对于额定值的百分数)；被检互感器的比差、相位差及误差变化曲线。当检测结果超过被检电压互感器所在误差限值的1.5倍限值时，在界面上给出警告提示。

本发明提供了一种电容式电压互感器现场误差在线检测系统，本申请根据各变电站电容式的电压互感器的数量，通过修改现场误差在线检测系统的配置，可一次性实现对全站电容式的电压互感器的校验。本申请电容式的电压互感器现场误差在线检测系统具有保护隔离功能，保证了在线校验过程中系统的安全，可直接与变电站保护小室中电压互感器的输出端子柜连接，一次侧不需另行投入标准器，操作简单安全且成本更低。

图4为根据本发明实施方式的用于对电容式电压互感器现场误差进行在线检测的方法流程图。如图4所示，一种用于对电容式电压互感器现场误差进行在线检测的方法400包括：

优选地，在步骤401：利用多个待测试的电容式的电压互感器输出电压信号。

优选地，方法还包括：

利用电磁式的电压互感器输出电压信号。

优选地，在步骤402：将多个电压互感器输出电压信号转换为多个电压互感器的采样数据。

优选地，在步骤403：对多个电压互感器采样数据进行分析，获取多个待测试的电容式的电压互感器的采样数据的误差。

优选地，方法400还包括：

将多个电压互感器采样数据取平均值，将取平均值后的采样数据作为采样参考数据，将多个电压互感器采样数据与采样参考数据进行比较，获取多个待测试的电容式的电压互感器的误差

优选地，方法400还包括：

将电磁式的电压互感器的采样数据作为采样参考数据，将多个待测试的电容式的电压互感器采样数据与采样参考数据进行比较，获取多个待测试的电容式的电压互感器的误差。

本发明实施方式的用于对电容式电压互感器现场误差进行在线检测的方法400与本发明另一实施方式的用于对电容式电压互感器现场误差进行在线检测的系统100相对应，在此不再进行赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (12)

1.一种用于对电容式电压互感器现场误差进行在线检测的系统，所述系统包括：

电压互感器组，所述电压互感器组包括多个待测试的电容式的电压互感器，所述多个电压互感器用于测量并输出电压信号；

二次信号转换单元，连接于电压互感器组中的电压互感器二次绕组的输出端子与误差在线检测单元，用于接收多个所述电压互感器的输出电压信号，并将所述输出电压信号转换为多个电压互感器的采样数据，并将所述采样数据发送至误差在线检测单元；

误差在线检测单元，用于接收多个待测试的电压互感器采样数据，对所述多个待测试的电压互感器采样数据进行分析，获取多个待测试的电容式的电压互感器的采样数据的误差。

2.根据权利要求1所述的系统，按照预设的时间间隔接收多个待测试的电压互感器采样数据。

3.根据权利要求1所述的系统，所述电压互感器组还包括电磁式的电压互感器。

4.根据权利要求1所述的系统，所述误差在线检测单元还用于：将所述多个电压互感器采样数据取平均值，将取平均值后的采样数据作为采样参考数据，将所述多个电压互感器采样数据与所述采样参考数据进行比较，获取多个待测试的电容式的电压互感器的误差。

5.根据权利要求3所述的系统，所述误差在线检测单元还用于：将所述电磁式的电压互感器的采样数据作为采样参考数据，将所述多个待测试的电容式的电压互感器采样数据与所述采样参考数据进行比较，获取多个待测试的电容式的电压互感器的误差。

6.根据权利要求1所述的系统，所述误差包括比差和角差。

7.根据权利要求1所述的系统，所述二次信号转换单元，包括快速熔断器，用于提供过流保护或短路保护。

8.根据权利要求1所述的系统，所述二次信号转换单元，包括保护断路器，用于提供短路保护。

9.一种用于对电容式电压互感器现场误差进行在线检测的方法，所述方法包括：

利用多个待测试的电容式的电压互感器输出电压信号；

将所述多个电压互感器输出电压信号转换为多个电压互感器的采样数据；

对所述多个电压互感器采样数据进行分析，获取多个待测试的电容式的电压互感器的采样数据的误差。

10.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括：

利用电磁式的电压互感器输出电压信号。

11.根据权利要求9所述的方法，还包括：

将所述多个电压互感器采样数据取平均值，将取平均值后的采样数据作为采样参考数据，将所述多个电压互感器采样数据与所述采样参考数据进行比较，获取多个待测试的电容式的电压互感器的误差。

12.根据权利要求10所述的方法，还包括：

将所述电磁式的电压互感器的采样数据作为采样参考数据，将所述多个待测试的电容式的电压互感器采样数据与所述采样参考数据进行比较，获取多个待测试的电容式的电压互感器的误差。