CN109031181A - Ct性能校验仪表以及采用该仪表的ct性能校验方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统领域，涉及继电保护CT原理领域，尤其涉及CT原理领域中的电磁饱和领域；具体为一种CT性能校验仪表。解决了目前缺乏一种能够快速、准确的检验CT特性的装置及方法的技术问题。一种CT性能校验仪表，包括外壳、设在外壳上的显示屏以及输入按键；外壳内部设有内部电路；所述内部电路包括芯片、两个加法电路、四个乘法电路和一个比较电路；将现场测试得到的二次负载和前述计算得出的保护校验极限系数K_pcf通过相应按键分别输入至校验仪表，并分别计算动作要求的二次感应电动势E _s，并与额定二次极限电动势E _sl，进行比较，并将对比较结果输出至显示屏；如果E _sl≥E _s，则此互感器满足实际需要，输出合格结果；如果E _sl﹤E _s，则输出合格结果。

Description

CT性能校验仪表以及采用该仪表的CT性能校验方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，涉及继电保护CT原理领域，尤其涉及CT原理领域中的电磁饱和领域；具体为一种CT性能校验仪表。

背景技术

互感器是一种用于变换电流、电压的特种变压器。电流互感器(Currenttransformer，简称CT)的用途，测量用：能正确测量一次系统的工作电流；保护用：对暂态饱和问题的不同处理方法，将其分为P类和TP类。继电保护是在系统故障时动作的，其动作的正确性，在很大程度上决定于对故障电流、电压传变的准确性。在发生短路故障时电流大幅度增大，并含有各种谐波，高频分量和非周期分量，使电流互感器迅速饱和，大大降低对电流传变的准确度。由于各种保护原理不同，对电流互感器的要求也不同。

继电保护是电网稳定和主设备安全的重要屏障。继电保护动作与否直接关系到主网设备的稳定运行，但目前来看因为CT饱和而导致继电保护装置动作不正确的情况屡见不鲜。电流互感器不仅要正确反映一次电流，更要求在不正常运行方式下，电流比额定电流大几倍、几十倍时，也能准确反映一次电流的情况。检修人员校验在短路或者接近饱和情况下电流互感器的电流是否传变正确，是提高保护动作正确率的重要基础。在精益化评价中发现现场人员对于CT10％误差曲线校核理解不是很透彻。检修人员确保二次负载阻抗满足要求是提高精益化管理水平的基础。但是目前缺乏一种能够在现场快速准确的检测CT特性的装置以及方法。

发明内容

本发明为解决目前缺乏一种能够快速、准确的检验CT特性的装置及方法的技术问题，提供一种CT性能校验仪表及使用该仪表的校验方法。

本发明所述CT性能校验仪表是采用以下技术方案实现的：一种 CT性能校验仪表，包括外壳、设在外壳上的显示屏以及输入按键；外壳内部设有内部电路；所述内部电路包括MCU、两个加法电路、四个乘法电路以及一个比较电路；所述MCU采用STM32F407增强型系列ARM Cortex-M4 32位的RISC内核单片机；比较电路的输出端与 MCU输入端相连接，MCU输出端与显示屏相连接；

所述乘法电路包括均为NPN型的T1、T2、T3、T4、T5五个三极管、两组电阻R；T3的发射极与T4的发射极以及T1的集电极相连接，T3的集电极与一个电阻R相连接，T6的发射极与T5的发射极以及T2的发射极相连接，T4和T5的基极共同接地，T1的发射极与T2 的集电极相连接；T2的基极接地；T6的集电极与另一个电阻R相连接，T6的基极与T3的基极共同作为乘法电路的输入端；两个电阻R 不与三极管相连接的一端共同作为积和输出端；T3的集电极与T5的集电极相连接，T4的集电极与T6的集电极相连接；

所述比较电路包括两个电阻R6和一个运算放大器；两个电阻R6 分别与运算放大器的正负输入端相连接，运算放大器的输出端作为整个内部电路的输出端与显示屏的信号输入端相连接；两个电阻R6的另一端作为比较电路的两个输入端；

一个加法电路与两个乘法电路串联构成一路数据处理电路；每路数据处理电路中，加法电路的输出端与第一个乘法电路的输入端相连接；第一个乘法电路的积和输出端与第二个乘法电路的输入端相连接；第二个乘法电路的积和输出端通过一个电阻R6与比较电路的正/负输入端相连接；与比较电路正输入端相连接的数据处理电路中，第一个乘法电路的T1的基极作为I_sn输入端；第二个乘法电路的T1的基极作为K_acf输入端；与比较电路负输入端相连接的数据处理电路中，第一个乘法电路的T1的基极作为I_sn输入端；第二个乘法电路的T1 的基极作为K_pcf输入端；

与比较电路正输入端相连接的数据处理电路中，其包含的加法电路的一个输入端作为R_ct输入端，另一个作为R_bn输入端；

与比较电路负输入端相连接的数据处理电路中，其包含的加法电路的一个输入端作为R_ct输入端，另一个作为R_b输入端；

上述K_acf、R_ct、I_sn、R_bn、K_pcf、R_b均引出外壳构成相应输入按键；其中K_acf表示保护校验额定系数；R_ct表示CT二次直阻、I_sn表示额定电流、R_bn表示额定二次负载、K_pcf表示保护校验极限系数、R_b表示二次负载实测值。

进一步的，所述K_pcf输入端连接有两个乘法电路和一个除法电路；所述除法电路包括一个运算放大器，运算放大器的反向输入端分别连接有电阻R1和R2，运算放大器的正向输入端通过电阻Rp接地；R1 的另一端与第一个乘法电路的输出端相连接；运算放大器的输出端与R2的另一端连接有一个乘法器，乘法器的另一个输入端与第二个乘法电路的输出端相连接；第一个乘法电路的T3的基极作为I_整定的输入端，T1的基极作为I₁的输入端；第二个乘法电路的T1的基极作为 I1的输入端，T3的基极作为I₂的输入端；运算放大器的输出端作为 K_pcf输出端；

I₁、I_整体、I₂均引出外壳构成相应的输入按键；I₁表示一次额定电流、I_整体表示保护整定电流大小、I₂表示二次额定电流(如图7 所示)。

所述CT性能校验仪表接收来自CT原件自身装置铭牌参数。

所述CT性能校验仪表将参数值输入到仪表内，通过仪表内部自动计算得出极限电动势、极限系数跟现场实际测量值比较，用以判断该装置是否满足现场运行条件。

所述CT性能校验仪表通过RAM盘存储数据，将实验数据记录在仪表内部，如需翻阅以往资料数据，只需将装置内部数据调出即可。

本发明所述的CT性能校验方法是采用如下技术方案实现的：一种CT性能校验方法，包括如下步骤：(a)、在测试现场，将待测试的电流互感器的铭牌上所记录的参数值通过按键输入到仪表内，通过仪表内部自动高精度计算得出额定二次极限电动势E_sl、保护校验极限系数K_pcf；所述额定二次极限电动势E_sl采用如下公式计算： E_sl＝K_acf*I_sn*(R_ct+R_bn)；

保护校验极限系数K_pcf采用如下公式计算：

(b)、将现场测试得到的二次负载R_b和前述计算得出的保护校验极限系数Kpcf通过相应按键分别输入至校验仪表，采用如下公式计算动作要求的二次感应电动势E_s，E_s＝K_pcfI_sn(R_ct+R_b)，并通过比较电路与步骤(a)计算得到的额定二次极限电动势E_sl进行比较，并将对比较结果输出至显示屏；如果E_sl≥E_s，则此互感器满足实际需要，则输出合格结果；如果E_sl﹤E_s，则输出合格结果。

采用上述计算公式，可以更准确的获得额定二次极限电动势以及实际电动势的数值，使得最终测试结果更加准确。

本发明的有益效果是：通过鉴别CT伏安特性的饱和程度即电压拐点位置,判断运行一定时期后互感器的绕组有无匝间短路等缺陷, 以便及时发现设备缺陷，确保设备安全运行。

附图说明

图1 CT 10％误差曲线实际测量曲线。

图2内部电路原理图。

图3外部结构示意图。

图4加法电路原理图。

图5乘法电路原理图。

图6比较电路原理图。

图7 K_pcf输入电路原理图。

1-外壳，2-显示屏，3-输入按键。

具体实施方式

本发明的目的是设计一个CT性能校验仪表，能够验证CT10％误差曲线是否满足现场使用要求，发现不满足现场投运条件的CT及时告知现场施工方，通过鉴别CT伏安特性的饱和程度即电压拐点位置,判断运行一定时期后互感器的绕组有无匝间短路等缺陷,以便及时发现设备缺陷,确保设备安全运行。提高继电保护动作的可靠性。

本发明所述装置采用新式算法，比较式电路。第一部分为一个加法电路：R1、R2、R3、R4为三个相关电阻，以及一个晶体管组成纯加法电路，所述加法电路包括电阻R1、R2、R3、R4和一个加法器； R1与R2并联，R1与R3串联后与加法器的输出端相连接；R2的一端与加法器的正向输入端连接，R1与R3连接的一端与加法器的正向输入端连接；加法器的反向输入端通过R4接地；加法器的输出端作为加法电路的输出端。该加法器输入为ct线圈电阻与二次负荷输出两数据之和；如图4所示。

第二部分为一个乘法电路：T1、T2、T3、T4、T5相关5个三极管以及两组电阻以及中间电压组成的纯乘法电路。该乘法电路输入为二次回路电流与电阻之和输出为两数之积，如图5所示。

第三部分为一个比较电路两组电阻以及一个晶体管组成的比较电路，如图6所示。比较额定值与实测值大小若为高电压则满足要求若为低电压则不满足要求。

设计思路：

额定二次极限电动势E_sl

E_sl＝K_acfI_sn(R_ct+R_bn)

动作要求的二次感应电动势Es

E_s＝K_pcfI_sn(R_ct+R_b)

当Esl≥Es则此互感器满足实际需要。

本发明所述校验方法的步骤：(1)互感器是一种用于变换电流、电压的特种变压器。继电保护是在系统故障时动作的，其动作的正确性，在很大程度上决定于对故障电流、电压传变的准确性。在发生短路故障时电流大幅度增大，并含有各种谐波，高频分量和非周期分量，使电流互感器迅速饱和，大大降低对电流传变的准确度。

(2)现场试验人员需要将CT原件，铭牌上所记录的参数值输入到仪表内，通过仪表内部自动高精度计算得出极限电动势、极限系数跟现场实际测量值，通过鉴别CT伏安特性的饱和程度即电压拐点位置比较，CT原件是否符合现场实验要求。

(3)装置采用高精度算法利用已知公式进行逻辑运算得出额定参数，通过比对整定人员给出的实际参数，得知数据是否满足要求，并且具备数据存储功能可以对数据进行实时储存。方便试验人员进行参数调取。

(4)每次实验参数均有实验人员自行设置，按照CT原件实际情况进行模拟计算，额定参考值真实有效。

具体设计方案参见图1、公式1、公式2、公式3、表1。图1是 CT 10％误差曲线实际测量曲线；公式1是保护用电流互感器二次负荷(负载)；公式2额定二次极限电动势；公式3是保护校验极限系数；表1是CT特性得出性能指标数据。

公式1，保护用电流互感器二次负荷(负载)为：

Z₂＝K_j.zk*Z_j+K_kl.zk*R_l+R_c R_l＝L/S*r＝ρ*L/S

该计算值为比较值用以测试ct10％误差曲线是否合适。

K_j.zk:为继电器阻抗换算系数，星形接线取1，其它查表

Z_j：保护装置电流线圈阻抗，微机保护忽略电抗，仅计电阻

K_kl.zk：连接二次导线(控制电缆kl)阻抗换算系数，三相星形接线单相接地故障取2，其它查表。

R_l：二次回路控制电缆连接导线电阻。

R_c：接触电阻，二次回路连接点的电阻，一般取0.05～0.1Ω

L:控制电流长度(m)

S：二次控制回路电缆导线截面积mm²

r:电导率。铜取5.7m/(Ω*mm²)

ρ:电阻率ρ＝1/r

公式2：额定二次极限电动势E_sl

E_sl＝K_acf*I_sn*(R_ct+R_bn)

K_acf：保护校验额定系数 I_sn：额定电流

R_ct：CT二次直阻 R_bn：额定二次负载(即前述的Z₂)

公式3：保护校验极限系数Kpcf

K_pcf：保护校验极限系数 I_整定：保护整定电流大小

I₁：一次额定电流 I₂：二次而定电流

表1：CT特性得出性能指标数据

本发明专门为CT原件是否满足10％误差特性而设计，具有使用方便，结构简单，实用性强等特点，能够准确得出CT原件额定极限电动势、极限系数，方便运行维护人员及时发现CT原件是否符合现场各方面整定条件，提高了保护装置运行的可靠性以及电网的安全稳定运行。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，作出具体的改变或变化均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种CT性能校验仪表，包括外壳(1)、设在外壳(1)上的显示屏(2)以及输入按键(3)；其特征在于，外壳(1)内部设有内部电路；所述内部电路包括MCU、两个加法电路、四个乘法电路以及一个比较电路；所述MCU采用STM32F407增强型系列ARM Cortex-M4 32位的RISC内核单片机；比较电路的输出端与MCU输入端相连接，MCU输出端与显示屏(2)相连接；

所述乘法电路包括均为NPN型的T1、T2、T3、T4、T5五个三极管、两组电阻R；T3的发射极与T4的发射极以及T1的集电极相连接，T3的集电极与一个电阻R相连接，T6的发射极与T5的发射极以及T2的发射极相连接，T4和T5的基极共同接地，T1的发射极与T2的集电极相连接；T2的基极接地；T6的集电极与另一个电阻R相连接，T6的基极与T3的基极共同作为乘法电路的输入端；两个电阻R不与三极管相连接的一端共同作为积和输出端；T3的集电极与T5的集电极相连接，T4的集电极与T6的集电极相连接；

所述比较电路包括两个电阻R6和一个运算放大器；两个电阻R6分别与运算放大器的正负输入端相连接，运算放大器的输出端作为整个内部电路的输出端与显示屏的信号输入端相连接；两个电阻R6的另一端作为比较电路的两个输入端；

一个加法电路与两个乘法电路串联构成一路数据处理电路；每路数据处理电路中，加法电路的输出端与第一个乘法电路的输入端相连接；第一个乘法电路的积和输出端与第二个乘法电路的输入端相连接；第二个乘法电路的积和输出端通过一个电阻R6与比较电路的正/负输入端相连接；与比较电路正输入端相连接的数据处理电路中，第一个乘法电路的T1的基极作为I_sn输入端；第二个乘法电路的T1的基极作为K_acf输入端；与比较电路负输入端相连接的数据处理电路中，第一个乘法电路的T1的基极作为I_sn输入端；第二个乘法电路的T1的基极作为K_pcf输入端；

与比较电路正输入端相连接的数据处理电路中，其包含的加法电路的一个输入端作为R_ct输入端，另一个作为R_bn输入端；

与比较电路负输入端相连接的数据处理电路中，其包含的加法电路的一个输入端作为R_ct输入端，另一个作为R_b输入端；

上述K_acf、R_ct、I_sn、R_bn、K_pcf、R_b均引出外壳(1)构成相应输入按键(3)；其中K_acf表示保护校验额定系数；R_ct表示CT二次直阻、I_sn表示额定电流、R_bn表示额定二次负载、K_pcf表示保护校验极限系数、R_b表示二次负载实测值。

2.如权利要求1所述的CT性能校验仪表，其特征在于，所述K_pcf输入端连接有两个乘法电路和一个除法电路；所述除法电路包括一个运算放大器，运算放大器的反向输入端分别连接有电阻R1和R2，运算放大器的正向输入端通过电阻Rp接地；R1的另一端与第一个乘法电路的输出端相连接；运算放大器的输出端与R2的另一端连接有一个乘法器，乘法器的另一个输入端与第二个乘法电路的输出端相连接；第一个乘法电路的T3的基极作为I_整定的输入端，T1的基极作为I₁的输入端；第二个乘法电路的T1的基极作为I1的输入端，T3的基极作为I₂的输入端；运算放大器的输出端作为K_pcf输出端；

I₁、I_整体、I₂均引出外壳构成相应的输入按键(3)；I₁表示一次额定电流、I_整体表示保护整定电流大小、I₂表示二次额定电流。

3.一种CT性能校验方法，采用权利要求2所述的装置来实现，其特征在于，包括如下步骤：(a)、在测试现场，将待测试的电流互感器的铭牌上所记录的参数值通过按键输入到仪表内，通过仪表内部自动高精度计算得出额定二次极限电动势E_sl、保护校验极限系数K_pcf；所述额定二次极限电动势E_sl采用如下公式计算：

E_sl＝K_acf*I_sn*(R_ct+R_bn)；

保护校验极限系数K_pcf采用如下公式计算：

(b)、将现场测试得到的二次负载R_b值和前述计算得出的保护校验极限系数Kpcf通过相应按键分别输入至校验仪表，采用如下公式计算动作要求的二次感应电动势E_s，E_s＝K_pcfI_sn(R_ct+R_b)，并通过比较电路与步骤(a)计算得到的额定二次极限电动势E_sl进行比较，并将对比较结果输出至显示屏；如果E_sl≥E_s，则此互感器满足实际需要，则输出合格结果；如果E_sl﹤E_s，则输出不合格结果。