CN109142839A - 一种双通道互校验电子式互感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双通道互校验电子式互感器，包括一次传感器、远端模块和合并单元；一次传感器采用一次电流传感器、一次电压传感器或其组合，一次电流传感器包括低功率线圈和空心线圈，一次电压传感器采用电容分压器；远端模块包括并联采样回路、DSP和FPGA，低功率线圈传感计量和测量用电流数据，空心线圈传感保护用电流数据，电容分压器传感计量、测量、保护用电压数据，并联采样回路对前述数据进行处理后，送入DSP进行一致性数据对比校验，并将结果通过FPGA送入合并单元，合并单元以IEC61850‑9‑2协议输出计量、测量、保护用数据。此种互感器结构可通过实时比较分析两路高精度测量通道的采样数据，及时发现可能存在的计量数据误差异常，从而提高计量可信度。

Description

一种双通道互校验电子式互感器

技术领域

本发明属于电力计量设备和技术领域，涉及一种互感器，具体涉及一种具有双通道互校验功能的电子式互感器。

背景技术

智能电网是未来电力系统的发展方向，电力设备的智能化是实现智能电网的关键。我国智能变电站建设投运规模日益增大，作为常规电磁式互感器替代产品的电子式互感器正在被广泛应用中。但由于电子式互感器的运行时间不长、经验不足、稳定性和可靠性仍未获得充分的认可等原因，目前电子式互感器并未用作电能计量贸易结算方面，不能满足智能电网数字化电能计量的发展要求。

当前应用的电子式互感器提供了一路计量数据输出，在设备投运前进行准确度的测试和校准，但在长期运行中，缺少自监测、对比的手段，无法发现自身可能存在的计量误差。当用于贸易结算时，数据可信度风险不可控。为促进提升电子式互感器在电能计量贸易结算方面的应用，需要一种在长期运行中能够对自身计量误差进行评估、高可信度的电子式互感器。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种双通道互校验电子式互感器，其可通过实时比较分析两路高精度测量通道的采样数据，及时发现可能存在的计量数据误差异常，从而提高计量可信度。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种双通道互校验电子式互感器，包括顺序连接的一次传感器、远端模块和合并单元；一次传感器采用根据需要设置的一次电流传感器、一次电压传感器或其组合，其中，一次电流传感器包括低功率线圈和空心线圈，一次电压传感器采用电容分压器；远端模块包括并联采样回路、DSP和FPGA，数条并联采样回路分别与一次传感器中的低功率线圈、空心线圈、电容分压器对应连接，其中，低功率线圈用于传感计量和测量用电流数据，空心线圈用于传感保护用电流数据，电容分压器用于传感计量、测量、保护用电压数据，所述并联采样回路用于对前述数据进行处理后，送入DSP进行一致性数据对比校验，并将结果通过FPGA送入合并单元，合并单元以IEC61850-9-2协议输出计量、测量、保护用数据。

上述低功率线圈设置2个，空心线圈根据保护装置的单、双套配置而对应设置1或2个，电容分压器根据保护装置的单、双套配置而对应设置1或2个；远端模块根据保护装置的单、双套配置而对应设置1或2个。

上述采样回路包括顺序连接的信号调理电路、低通滤波器和AD转换器，将输入的模拟量转换为数字量。

上述低通滤波器和AD转换器之间根据需要连接必要的积分电路，用于对一次传感器的微分信号进行积分还原，具体来说，对于低功率线圈，不配置积分电路；对于空心线圈、电容分压环和精密小电阻构成的电容分压器，则需要配置积分电路。

上述DSP采用如下校验算法进行一致性数据对比校验：

|I_AD1-I_AD2|≤(0.2％*min(|I_AD1|，|I_AD2|)+固定门槛值)，其中I_AD1、I_AD2分别为两路计量电流采样数据的瞬时值；

|U_AD2-U_AD2|≤(0.2％*min(|U_AD1|，|U_AD2|)+固定门槛值)，其中U_AD1、U_AD2分别为两路计量电压采样数据的瞬时值。

上述合并单元根据DSP的校验结果，对计量数据采用如下处理方式：当两路AD数据的标志位均为有效、计量数据满足校验算法时，则合并单元固定选择其中一路作为计量数据输出，数据品质为有效；当两路AD数据的标志位均为有效、计量数据不满足校验算法时，合并单元输出的计量数据为零，计量数据品质为无效；当一路AD数据的标志位为有效、另一路AD数据的标志位为无效时，合并单元选择有效的那一路AD数据作为计量数据输出，数据品质为有效；当两路AD数据的标志位均为无效时，合并单元输出的计量数据为零，计量数据品质为无效。

采用上述方案后，本发明通过实时比较分析两路高精度测量通道的采样数据，可解决由于一次传感器、采样回路元件受到干扰或损坏引起的计量数据误差情况，及时发现可能存在的计量数据误差异常，提高计量可信度。本发明适用于智能变电站中的电子式互感器，可提供电力二次设备需要的计量、测量、保护用电流和电压数据。

附图说明

图1是本发明的信号回路示意图(保护单套配置)；

图2是本发明的信号回路示意图(保护双套配置)。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种主要由一次传感器、远端模块、合并单元组成的双通道互校验电子式互感器。

一次传感器包括低功率线圈、空心线圈、电容分压器等，用于传感电力系统中的一次大电流、高电压，将其转换为几百毫伏级的模拟量小信号，经信号电缆连接到远端模块。

远端模块先对多路模拟量小信号进行处理，将其转换为与被测电流、电压的幅值成比例且相位一致的模拟量，将模拟量转换为多个通道的数字量，DSP对多路数字量进行数据读取，经处理后发送给FPGA，由FPGA控制发送串行数据给合并单元，合并单元输出多路数据分别用于计量、测量、保护等。

对于各个一次传感器及其数据的具体处理方式如下：

1)对于低功率线圈，用于传感计量和测量用电流数据，配置数量为两个，每个低功率线圈通过一路独立采样回路进行处理，输出一路采样后的电流数据，两个低功率线圈共输出两路电流数据，分别为I_AD1、I_AD2。这两路数据经由远端模块的DSP、FPGA分别处理后，置相应的表征数据是否有效的标志位，组帧后通过约定的协议发给合并单元，传输介质为光纤。合并单元对接收到的I_AD1、I_AD2两路数据进行一致性数据校验、插值同步等处理，由合并单元输出一路电流数据I_m用于计量、测量。

2)对于空心线圈，用于传感保护用电流数据，配置数量为一个，通过两个并联的独立采样回路进行处理，输出两路采样后的电流数据，分别为I_AD3、I_AD4。这两路数据经由远端模块的DSP、FPGA分别处理后，置相应的表征数据是否有效的标志位，组帧后通过约定的协议发给合并单元，传输介质为光纤。由合并单元输出两路电流数据I_P1、I_P2用于保护。

3)对于电容分压器，用于传感电压数据，配置数量为一个，通过两个并联的独立采样回路进行处理，输出两路采样后的电压数据，分别为U_AD1、U_AD2。这两路数据经由远端模块的DSP、FPGA分别处理后，置相应的表征数据是否有效的标志位，组帧后通过约定的协议发给合并单元，传输介质为光纤。合并单元对接收到的U_AD1、U_AD2两路数据进行一致性数据校验、插值同步等处理，由合并单元输出U_m用于计量、测量，输出U_P1、U_P2用于保护。

图1所示为保护单套配置时的信号回路示意图。

当保护双套配置时，如图2所示，本发明提供的电子式互感器可根据保护独立冗余配置的需要调整一次传感器、远端模块、合并单元的数量，其中低功率线圈数量为两个，空心线圈的数量为两个，电容分压器的数量为两个。

在此基础上，可根据实际配置需要对一次传感器配置情况进行调整，比如可只配置一次电流传感器(包括低功率线圈、空心线圈)，不配置一次电压传感器，则构成具有双通道互校验功能的电子式电流互感器；只配置一次电压传感器(包括电容分压器)，不配置一次电流传感器，则构成具有双通道互校验功能的电子式电压互感器。

由FPGA控制AD转换器同步采样，DSP对AD转换器的工作状态比如采样电源等进行监视，经处理形成多个表示AD转换器是否正常工作的状态监视信息，通过“0”、“1”来表示正常、异常。

所有的采样回路输出数据接DSP，DSP对多路数字量进行数据读取，并置相应标志位，经处理后送给FPGA，FPGA将采样数据、状态信息等组帧通过约定的协议发给合并单元。

合并单元接收三相电子式互感器的数据，经处理后以IEC61850-9-2协议输出计量、测量、保护用数据。合并单元数量根据保护装置的单、双套配置而配置一个或两个。

其中对于计量用的数据，由软件算法进行实时的一致性数据校验，具体校验算法有多种方法，通过数据的校验，提高数据的可靠性。

比如校验算法可采用：

|I_AD1-I_AD2|≤(0.2％*min(|I_AD1|，|I_AD2|)+固定门槛值)，其中I_AD1、I_AD2分别为两路计量电流采样数据的瞬时值；

|U_AD2-U_AD2|≤(0.2％*min(|U_AD1|，|U_AD2|)+固定门槛值)，其中U_AD1、U_AD2分别为两路计量电压采样数据的瞬时值。

合并单元完成数据校验、插值同步等处理，根据校验的结果对计量用数据采取不同的处理方式：当两路AD数据(指低功率线圈输出的I_AD1、I_AD2或电容分压器输出的U_AD1、U_AD2)的标志位均为有效、计量数据满足校验算法时，则合并单元固定选择其中一路作为计量数据输出，数据品质为有效；当两路AD数据的标志位均为有效、计量数据不满足校验算法时，合并单元输出的计量数据为零，计量数据品质为无效；当一路AD数据的标志位为有效、另一路AD数据的标志位为无效时，合并单元选择有效的那一路AD数据作为计量数据输出，数据品质为有效；当两路AD数据的标志位均为无效时，合并单元输出的计量数据为零，计量数据品质为无效。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双通道互校验电子式互感器，其特征在于：包括顺序连接的一次传感器、远端模块和合并单元；一次传感器采用根据需要设置的一次电流传感器、一次电压传感器或其组合，其中，一次电流传感器包括低功率线圈和空心线圈，一次电压传感器采用电容分压器；远端模块包括并联采样回路、DSP和FPGA，数条并联采样回路分别与一次传感器中的低功率线圈、空心线圈、电容分压器对应连接，其中，低功率线圈用于传感计量和测量用电流数据，空心线圈用于传感保护用电流数据，电容分压器用于传感计量、测量、保护用电压数据，所述并联采样回路用于对前述数据进行处理后，送入DSP进行一致性数据对比校验，并将结果通过FPGA送入合并单元，合并单元以IEC61850-9-2协议输出计量、测量、保护用数据。

2.如权利要求1所述的一种双通道互校验电子式互感器，其特征在于：所述低功率线圈设置2个，空心线圈根据保护装置的单、双套配置而对应设置1或2个，电容分压器根据保护装置的单、双套配置而对应设置1或2个；远端模块根据保护装置的单、双套配置而对应设置1或2个。

3.如权利要求1所述的一种双通道互校验电子式互感器，其特征在于：所述采样回路包括顺序连接的信号调理电路、低通滤波器和AD转换器。

4.如权利要求3所述的一种双通道互校验电子式互感器，其特征在于：所述一次传感器采用空心线圈或电容分压器时，低通滤波器和AD转换器之间还连接积分电路。

5.如权利要求1所述的一种双通道互校验电子式互感器，其特征在于：所述DSP采用如下校验算法进行一致性数据对比校验：

|I_AD1-I_AD2|≤(0.2％*min(|I_AD1|，|I_AD2|)+固定门槛值)，其中I_AD1、I_AD2分别为两路计量电流采样数据的瞬时值；

|U_AD2-U_AD2|≤(0.2％*min(|U_AD1|，|U_AD2|)+固定门槛值)，其中U_AD1、U_AD2分别为两路计量电压采样数据的瞬时值。

6.如权利要求1所述的一种双通道互校验电子式互感器，其特征在于：所述合并单元根据DSP的校验结果，对计量数据采用如下处理方式：当低功率线圈或电容分压器输出的两路AD数据的标志位均为有效、计量数据满足校验算法时，则合并单元固定选择其中一路作为计量数据输出，数据品质为有效；当两路AD数据的标志位均为有效、计量数据不满足校验算法时，合并单元输出的计量数据为零，计量数据品质为无效；当一路AD数据的标志位为有效、另一路AD数据的标志位为无效时，合并单元选择有效的那一路AD数据作为计量数据输出，数据品质为有效；当两路AD数据的标志位均为无效时，合并单元输出的计量数据为零，计量数据品质为无效。