CN109581265B - 一种基于功率误差的电流互感器抗直流性能检测方法 - Google Patents

一种基于功率误差的电流互感器抗直流性能检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于功率误差的电流互感器抗直流性能检测方法，所述方法通过测量电流互感器在直流分量影响下产生的功率误差，利用数学模型推算电流互感器的抗直流性能，本发明采用功率误差作为判断电流互感器抗直流性能的依据，解决多种频率成分下电流互感器的幅值误差和相位误差难以定义的问题，而且，误差功率能够更加直观的体现出电流互感器的抗直流性能对电能计量的影响，误差定义更加合理；在电流互感器误差计算过程中，不需要计算电流的幅值和相位，简化了误差计算算法；由于本发明采用的检测设备只有误差功率计算单元需要新开发，其他检测设备均为市场上已有的设备，因此检测成本较低，检测方法简洁、科学、可操作性强、实用性高。

Description

一种基于功率误差的电流互感器抗直流性能检测方法
技术领域
本发明涉及电流互感器检测技术领域，具体为一种基于功率误差的电流互感器抗直流性能检测方法。
背景技术
传统电磁式电流互感器适用于纯正弦工频电流的准确测量，随着非线性负荷越来越多，以及利用电力电子技术原理窃电设备的出现，测量点负荷电流含直流分量的现象十分普遍，负荷电流直流分量使得常规电磁式电流互感器磁芯工作接近饱和，磁芯等效磁导率减小，误差显著地向负方向增大，严重影响电能计量的准确性。为了保证含直流分量负荷电流准确测量，必须对电流互感器进行抗直流性能测试，现有检测评估电流互感器抗直流性能的方法为在半波直流或者在工频和直流叠加的混合电流下检测电流互感器的幅值误差和相位误差，由于多种频率成分下电流互感器的幅值误差和相位误差难以定义，因此用误差电流产生的误差电能评估电流互感器的抗直流性能，更能判断直流分量对电流互感器产生的计量误差，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是为了有效检测计量用电流互感器的抗直流性能，提出一种基于功率误差的电流互感器抗直流性能检测方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于功率误差的电流互感器抗直流性能检测方法，所述方法通过测量电流互感器在直流分量影响下产生的功率误差，利用数学模型推算电流互感器的抗直流性能，由含直流分量电流源、程控电压源、交直流标准电流互感器、误差功率计算单元、电流负荷箱构成电流互感器抗直流性能检测电路；
所述交直流标准电流互感器与被检电流互感器一次同名端串联后串接至含直流分量电流源电流输出端，所述交直流标准电流互感器与被检电流互感器二次同名端形成差流接入所述误差功率计算单元电流输入端，所述误差功率计算单元电压输入端接所述程控电压源输出端，所述误差功率计算单元根据输入的电压和差流计算出对应的功率，定义该功率为被检互感器的误差功率，以此评估被检电流互感器的抗直流性能；
所述程控电压源数字控制端接至所述含直流分量电流源电压控制输出端，由所述含直流分量电流源控制所述程控电源输出电压的幅值和相位，所述电流负荷箱接入被检电流互感器二次回路。
进一步的，所述误差功率计算单元误差计算原理：根据互感器误差合成原理，仅接电流互感器的单相电路互感器合成功率误差为：
Figure RE-GDA0001955277560000021
式中e为互感器的合成功率误差，f为电流互感器的比差，δ为电流互感器的角差，
Figure RE-GDA0001955277560000022
为单相电路电压与电流之间的功率因数角，尽管该公式是在正弦电压、电流下计算得出的，但当电流含直流或者谐波时，只要电压为纯正弦波形，则电流中仅基波电流对功率起作用，因此在考虑直流分量对电流互感器误差的影响时，该公式同样适用；
为了得到被检电流互感器的比差和角差，需要完成两次试验，试验一：根据电流互感器检定点输出电流，调节程控电压源输出相位，使得
Figure RE-GDA0001955277560000023
此时被检电流互感器角差对合成功率误差不起作用，计算出互感器的合成功率误差e1，则幅值误差为f＝e1；试验二：保持电流及检定电路不变，此时电流互感器的比差和角差不变，调节输出电压相位，使得
Figure RE-GDA0001955277560000024
输出电压幅值保持不变，则e2＝f+δ，得到相位误差为δ＝e2-f＝e2-e1。
进一步的，相位调节方法为：从小到大调节程控试验电压源输出电压相位，调节范围为-60分到60分，计算得到标准功率最大值P0max，此时
Figure RE-GDA0001955277560000025
依据
Figure RE-GDA0001955277560000026
得到功率因数角为
Figure RE-GDA0001955277560000027
时的标准功率值
Figure RE-GDA0001955277560000028
因此只要调节电压源相位使得
Figure RE-GDA0001955277560000029
那么
Figure RE-GDA00019552775600000210
即可满足。
进一步的，所述含直流分量电流源，功能为产生试验用含直流电流，输出电流波形可以是半波直流电流，也可以是叠加直流分量的工频正弦电流。
进一步的，所述交直流标准电流互感器在交流、直流以及交直流混合电流下的准确度高于被检电流互感器两个等级，可采用高精度分流器或者基于磁平衡原理的电流比例标准。
进一步的，所述误差功率计算单元用于完成电流互感器抗直流性能测算，其内部误差电流、标准电流采样传感器采用分流器，电压采样传感器采用仪用电磁式电压互感器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用功率误差作为判断电流互感器抗直流性能的依据，解决多种频率成分下电流互感器的幅值误差和相位误差难以定义的问题，而且，误差功率能够更加直观的体现出电流互感器的抗直流性能对电能计量的影响，误差定义更加合理；在电流互感器误差计算过程中，不需要计算电流的幅值和相位，简化了误差计算算法；由于本发明采用的检测设备只有误差功率计算单元需要新开发，其他检测设备均为市场上已有的设备，因此检测成本较低，检测方法简洁、科学、可操作性强、实用性高。
附图说明
图1为本发明基于功率误差的电流互感器抗直流性能检测原理图。
图中符号：TAx----为被测电流互感器；TA0----为交直流标准电流互感器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明技术方案，并不限于本发明。
本发明提供一种技术方案：一种基于功率误差的电流互感器抗直流性能检测方法，所述方法通过测量电流互感器在直流分量影响下产生的功率误差，利用数学模型推算电流互感器的抗直流性能，由含直流分量电流源、程控电压源、交直流标准电流互感器、误差功率计算单元、电流负荷箱构成电流互感器抗直流性能检测电路；
所述交直流标准电流互感器与被检电流互感器一次同名端串联后串接至含直流分量电流源电流输出端，所述交直流标准电流互感器与被检电流互感器二次同名端形成差流接入所述误差功率计算单元电流输入端，所述误差功率计算单元电压输入端接所述程控电压源输出端，所述误差功率计算单元根据输入的电压和差流计算出对应的功率，定义该功率为被检互感器的误差功率，以此评估被检电流互感器的抗直流性能；
所述程控电压源数字控制端接至所述含直流分量电流源电压控制输出端，由所述含直流分量电流源控制所述程控电源输出电压的幅值和相位，所述电流负荷箱接入被检电流互感器二次回路。
进一步的，所述误差功率计算单元误差计算原理：根据互感器误差合成原理，仅接电流互感器的单相电路互感器合成功率误差为：
Figure RE-GDA0001955277560000041
式中e为互感器的合成功率误差，f为电流互感器的比差，δ为电流互感器的角差，
Figure RE-GDA0001955277560000042
为单相电路电压与电流之间的功率因数角，尽管该公式是在正弦电压、电流下计算得出的，但当电流含直流或者谐波时，只要电压为纯正弦波形，则电流中仅基波电流对功率起作用，因此在考虑直流分量对电流互感器误差的影响时，该公式同样适用；
为了得到被检电流互感器的比差和角差，需要完成两次试验，试验一：根据电流互感器检定点输出电流，调节程控电压源输出相位，使得
Figure RE-GDA0001955277560000043
此时被检电流互感器角差对合成功率误差不起作用，计算出互感器的合成功率误差e1，则幅值误差为f＝e1；试验二：保持电流及检定电路不变，此时电流互感器的比差和角差不变，调节输出电压相位，使得
Figure RE-GDA0001955277560000044
输出电压幅值保持不变，则e2＝f+δ，得到相位误差为δ＝e2-f＝e2-e1。
进一步的，相位调节方法为：从小到大调节程控试验电压源输出电压相位，调节范围为-60分到60分，计算得到标准功率最大值P0max，此时
Figure RE-GDA0001955277560000045
依据
Figure RE-GDA0001955277560000046
得到功率因数角为
Figure RE-GDA0001955277560000047
时的标准功率值
Figure RE-GDA0001955277560000048
因此只要调节电压源相位使得
Figure RE-GDA0001955277560000049
那么
Figure RE-GDA00019552775600000410
即可满足。
进一步的，所述含直流分量电流源，功能为产生试验用含直流电流，输出电流波形可以是半波直流电流，也可以是叠加直流分量的工频正弦电流。
进一步的，所述交直流标准电流互感器在交流、直流以及交直流混合电流下的准确度高于被检电流互感器两个等级，可采用高精度分流器或者基于磁平衡原理的电流比例标准。
进一步的，所述误差功率计算单元用于完成电流互感器抗直流性能测算，其内部误差电流、标准电流采样传感器采用分流器，电压采样传感器采用仪用电磁式电压互感器。
进一步的，功率误差计算方法：误差功率计算单元完成两个功率测量，其一是标准功率测量，该功率是交直流标准电流互感器二次电流与程控电压源输出电压之间的功率，即 P0＝U&I&0；其次是误差功率测量，该功率是交直流标准电流互感器与被测电流互感器二次差流和程控电压源输出电压之间的产生的误差功率，即Pe＝U&ΔI&＝U&(I&x-I&0)，则功率误差为e＝Pe/P0，为了提高误差功率e的准确性，采用多次测量结果取其平均值得到e。
进一步的，功率误差与电流互感器比值误差、相位误差的关系：
Figure RE-GDA0001955277560000051
步骤一：根据规程要求的电流互感器抗直流性能检定点输出含直流分量电流，调节程控电压源幅值为额定电压；
步骤二：调节程控电压源输出电压相位，使输出电压与电流源输出电流基波分量同相位，即
Figure RE-GDA0001955277560000052
计算功率误差e1＝Pe1/P01，则电流互感器的比值差为f＝e1＝Pe1/P01；
步骤三：调节程控电压源输出电压相位，使得输出电压与电流源输出电流基波分量相位满足
Figure RE-GDA0001955277560000053
计算功率误差e2＝Pe2/P02，此时e2＝f+δ＝Pe2/P02，则电流互感器的相位差为δ＝e2-f＝e2-e1；
步骤四：保持检定电路不变，仅根据规程调节电流互感器一次电流值，从步骤二开始检定下一个检定点电流互感器误差，直至电流互感器所有检定点误差都测试完成。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种基于功率误差的电流互感器抗直流性能检测方法，其特征在于：所述方法通过测量电流互感器在直流分量影响下产生的功率误差，利用数学模型推算电流互感器的抗直流性能，由含直流分量电流源、程控电压源、交直流标准电流互感器、误差功率计算单元、电流负荷箱构成电流互感器抗直流性能检测电路；
所述交直流标准电流互感器与被检电流互感器一次同名端串联后串接至含直流分量电流源电流输出端，所述交直流标准电流互感器与被检电流互感器二次同名端形成差流接入所述误差功率计算单元电流输入端，所述误差功率计算单元电压输入端接所述程控电压源输出端，所述误差功率计算单元根据输入的电压和差流计算出对应的功率，定义该功率为被检互感器的误差功率，以此评估被检电流互感器的抗直流性能；
所述程控电压源数字控制端接至所述含直流分量电流源电压控制输出端，由所述含直流分量电流源控制所述程控电压源输出电压的幅值和相位，所述电流负荷箱接入被检电流互感器二次回路。
2.根据权利要求1所述的一种基于功率误差的电流互感器抗直流性能检测方法，其特征在于：所述误差功率计算单元误差计算原理：根据互感器误差合成原理，仅接电流互感器的单相电路互感器合成功率误差为：
Figure FDA0003005248200000011
式中e为互感器的合成功率误差，f为电流互感器的比差，δ为电流互感器的角差，
Figure FDA0003005248200000012
为单相电路电压与电流之间的功率因数角，尽管该公式是在正弦电压、电流下计算得出的，但当电流含直流或者谐波时，只要电压为纯正弦波形，则电流中仅基波电流对功率起作用，因此在考虑直流分量对电流互感器误差的影响时，该公式同样适用；
为了得到被检电流互感器的比差和角差，需要完成两次试验，试验一：根据电流互感器检定点输出电流，调节程控电压源输出相位，使得
Figure FDA0003005248200000013
此时被检电流互感器角差对合成功率误差不起作用，计算出互感器的合成功率误差e1，则幅值误差为f＝e1；试验二：保持电流及检定电路不变，此时电流互感器的比差和角差不变，调节输出电压相位，使得
Figure FDA0003005248200000014
输出电压幅值保持不变，则e2＝f+δ，得到相位误差为δ＝e2-f＝e2-e1。
3.根据权利要求2所述的一种基于功率误差的电流互感器抗直流性能检测方法，其特征在于：所述得到被检电流互感器的比差和角差需要开展的试验二，输出电压相位调节方法为：从小到大调节程控电压源输出电压相位，调节范围为-60分到60分，计算得到标准功率最大值P0max，此时
Figure FDA0003005248200000021
依据
Figure FDA0003005248200000022
得到功率因数角为
Figure FDA0003005248200000023
时的标准功率值
Figure FDA0003005248200000024
因此只要调节电压源相位使得
Figure FDA0003005248200000025
那么
Figure FDA0003005248200000026
即可满足。
4.根据权利要求1所述的一种基于功率误差的电流互感器抗直流性能检测方法，其特征在于：所述含直流分量电流源，功能为产生试验用含直流电流，输出电流波形可以是半波直流电流，也可以是叠加直流分量的工频正弦电流。
5.根据权利要求1所述的一种基于功率误差的电流互感器抗直流性能检测方法，其特征在于：所述交直流标准电流互感器在交流、直流以及交直流混合电流下的准确度高于被检电流互感器两个等级，可采用高精度分流器或者基于磁平衡原理的电流比例标准。
6.根据权利要求1所述的一种基于功率误差的电流互感器抗直流性能检测方法，其特征在于：所述误差功率计算单元用于完成电流互感器抗直流性能测算，其误差电流、标准电流采样所使用的传感器为分流器，电压采样所使用的传感器为仪用电磁式电压互感器。
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