CN109975736A - 一种基于变频抗干扰技术在gis内的互感器误差测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的是一种基于变频抗干扰技术在GIS内的互感器误差测试系统，所述系统包括AD采样单元、AD采样预处理单元、I/O口扩展和逻辑控制单元、数字信号处理及存储单元、LCD显示模块、键盘输入模块、散热模块和USB接口模块。本发明同时还披露了所述误差测试系统的工作流程。本发明具有抗现场干扰能力、同时可以测试GIS及套管式互感器、非标准变比互感器以及一台设备可同时兼容电流互感器和电压互感器测试的优点。
Description
技术领域
本发明涉及的是电磁互感器测试领域，更具体地说是一种基于变频抗干扰技术在GIS内的互感器误差测试系统。
背景技术
气体绝缘封闭式组合电器简称GIS，它将一座变电站中除变压器以外的一次设备，包括：断路器、隔离开关、接地开关、电压/电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等，经优化设计有机地组合成一个整体。因其具有运行可靠性高、占地面积小、体积小、维护方便、安全性好、检修周期长等优点，被广泛应用于电力系统中。于此同时，与GIS配套的电磁式CT及PT被大量安装。
目前，GIS内互感器现场检测主要方法是传统测差法，采用测差法需要使用调压器、升流器、升压器、标准互感器、负荷箱、校验仪、测试导线等体积大、笨重的设备，加上GIS内互感器结构的特殊性，如一次回路长、阻抗大、一次接线母线对地电容大等，这些就导致现场测试时升压、升流困难；同时，大电压、电流测试存在安全隐患等问题，这些因素都导致GIS互感器现场检测工作难以正常开展。
近年来，国内电力设备制造厂家推出了采用间接测试技术的便携式互感器校验设备，此类设备采用施加异频小信号的测试方式，通过模拟测试互感器在实际运行状态下的运行状态参数，再经过互感器误差理论推算，得出测试结果。此类设备相比于传统的比较测差法，具有容量小、携带方便，接线简单等优点，有效降低了现场测试的劳动强度，但实际测试时，存在抗现场干扰能力差、无法测试GIS及套管式互感器、无法测试非标准变比互感器以及一台设备无法同时兼容电流互感器和电压互感器测试等问题。
发明内容
本发明公开的是一种基于变频抗干扰技术在GIS内的互感器误差测试系统，其主要目的在于克服现有技术存在的上述不足和缺点。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于变频抗干扰技术在GIS内的互感器误差测试系统，所述系统包括AD采样单元、AD采样预处理单元、I/O口扩展和逻辑控制单元、数字信号处理及存储单元、LCD显示模块、键盘输入模块、散热模块和USB接口模块，
所述AD采样单元用于对测试时采集的模拟小电压/电流信号进行模数转换，该AD采样单元一端与所述AD采样预处理单元相连接，接收该AD采样预处理单元的数据信息，另一端与所述I/O口扩展和逻辑控制单元相连接，向上传送模数转换后的数据信号；
所述AD采样预处理单元包括标准源接入电路、模拟滤波电路和信号调理电路，该AD采样预处理单元一端与互感器信号输出端相连接，另一端与AD采样单元相连接，向上传送预处理信号；
所述I/ O口扩展和逻辑控制单元为嵌入式ARM，向上与所述数字信号处理及存储单元通信连接，向下与所述AD采样单元连接，用于读取采样数据并写入片内RAM，同时，接收同步脉冲并启动AD采样；
所述数字信号处理及存储单元分别与所述LCD显示模块、键盘输入模块、I/O口扩展和逻辑控制单元相连接，用于完成滤波、高精度FFT运算、数据显示与存储以及USB接口控制；
所述散热模块配合装设在所述I/O口扩展和逻辑控制单元上。
更进一步，所述数字信号处理及存储单元包括处理器单元和存储单元，该处理器单元采用的是TMS320F2811PBKA处理器芯片，用于完成滤波、高精度FFT运算、数据显示与存储以及USB接口控制；所述存储单元采用的是Micron Technology公司的 MT48LC4 M32B2外部存储器。
更进一步，所述标准源接入电路用于将标准电流互感器和标准电压互感器的二次输出转换成可供所述AD采样单元采样的小电压信号；所述模拟滤波电路用于降低输入信号中的高频噪声以提高系统的测量精度；所述信号调理电路用于将单端信号转换成差分信号以供所述AD采样单元采样。
更进一步，所述AD采集单元为TI公司的AD7678作为模数转换芯片。
更进一步，所述误差测试系统的工作流程包括以下具体步骤，a、系统输出变频电压、电流信号至被测电磁式互感器上；b、AD采样预处理单元对测试过程中的电压、电流信号进行采样、滤波，并将信号进行调理转换；c、AD采样单元对经过调理转换的信号进行模数转换；d、数字信号处理及存储单元对经过模数转换的数字信号进行运算，并得到测试数据；e、测试数据通过LCD显示模块显示，完成整个测试过程。
更进一步，所述误差测试系统的测试项目包括测试判断互感器变比及参数、测试测量互感器二次阻抗参数以及测试互感器励磁特性曲线。
更进一步，所述测试判断互感器变比及参数的步骤包括：a、在互感器的一次侧或二次侧上施加不超过150V的测试电压；b、调节该测试电压的频率至20Hz以下，以满足抗干扰需要；c、在互感器的二次端或一次端进行相应频率电压信号的测试；d、通过比差判断被测互感器的变比及输入的额定变比是否正确；e、通过角差判断被测互感器的极性，完成对被测互感器变比及参数的测试。
更进一步，所述测试测量互感器二次阻抗参数的测试信号频率为51Hz。
更进一步，所述测试互感器励磁特性曲线的方式为：在二次侧分别施加各种频率及不同小电压，然后分别测量出变频时的二次侧的励磁导纳值，所述频率选取范围为5-24Hz,所述小电压的选取范围为5-20V。
更进一步，所述二次侧施加的电压为：5Hz、8V的电压和5Hz、10V的电压以及5Hz、12V的电压，则测量出的变频时的二次侧的励磁导纳值为Y80、Y100和Y120。
通过上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明采用施加低频测试信号的方式实现GIS互感器状态参量的检测，不仅解决传统测试方法存在的安全隐患问题，而且有效消除了现场工频信号干扰，保障测试准确性。
（2）本发明同一测试系统可实现GIS内所有电磁式互感器（电压互感器、电流互感器）的运行参数测量，解决现有检测技术的设备多、接线复杂、对现场检测技术人员专业性要求高等缺点；同时还将兼容常规互感器的检测。
（3）本发明采用的测试系统具有低功耗特点，解决现有检测技术功耗大、对设备容量要求高的问题。
（4）本发明采用的测试系统具有体积小，单台结构且便携性高的优势，彻底实现GIS互感器现场检测设备的便携化。
（5）本发明采用的测试系统具有测试功能多、测试范围广等优势，一台系统即可满足测试需求。
（6）本发明使GIS互感器现场测试技术向小信号、低功耗、多功能方向发展，同时GIS互感器现场测试设备将迎来便携化的时代,可有效减轻现场劳动强度、提升工作效率。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
图2是本发明的系统工作流程图。
具体实施方式
下面参照附图说明来进一步地说明本发明的具体实施方式。
如图1和图2所示，一种基于变频抗干扰技术在GIS内的互感器误差测试系统，所述系统包括AD采样单元、AD采样预处理单元、I/O口扩展和逻辑控制单元、数字信号处理及存储单元、LCD显示模块、键盘输入模块、散热模块和USB接口模块，
所述AD采样单元用于对测试时采集的模拟小电压/电流信号进行模数转换，该AD采样单元一端与所述AD采样预处理单元相连接，接收该AD采样预处理单元的数据信息，另一端与所述I/O口扩展和逻辑控制单元相连接，向上传送模数转换后的数据信号；
所述AD采样预处理单元包括标准源接入电路、模拟滤波电路和信号调理电路，该AD采样预处理单元一端与互感器信号输出端相连接，另一端与AD采样单元相连接，向上传送预处理信号；
所述I/ O口扩展和逻辑控制单元为嵌入式ARM，向上与所述数字信号处理及存储单元通信连接，向下与所述AD采样单元连接，用于读取采样数据并写入片内RAM，同时，接收同步脉冲并启动AD采样；
所述数字信号处理及存储单元分别与所述LCD显示模块、键盘输入模块、I/O口扩展和逻辑控制单元相连接，用于完成滤波、高精度FFT运算、数据显示与存储以及USB接口控制；
所述散热模块配合装设在所述I/O口扩展和逻辑控制单元上。
更进一步，所述数字信号处理及存储单元包括处理器单元和存储单元，该处理器单元采用的是TMS320F2811PBKA处理器芯片，用于完成滤波、高精度FFT运算、数据显示与存储以及USB接口控制；所述存储单元采用的是Micron Technology公司的 MT48LC4 M32B2外部存储器。
更进一步，所述标准源接入电路用于将标准电流互感器和标准电压互感器的二次输出转换成可供所述AD采样单元采样的小电压信号；所述模拟滤波电路用于降低输入信号中的高频噪声以提高系统的测量精度；所述信号调理电路用于将单端信号转换成差分信号以供所述AD采样单元采样。
更进一步，所述AD采集单元为TI公司的AD7678作为模数转换芯片。
更进一步，所述误差测试系统的工作流程包括以下具体步骤，a、系统输出变频电压、电流信号至被测电磁式互感器上；b、AD采样预处理单元对测试过程中的电压、电流信号进行采样、滤波，并将信号进行调理转换；c、AD采样单元对经过调理转换的信号进行模数转换；d、数字信号处理及存储单元对经过模数转换的数字信号进行运算，并得到测试数据；e、测试数据通过LCD显示模块显示，完成整个测试过程。
更进一步，所述误差测试系统的测试项目包括测试判断互感器变比及参数、测试测量互感器二次阻抗参数以及测试互感器励磁特性曲线。
更进一步，所述测试判断互感器变比及参数的步骤包括：a、在互感器的一次侧或二次侧上施加不超过150V的测试电压；b、调节该测试电压的频率至20Hz以下，以满足抗干扰需要；c、在互感器的二次端或一次端进行相应频率电压信号的测试；d、通过比差判断被测互感器的变比及输入的额定变比是否正确；e、通过角差判断被测互感器的极性，完成对被测互感器变比及参数的测试。
更进一步，所述测试测量互感器二次阻抗参数的测试信号频率为51Hz。
更进一步，所述测试互感器励磁特性曲线的方式为：在二次侧分别施加各种频率及不同小电压，然后分别测量出变频时的二次侧的励磁导纳值，所述频率选取范围为5-24Hz,所述小电压的选取范围为5-20V。
更进一步，所述二次侧施加的电压为：5Hz、8V的电压和5Hz、10V的电压以及5Hz、12V的电压，则测量出的变频时的二次侧的励磁导纳值为Y80、Y100和Y120。
电势与频率的关系式为E=4.44fNΦm，对于空载时，电动势约等于电压，所以，以电压互感器测试为例，认为二次侧的电压为50Hz、120V和5Hz、12V等效产生的励磁阻抗等效。注意，这里假定互感器二次侧的额定电压为100V，则其80%、100%和120%的额定电压为80V、100V和120V，如果PT的二次侧额定电压非100V，则可以推出对应于80%、100%和120%的额定电压的5Hz频率的电压值。在二次侧施加5Hz、8V的电压和5Hz、10V的电压以及5Hz、12V的电压，测量出变频时的二次侧的励磁导纳值Y80、Y100和Y120。
下面通过实验室测试和第三方检测的具体案例来说明本方案的实际测试效果。
实验室测试比对
（1）被测电流互感器信息
（2）误差测试数据
（3）被测电压互感器信息
(4)误差测试数据
GIS变电站现场测试比对
（1）被测GIS电压互感器信息
（2）误差测试数据
（3）被测GIS电流互感器信息
（4）误差测试数据
比对结论
（1）根据JJG1021-2007《电力互感器》、JJG313-2010《测量用电流互感器》、JJG314-2010《测量用电压互感器》检定规程，被测常规电磁式互感器及GIS式互感器的误差结果满足0.2级精度要求。
（2）对于同一被试品，将本项目装置与传统互感器检定装置测试的误差数据进行比对，可以看出两种测试结果的差值均小于0.2级被试品限值的1/3，因此，本测试系统可用于常规电磁式互感器及GIS式互感器的误差测试。
通过对本发明系统的说明，本系统具有如下优点：
（1）本发明采用施加低频测试信号的方式实现GIS互感器状态参量的检测，不仅解决传统测试方法存在的安全隐患问题，而且有效消除了现场工频信号干扰，保障测试准确性。
（2）本发明同一测试系统可实现GIS内所有电磁式互感器（电压互感器、电流互感器）的运行参数测量，解决现有检测技术的设备多、接线复杂、对现场检测技术人员专业性要求高等缺点；同时还将兼容常规互感器的检测。
（3）本发明采用的测试系统具有低功耗特点，解决现有检测技术功耗大、对设备容量要求高的问题。
（4）本发明采用的测试系统具有体积小，单台结构且便携性高的优势，彻底实现GIS互感器现场检测设备的便携化。
（5）本发明采用的测试系统具有测试功能多、测试范围广等优势，一台系统即可满足测试需求。
（6）本发明使GIS互感器现场测试技术向小信号、低功耗、多功能方向发展，同时GIS互感器现场测试设备将迎来便携化的时代,可有效减轻现场劳动强度、提升工作效率。
上述仅为本发明系统的具体实施方式，但本发明的设计构思并不仅局限于此，凡是利用此构思对本发明进行非实质性改进，均应该属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (10)
1.一种基于变频抗干扰技术在GIS内的互感器误差测试系统，其特征在于：所述系统包括AD采样单元、AD采样预处理单元、I/O口扩展和逻辑控制单元、数字信号处理及存储单元、LCD显示模块、键盘输入模块、散热模块和USB接口模块，
所述AD采样单元用于对测试时采集的模拟小电压/电流信号进行模数转换，该AD采样单元一端与所述AD采样预处理单元相连接，接收该AD采样预处理单元的数据信息，另一端与所述I/O口扩展和逻辑控制单元相连接，向上传送模数转换后的数据信号；
所述AD采样预处理单元包括标准源接入电路、模拟滤波电路和信号调理电路，该AD采样预处理单元一端与互感器信号输出端相连接，另一端与AD采样单元相连接，向上传送预处理信号；
所述I/ O口扩展和逻辑控制单元为嵌入式ARM，向上与所述数字信号处理及存储单元通信连接，向下与所述AD采样单元连接，用于读取采样数据并写入片内RAM，同时，接收同步脉冲并启动AD采样；
所述数字信号处理及存储单元分别与所述LCD显示模块、键盘输入模块、I/O口扩展和逻辑控制单元相连接，用于完成滤波、高精度FFT运算、数据显示与存储以及USB接口控制；
所述散热模块配合装设在所述I/O口扩展和逻辑控制单元上。
2.根据权利要求1所述的一种基于变频抗干扰技术在GIS内的互感器误差测试系统，其特征在于：所述数字信号处理及存储单元包括处理器单元和存储单元，该处理器单元采用的是TMS320F2811PBKA处理器芯片，用于完成滤波、高精度FFT运算、数据显示与存储以及USB接口控制；所述存储单元采用的是Micron Technology公司的 MT48LC4 M32B2外部存储器。
3.根据权利要求1所述的一种基于变频抗干扰技术在GIS内的互感器误差测试系统，其特征在于：所述标准源接入电路用于将标准电流互感器和标准电压互感器的二次输出转换成可供所述AD采样单元采样的小电压信号；所述模拟滤波电路用于降低输入信号中的高频噪声以提高系统的测量精度；所述信号调理电路用于将单端信号转换成差分信号以供所述AD采样单元采样。
4.根据权利要求1所述的一种基于变频抗干扰技术在GIS内的互感器误差测试系统，其特征在于：所述AD采集单元为TI公司的AD7678作为模数转换芯片。
5.根据权利要求1至4所述的一种基于变频抗干扰技术在GIS内的互感器误差测试系统，其特征在于：所述误差测试系统的工作流程包括以下具体步骤，a、系统输出变频电压、电流信号至被测电磁式互感器上；b、AD采样预处理单元对测试过程中的电压、电流信号进行采样、滤波，并将信号进行调理转换；c、AD采样单元对经过调理转换的信号进行模数转换；d、数字信号处理及存储单元对经过模数转换的数字信号进行运算，并得到测试数据；e、测试数据通过LCD显示模块显示，完成整个测试过程。
6.根据权利要求1至4所述的一种基于变频抗干扰技术在GIS内的互感器误差测试系统，其特征在于：所述误差测试系统的测试项目包括测试判断互感器变比及参数、测试测量互感器二次阻抗参数以及测试互感器励磁特性曲线。
7.根据权利要求6所述的一种基于变频抗干扰技术在GIS内的互感器误差测试系统，其特征在于：所述测试判断互感器变比及参数的步骤包括：a、在互感器的一次侧或二次侧上施加不超过150V的测试电压；b、调节该测试电压的频率至20Hz以下，以满足抗干扰需要；c、在互感器的二次端或一次端进行相应频率电压信号的测试；d、通过比差判断被测互感器的变比及输入的额定变比是否正确；e、通过角差判断被测互感器的极性，完成对被测互感器变比及参数的测试。
8.根据权利要求6所述的一种基于变频抗干扰技术在GIS内的互感器误差测试系统，其特征在于：所述测试测量互感器二次阻抗参数的测试信号频率为51Hz。
9.根据权利要求6所述的一种基于变频抗干扰技术在GIS内的互感器误差测试系统，其特征在于：所述测试互感器励磁特性曲线的方式为：在二次侧分别施加各种频率及不同小电压，然后分别测量出变频时的二次侧的励磁导纳值，所述频率选取范围为5-24Hz,所述小电压的选取范围为5-20V。
10.根据权利要求9所述的一种基于变频抗干扰技术在GIS内的互感器误差测试系统，其特征在于：所述二次侧施加的电压为：5Hz、8V的电压和5Hz、10V的电压以及5Hz、12V的电压，则测量出的变频时的二次侧的励磁导纳值为Y80`、Y100`和Y120`。
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