CN110133563B - 一种电流传感器抗直流性能检测方法及装置 - Google Patents

一种电流传感器抗直流性能检测方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种电流传感器抗直流性能检测方法及装置，包括升流器，所述升流器将一次侧全波交流电流整流为正半波电流和负半波电流，所述正半波电流支路上串联有第一整流二极管和匹配阻抗，通过所述匹配阻抗实现调节正负半波支路的阻抗相互匹配，使得整流后的正负半波基本对称，所述负半波电流支路上包含叠加有直流分量的交流电流，本发明可实现在只用单个交流电源即升流器情况下，构建直流比例可调的交直流电流环境，完成电流传感器抗直流性能的检测，通过标准电阻采样输出电流，使用傅里叶分析的方法完成互感器比差角差计算，准确评估电流传感器的抗直流性能。

Description

一种电流传感器抗直流性能检测方法及装置
技术领域
本发明涉及电气测量技术领域，尤其是涉及一种电流传感器抗直流性能检测方法及装置。
背景技术
交流电网中非线性负荷的不断增加，地磁磁暴影响下的地磁电流，以及高压直流输电线路的增多，均会在一次侧交流电网中产生直流分量。一次电流中的直流分量使常规单铁芯电流互感器的铁芯工作点易进入饱和区，使得电流互感器二次电流发生严重畸变导致计量失准。目前发现一些非法窃电分子通过对配网线路进行半波整流的方式窃电，半波电流中的直流分量严重影响低压计量用互感器的传变特性，导致在额定电流下比差超差60％以上，角差超差8°以上，直接导致经济损失。
因此，近年来市场上出现了各种基于复合铁芯结构，具备抗直流性能的电流互感器。为了检测抗直流互感器的性能，申请号201610948273.8提出了一种基于比例直流叠加法的抗直流性能检测方法，该方法可以调节比例直流的大小但需要交流电源和直流电源同时可调，为了防止直流电源影响交流电源输出，需要隔离电容等元件，整体设备成本较高；也有申请号201210007387.4提出用半波电流进行电流互感器抗直流性能的检测，通过整流电路将全波电流整形为半波电流，该方法虽然电路简单，但半波电流中的直流比例无法调节，因此无法完成不同比例直流下的电流互感器抗直流性能检测；针对以上问题，结合配电网一二次融合电流传感器的抗直流性能检测需要，研究一种电路结构简单，成本较低，且可以进行直流比例调节的电流传感器抗直流性能检测方法，对改变上述局面，具有现实意义。
发明内容
本发明提出一种电流传感器抗直流性能检测方法及装置，以解决半波电流检测方法中直流分量无法调节，直流含量难以定量分析，以及直流比例叠加方案双电源成本过高的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种电流传感器抗直流性能检测装置，包括升流器，所述升流器将一次侧全波交流电流整流为正半波电流和负半波电流，所述正半波电流支路上串联有第一整流二极管和匹配阻抗，通过所述匹配阻抗实现调节正负半波支路的阻抗相互匹配，使得整流后的正负半波基本对称；
所述负半波电流支路上包含叠加有直流分量的交流电流，在所述负半波电流支路上串联有第二整流二极管和用于对直流比例进行调节的分流模块。
进一步的，所述分流模块包括两条并联的支路，一支路上串接有阻值为R1的第一分流电阻；
另一支路上串接有阻值为R2的第二分流电阻以及阻值为ZL的可调电抗器，可通过调节可调电抗器阻值的大小，完成对半波电流中直流比例的调节，该支路上还串接有被测电流传感器和标准电流传感器。
进一步的，所述被测电流传感器串接可调负荷箱接入数字式互感器检验仪被测通道；所述标准电流传感器的输出端接入数字式互感器检验仪标准通道。
进一步的，所述被测电流传感器为一二次融合电流传感器或抗直流电流互感器。
进一步的，所述标准电流传感器为抗直流标准电流传感器或交直流标准电流互感器。
本发明还提供一种电流传感器抗直流性能检测方法，包括以下步骤：
步骤一、调节可调负荷箱至被测电流传感器额定负荷，并按标准电流传感器和被测电流传感器额定参数进行数字式互感器检验仪参数的基本参数，启动数字式互感器检验仪；
步骤二、调节升流器输出以调节半波电流的峰值，缓慢调节使半波电流峰值在被测电流传感器额定值附近；
步骤三、选择第一分流电阻与第二分流电阻阻值参数相等，通过可调电抗器的参数，设置合适的直流比例的大小，根据公式，计算出具体直流比例大小及工频交流幅值大小，并记录直流比例；
步骤四、通过数字式互感器检验仪读取此时的被测电流传感器和标准电流传感器比差角差数值以及工频交流大小，并做相关记录；
步骤五、重复步骤三至步骤四，可调节不同直流比例，完成不同直流比例下电流传感器抗直流性能的检测；
步骤六、缓慢调节升流器至输出降为零，并关闭数字式互感器检验仪及升流器电源。
具体的，步骤四中，被测电流传感器输出端串入标准电阻R0进行采样，标准电流传感器的输出端同样串入标准电阻R’0进行采样。
采用了所述技术方案，本发明的有益效果为：
1.本发明可实现在只用单个交流电源即升流器情况下，构建直流比例可调的交直流电流环境，完成电流传感器抗直流性能的检测，通过标准电阻采样输出电流，使用傅里叶分析的方法完成互感器比差角差计算，准确评估电流传感器的抗直流性能。
2.本发明可实现直流比例Kdc可调，通过第一分流电阻，第二分流电阻及可调电抗器大小进行直流比例确定。
3.本发明含分流模块的支路阻抗可通过匹配阻抗进行匹配，当可调电抗器阻抗较大时，分流模块阻抗约为第一分流电阻阻抗，此时阻抗匹配更易实现，可减小由正负半波电流非对称性导致的测量误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例直流比例可调的电流传感器检测电气原理图。
其中：1、升流器；2、第一整流二极管；3、匹配阻抗；4、第二整流二极管；5、第一分流电阻；6、第二分流电阻；7、可调电抗器；8、被测电流传感器；9、标准电流传感器；10、可调负荷箱；11、数字式互感器检验仪。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种电流传感器抗直流性能检测装置，包括升流器1，其中，电压源输出的电流经调压器调节后，再经过升流器1，调压器及升流器1将一次小电流放大为大电流，并实现一次电流大小可调，升流器1输出范围直接影响一次电流范围，所述升流器1将一次侧全波交流电流整流为正半波电流和负半波电流，所述正半波电流支路上串联有第一整流二极管2和匹配阻抗3，通过所述匹配阻抗3实现调节正负半波支路的阻抗相互匹配，使得整流后的正负半波基本对称；
所述负半波电流支路上包含叠加有直流分量的交流电流，在所述负半波电流支路上串联有第二整流二极管4和用于对直流比例进行调节的分流模块。
进一步的，所述分流模块包括两条并联的支路，一支路上串接有阻值为R1的第一分流电阻5；另一支路上串接有阻值为R2的第二分流电阻6以及阻值为ZL的可调电抗器7，可通过调节可调电抗器7阻值的大小，完成对半波电流中直流比例的调节，该支路上还串接有被测电流传感器8和标准电流传感器9。
具体的，通过调节可调电抗器7ZL的大小，完成对半波电流中直流比例的调节，具体算法如下：
根据傅里叶级数展开式，峰值为E的半波电流可表示为：
Figure BDA0002056823250000051
根据(1)式可知，在半波电流中只含有直流分量，基波分量和偶次谐波分量，且直流分量占半波峰值的31.83％。直流比例是固定值无法调节。半波电流中直流分量与基波幅值的比例Kdc为：
Figure BDA0002056823250000061
通过分流模块后，忽略串入检测负半波回路的电流传感器本身阻抗，含可调电抗器7分流支路上电流可表示为：
Figure BDA0002056823250000062
ZL＝2πfL (4)
式(4)中L为可调电抗器7的电感值，f为工频50Hz。分流后直流分量与工频交流的比例K’dc为：
Figure BDA0002056823250000063
该支路的工频交流电流iac以及直流电流idc为：
Figure BDA0002056823250000064
Figure BDA0002056823250000065
分流电阻R1和R2的阻值确定后，根据式(5)可知，通过调节可调电抗器7的大小改变其电感值即可改变该支路直流比例。通过式(6)可知，通过调节可调电抗器7的大小改变其电感值即可改变该支路工频交流分量大小，而由式(7)，此时直流分量大小不随可调电抗器7变化而改变。从而完成相同直流分量大小，不同交流分量大小下电流传感器抗直流性能的检测，即不同直流比例下，电流传感器抗直流性能检测。
作为优选，所述被测电流传感器8串接可调负荷箱10接入数字式互感器检验仪11被测通道；所述标准电流传感器9的输出端接入数字式互感器检验仪11标准通道。
作为优选，所述被测电流传感器8为一二次融合电流传感器或抗直流电流互感器。
作为优选，所述标准电流传感器9为抗直流标准电流传感器9或交直流标准电流互感器。
本实施例提供一种电流传感器抗直流性能检测方法，包括以下步骤：
步骤一、调节可调负荷箱10至被测电流传感器8额定负荷，并按标准电流传感器9和被测电流传感器8额定参数进行数字式互感器检验仪11参数的基本参数，启动数字式互感器检验仪11；
步骤二、调节升流器1输出以调节半波电流的峰值，缓慢调节使半波电流峰值在被测电流传感器8额定值附近；
步骤三、选择第一分流电阻5与第二分流电阻6阻值参数相等，通过可调电抗器7的参数，设置合适的直流比例的大小，根据公式，计算出具体直流比例大小及工频交流幅值大小，并记录直流比例；
步骤四、通过数字式互感器检验仪11读取此时的被测电流传感器8和标准电流传感器9比差角差数值以及工频交流大小，并做相关记录；
步骤五、重复步骤三至步骤四，可调节不同直流比例，完成不同直流比例下电流传感器抗直流性能的检测；
步骤六、缓慢调节升流器1至输出降为零，并关闭数字式互感器检验仪11及升流器1电源。
具体的，步骤四中，被测电流传感器8输出端串入标准电阻R0进行采样，标准电流传感器9的输出端同样串入标准电阻R’0进行采样。
评价电流传感器抗直流性能的标准是被测电流传感器8在标准电阻R0上的采样电压信号U0，与标准电流传感器9在标准电阻R’0上的采样电压信号U’0，输出数据至互感器检验仪CPU中进行傅里叶分析得到被测通道基波电压信号幅值Uof，相位
Figure BDA0002056823250000081
标准通道基波电压信号幅值U’of，相位
Figure BDA0002056823250000082
则对于变比为K的被测电流传感器8，比差f，角差δ计算方法如下：
Figure BDA0002056823250000083
Figure BDA0002056823250000084
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电流传感器抗直流性能检测装置，其特征在于：包括升流器（1），所述升流器（1）将一次侧全波交流电流整流为正半波电流和负半波电流，所述正半波电流支路上串联有第一整流二极管（2）和匹配阻抗（3），通过所述匹配阻抗（3）实现调节正负半波电流支路的阻抗相互匹配，使得整流后的正负半波电流支路基本对称；
所述负半波电流支路上包含叠加有直流分量的交流电流，在所述负半波电流支路上串联有第二整流二极管（4）和用于对直流比例进行调节的分流模块；
所述分流模块包括两条并联的支路，一支路上串接有阻值为R 1的第一分流电阻（5）；
另一支路上串接有阻值为R 2的第二分流电阻（6）以及阻值为Z L的可调电抗器（7），可通过调节可调电抗器（7）阻值的大小，完成对负半波电流中直流比例的调节，该支路上还串接有被测电流传感器（8）和标准电流传感器（9）。
2.根据权利要求1所述的一种电流传感器抗直流性能检测装置，其特征在于：所述被测电流传感器（8）串接可调负荷箱（10）接入数字式互感器检验仪（11）被测通道；所述标准电流传感器（9）的输出端接入数字式互感器检验仪（11）标准通道。
3.根据权利要求1所述的一种电流传感器抗直流性能检测装置，其特征在于：所述被测电流传感器（8）为一二次融合电流传感器或抗直流电流互感器。
4.根据权利要求1所述的一种电流传感器抗直流性能检测装置，其特征在于：所述标准电流传感器（9）为抗直流标准电流传感器或交直流标准电流互感器。
5.一种采用如权利要求1所述检测装置进行电流传感器抗直流性能检测的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、调节可调负荷箱（10）至被测电流传感器（8）额定负荷，并按标准电流传感器（9）和被测电流传感器（8）额定参数进行数字式互感器检验仪（11）参数的基本参数，启动数字式互感器检验仪（11）；
步骤二、调节升流器（1）输出以调节半波电流的峰值，调节半波电流峰值在被测电流传感器（8）额定值附近；
步骤三、选择第一分流电阻（5）与第二分流电阻（6）阻值参数相等，通过可调电抗器（7）的参数，选择直流比例的大小，并计算出具体直流比例大小及工频交流幅值大小；
步骤四、通过数字式互感器检验仪（11）读取此时的被测电流传感器（8）和标准电流传感器（9）比差角差数值以及工频交流大小；
步骤五、重复步骤三至步骤四，调节不同直流比例，完成不同直流比例下电流传感器抗直流性能的检测；
步骤六、缓慢调节升流器（1）至输出降为零，并关闭数字式互感器检验仪（11）及升流器（1）电源。
6.根据权利要求5所述的一种电流传感器抗直流性能检测方法，其特征在于：步骤四中，被测电流传感器（8）输出端串入标准电阻R 0进行采样，标准电流传感器（9）的输出端同样串入标准电阻R ’ 0进行采样。
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