CN111487576A - 基于直接测量法的微型电流互感器测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于直接测量法的微型电流互感器测量装置，包括程控大功率电子源、内置CT标准的升流器、信号采样模块和装置控制模块；程控大功率电子源与升流器、装置控制模块连接，信号采样模块与升流器、装置控制模块连接；本发明提供了一种测量过程简单快捷，装置体积小巧，方便移动的基于直接测量法的微型电流互感器测量装置。

Description

基于直接测量法的微型电流互感器测量装置

技术领域

本发明涉及互感器测量技术领域，更具体的说，它涉及基于直接测量法的微型电流互感器测量装置。

背景技术

相对于普通电流互感器，现在行业上专门用于微型电流互感器的测试装置较少，鉴于此背景，本发明定位为一种专门测量微型电流互感器的误差数据的互感器测量装置，且目前市面上的微型互感器测量装置都采用测差法测量误差数据，装置体积庞大，接线复杂，现场测试不太方便。

具体目前国内传统的微型电流互感器的测量采用的都是测差法测量的，即在进行测量互感器时，将被检互感器二次接负荷，与同变比的标准互感器进行比较，由升流器给二者提供一次电流，并将二者的二次差流信号输入校验仪，由校验仪测出被检互感器相对于标准互感器的误差，这种测量方法需要同变比的标准互感器和负荷箱，装置体积庞大，且接线复杂，在现场鉴定互感器时很不方便。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种测量过程简单快捷，装置体积小巧，方便移动的基于直接测量法的微型电流互感器测量装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

基于直接测量法的微型电流互感器测量装置，包括程控大功率电子源、内置CT标准的升流器、信号采样模块和装置控制模块；程控大功率电子源与升流器、装置控制模块连接，信号采样模块与升流器、装置控制模块连接；

内置CT标准的升流器包括变压器、CT标准的互感器组件、二次切换互感器模块、被测互感器和负载切换模块；CT标准的互感器组件与变压器、被测互感器、二次切换互感器模块连接，被测互感器和负载切换模块连接；变压器与程控大功率电子源连接，负载切换模块、二次切换互感器模块与信号采样模块连接；

信号采样模块包括电流采样模块、程控放大器和AD采样模块；电流采样模块包括两个，其分别与负载切换模块、二次切换互感器模块连接；程控放大器和电流采样模块、AD采样模块连接；AD采样模块与装置控制模块连接。

进一步的，装置控制模块包括系统控制模块和液晶显示模块；系统控制模块和液晶显示模块连接，系统控制模块与AD采样模块、程控大功率电子源连接。

进一步的，程控大功率电子源与系统控制模块的具体连接电路包括芯片U1、芯片U2、芯片U3、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C11、极性电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、极性电容C16；芯片U1采用数模转换芯片，芯片U2采用可控精密稳压源，芯片U3采用精密放大器；具体连接如下：

芯片U1的1号引脚与芯片U3的2号引脚连接，芯片U1的2号引脚与芯片U3的3号引脚一起接地，芯片U1的20号引脚与芯片U3的6号引脚连接，且该端作为输出0V至6.25V的输出端；芯片U3的4号引脚与电容C13的一端一起接-15V电压，电容C13的另一端接地，芯片U3的7号引脚与电容C14的一端一起接15V电压，电容C14的另一端接地；芯片U1的3号引脚接数字地；

芯片U1的18号引脚与电容C15的一端、极性电容C16的正极连接，且一起与VCC电压连接；电容C15的另一端、极性电容C16的负极一起接数字地；

芯片U1的19号引脚与电阻R11的一端、电阻R12的一端、芯片U2的2号引脚、电容C11的一端、极性电容C12的负极连接，且接入的电压为-6.25V；电阻R11的另一端接-15V电压，电阻R12的另一端与电阻R13的一端、芯片U3的1号引脚连接；电阻R13的另一端、芯片U3的3号引脚、电容C11的另一端、极性电容C12的正极一起接地。

进一步的，二次切换互感器模块与信号采样模块连接的电路包括开关S1、开光S2、开关S3、芯片U4、芯片U5、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电阻R21、电阻R22、二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管D24；芯片U4、芯片U5采用精密放大器，开关S1、开光S2控制二次切换互感器模块的电流输入信号的切换，开关S3控制信号采样模块的采样信号的选择；具体连接电路如下：

开关S1的5号引脚与开关S2的5号引脚连接，开关S1的1号引脚与开关S2的1号引脚连接；开关S1的6号引脚、3号引脚之间连接二极管D21、二极管D22，且二极管D21、二极管D22两者并联，但两者的方向相反；开关S1的6号引脚、3号引脚分别与芯片U4的3号引脚、2号引脚连接，芯片U4的3号引脚与电容C21的一端一起接模拟地，电容C21的另一端与芯片U4的4号引脚连接，芯片U4的2号引脚与电阻R21的一端连接，电阻R21的另一端与芯片U4的6号引脚一起与开关S3的1号引脚连接，芯片U4的7号引脚与电容C22的一端连接，电容C22的另一端接模拟地；

开关S1的4号引脚、2号引脚之间连接二极管D23、二极管D24，且二极管D23、二极管D24两者并联，但两者的方向相反；开关S1的4号引脚、2号引脚分别与芯片U5的1号引脚、2号引脚连接；U5的1号引脚与电容C23的一端一起接模拟地，电容C23的另一端与芯片U5的3号引脚、4号引脚连接；芯片U5的2号引脚与芯片U5的6号引脚一起与开关S3的3号引脚连接；芯片U5的5号引脚与电容C24的一端连接，电容C24的另一端接模拟地。

进一步的，微型电流互感器的误差数据，可直接测量被测互感器的二次电流I_X0、相位δ_x1，CT标准的互感器的二次电流I_X2、相位&_x2，已知CT标准的互感器的变比为N，被测互感器的额定一次电流I_N1和二次电流I_N2，根据数据可得出一次电流I_X1、被测互感器的比差f和角差δ，具体的公式如下：

I_X1＝I_X0×N 公式(1)

δ＝δ_x1-δ_x2 公式(2)

f＝(I_X2–((I_X1/I_N1)×I_N2))/((I_X1/I_N1)×I_N2)×100％ 公式(3)。

本发明相比现有技术优点在于：

1，本发明首次采用直测法测量误差数据的装置，相较于目前市面上采用测差法的基于直接测量法的微型电流互感器测量装置，本方案测量过程简单快捷，装置体积小巧，方便移动。

2，本发明在进行测量互感器时，由升流器给被测互感器和标准互感器的一次送电流，并同时测量两者的二次电流，并根据标准互感器反推出一次电流的大小及相位，这样便直接得到了被测互感器的一次电流和二次电流以及两者的相位差，经过计算后就直接得到了互感器的误差数据；相比于测差法，直测法的显著特点是标准互感器不需要与被测互感器同变比，可使用同一个标准互感器测量对应量程内不同规格的被测互感器，这样的特点使得本方案的装置相较于采用传统测差法的微型电流互感器鉴定装置，体积小巧轻便，方便移动，现场接线方便。

3，本发明在升流器中使用变压器缩小程控大功率电子源的输出电压。此时同等直流控制信号条件下，通过选择不同的变压器挡位，程控大功率电子源的输出电压比正常的输出电压缩小10倍或50倍，自然根据需要也可以选择跳过变压器直通，以此可以输出较高精度的低额定一次电流。

4，本发明程控大功率电子源与系统控制模块的具体连接电路和二次切换互感器模块与信号采样模块连接的电路，极大的缩小了整体的电路设计的复杂度，并且实现有效的复用，和高效的检测。

附图说明

图1为本发明简化后的工作示意图；

图2为本发明的结构原理图；

图3为本发明的程控大功率电子源与系统控制模块的连接电路图；

图4为本发明的程控大功率电子源输出接变压器示意图；

图5为本发明的CT标准的互感器组件与升流器配合连接示意图；

图6为本发明的被测二次电流采样电路示意图；

图7为本发明的直测法的回路示意图。

具体实施方式

下面具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示，基于直接测量法的微型电流互感器测量装置的简化后的工作示意图，本方案采用直接测量法分别同步测量CT标准电流互感器二次和被检互感器二次的幅值和相位，从而计算出被检互感器的比差和角差。程控大功率电子源采用带参考信号源程控大功率电子源，设定好被检参数后，一键测量所有需要的数据。其中上下文中未做特殊说明的模块、电路，都采用常规的设计和市场上可买的产品即可。

如图7所示，在进行测量互感器时，由升流器给被测互感器和标准互感器的一次送电流，并同时测量两者的二次电流，并根据标准互感器反推出一次电流的大小及相位，这样便直接得到了被测互感器的一次电流和二次电流以及两者的相位差，经过计算后就直接得到了互感器的误差数据；相比于测差法，直测法的显著特点是标准互感器不需要与被测互感器同变比，可使用同一个标准互感器测量对应量程内不同规格的被测互感器，这样的特点使得本方案的装置相较于采用传统测差法的微型电流互感器鉴定装置，体积小巧轻便，方便移动，现场接线方便。

具体的如图2所示，基于直接测量法的微型电流互感器测量装置包括程控大功率电子源、内置CT标准的升流器、信号采样模块和装置控制模块。程控大功率电子源与升流器、装置控制模块连接，信号采样模块与升流器、装置控制模块连接。

内置CT标准的升流器包括变压器、CT标准的互感器组件、二次切换互感器模块、被测互感器和负载切换模块；CT标准的互感器组件与变压器、被测互感器、二次切换互感器模块连接，被测互感器和负载切换模块连接；变压器与程控大功率电子源连接，负载切换模块、二次切换互感器模块与信号采样模块连接。

信号采样模块包括电流采样模块、程控放大器和AD采样模块；电流采样模块包括两个，其分别与负载切换模块、二次切换互感器模块连接；程控放大器和电流采样模块、AD采样模块连接；AD采样模块与装置控制模块连接。

装置控制模块包括系统控制模块和液晶显示模块；系统控制模块和液晶显示模块连接，系统控制模块与AD采样模块、程控大功率电子源连接。

为了满足不同规格的微型电流互感器的测试，需要输出0.01～200A的电流，由于输出电流范围比较宽，且最大输出电流达到200A，所以选取3KV的程控大功率电子源进行驱动升流器。程控大功率电子源采用6.25V的交流信号作为基准，采用最高6.25V的直流信号控制其输出信号幅值；其直流控制信号采用高速MCU控制的高精度DAC数模转换器产生；其交流信号则由FPGA控制的高精度DAC数模转换器产生。程控大功率电子源输出电压后经由升流器，升到相应的检测用的一次电流，但在测量低额定点(1％、5％)时，程控大功率电子源输出的电压占满量程的比例较小，此时输出的一次电流精度较差，为了提高低额定点时输出的一次电流的精度，需要在电子源电压输出精度可控的情况下将输出电压进一步缩小，因此本方案在升流器中使用变压器缩小程控大功率电子源的输出电压。此时同等直流控制信号条件下，通过选择不同的变压器挡位，程控大功率电子源的输出电压比正常的输出电压缩小10倍或50倍，自然根据需要也可以选择跳过变压器直通，以此可以输出较高精度的低额定一次电流。

具体的如图3所示，直流控制信号采用高速MCU控制的高精度DAC数模转换器产生中，程控大功率电子源与系统控制模块的具体连接电路包括芯片U1、芯片U2、芯片U3、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C11、极性电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、极性电容C16；芯片U1采用数模转换芯片，芯片U2采用可控精密稳压源，芯片U3采用精密放大器，具体连接如下：

芯片U1的1号引脚与芯片U3的2号引脚连接，芯片U1的2号引脚与芯片U3的3号引脚一起接地，芯片U1的20号引脚与芯片U3的6号引脚连接，且该端作为输出0V至6.25V的输出端；芯片U3的4号引脚与电容C13的一端一起接-15V电压，电容C13的另一端接地，芯片U3的7号引脚与电容C14的一端一起接15V电压，电容C14的另一端接地；芯片U1的3号引脚接数字地。

芯片U1的18号引脚与电容C15的一端、极性电容C16的正极连接，且一起与VCC电压连接；电容C15的另一端、极性电容C16的负极一起接数字地；

芯片U1的19号引脚与电阻R11的一端、电阻R12的一端、芯片U2的2号引脚、电容C11的一端、极性电容C12的负极连接，且接入的电压为-6.25V。电阻R11的另一端接-15V电压，电阻R12的另一端与电阻R13的一端、芯片U3的1号引脚连接；电阻R13的另一端、芯片U3的3号引脚、电容C11的另一端、极性电容C12的正极一起接地。

如图4所示，通过不同比例的电感比例以及开关的选择不同的联通长度，以达到输出高精度的低额定一次电流。

如图5所示，采用不同挡位规格的高精度微型电流互感器作为CT标准互感器组件，可以通过控制开关自动切换不同挡位的升流器接头和不同规格的CT标准互感器组件的组合，达到测量不同规格的被测互感器的作用。被测互感器与标准互感器的二次电流分别流入由精密放大器和高精度低温漂电阻组成的零负载电流采样电路，转换成电压信号后经由高精度的24位ADC模块进行采样，并且可根据二次采样电流的大小自动切换由不同电流采样电阻和运放组成的不同的零负载电路进行电流采样。

具体的，二次切换互感器模块与信号采样模块连接的电路包括开关S1、开光S2、开关S3、芯片U4、芯片U5、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电阻R21、电阻R22、二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管D24；芯片U4、芯片U5采用精密放大器，开关S1、开光S2控制二次切换互感器模块的电流输入信号的切换，开关S3控制信号采样模块的采样信号的选择。具体连接电路如下：

开关S1的5号引脚与开关S2的5号引脚连接，开关S1的1号引脚与开关S2的1号引脚连接；开关S1的6号引脚、3号引脚之间连接二极管D21、二极管D22，且二极管D21、二极管D22两者并联，但两者的方向相反；开关S1的6号引脚、3号引脚分别与芯片U4的3号引脚、2号引脚连接，芯片U4的3号引脚与电容C21的一端一起接模拟地，电容C21的另一端与芯片U4的4号引脚连接，芯片U4的2号引脚与电阻R21的一端连接，电阻R21的另一端与芯片U4的6号引脚一起与开关S3的1号引脚连接，芯片U4的7号引脚与电容C22的一端连接，电容C22的另一端接模拟地。其中作为优选，在电容C21与芯片U4连接处可接入-15V电压，电容C22与芯片U4连接处可接入+15V电压。以便更好的进行数据信号采集。

开关S1的4号引脚、2号引脚之间连接二极管D23、二极管D24，且二极管D23、二极管D24两者并联，但两者的方向相反；开关S1的4号引脚、2号引脚分别与芯片U5的1号引脚、2号引脚连接；U5的1号引脚与电容C23的一端一起接模拟地，电容C23的另一端与芯片U5的3号引脚、4号引脚连接；芯片U5的2号引脚与芯片U5的6号引脚一起与开关S3的3号引脚连接；芯片U5的5号引脚与电容C24的一端连接，电容C24的另一端接模拟地。其中作为优选，在电容C23与芯片U5连接处可接入-15V电压，电容C24与芯片U5连接处可接入+15V电压。以便更好的进行数据信号采集。自然根据需要可以在开关S2上进行扩展与开关S1相同的设计电路图，或者进一步增加开关S4连接入开关S1、开关S2上。

由上述电路图测量微型电流互感器的误差数据，可直接测量被测互感器的二次电流I_X0、相位δ_x1，CT标准的互感器的二次电流I_X2、相位&_x2，已知CT标准的互感器的变比为N、被测互感器的额定一次电流I_N1和二次电流I_N2。根据数据可得出一次电流I_X1、被测互感器的比差f和角差δ，具体的公式如下：

I_X1＝I_X0×N 公式(1)

δ＝δ_x1-δ_x2 公式(2)

f＝(I_X2–((I_X1/I_N1)×I_N2))/((I_X1/I_N1)×I_N2)×100％ 公式(3)。

在不同的百分点下将被测互感器二次电流与标准互感器二次电流带入上式，便可得出各个百分点下的误差数据。

综上，本装置的具体测试步骤如下：

1、用户在装置控制模块的液晶显示模块中界面上输入相应的微型电流互感器参数，并点击开始测量。

2、系统根据设定参数计算出一次电流所需要升到的各个测试点的电流，并根据设定参数调节相应的负荷电阻。

3、系统先根据当前的测试点(从第一个点开始)电流切换升流器挡位和CT标准电流互感器组件。程控大功率电子源与升流器配合下将电流提升到对应测试点的电流。

4、系统会根据二次电流大小自动切换合适的二次电流采样电路，并自动测量出CT标准互感器组件和被测互感器的二次电流幅值和相位，之后根据此测量到的数据计算出被测互感器的误差数据。当前测试点测量完成后，系统将会自动升流到下一个测量点并测量该点的误差数据，直到全部测试点都测量完成。其中当测试点为1％和5％时，该点测试完成后电流会回到零位切换变压器挡位，当测试点大于5％时，当前测试点测试完成后电流将直接升到下一个测试点电流，不会回零，当所有必测点测试完成后，输出电流回到零位，之后切换升流器挡位和CT标准互感器组件，然后输出一次电流会升到用户自己设定的扩展测试百分点，并测量数据，最后全部测试完成后，电流回到零位。

6、测试数据由主控板实时上发给上位机软件显示在用户操作界面上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims (5)

1.基于直接测量法的微型电流互感器测量装置，其特征在于，包括程控大功率电子源、内置CT标准的升流器、信号采样模块和装置控制模块；程控大功率电子源与升流器、装置控制模块连接，信号采样模块与升流器、装置控制模块连接；

内置CT标准的升流器包括变压器、CT标准的互感器组件、二次切换互感器模块、被测互感器和负载切换模块；CT标准的互感器组件与变压器、被测互感器、二次切换互感器模块连接，被测互感器和负载切换模块连接；变压器与程控大功率电子源连接，负载切换模块、二次切换互感器模块与信号采样模块连接；

信号采样模块包括电流采样模块、程控放大器和AD采样模块；电流采样模块包括两个，其分别与负载切换模块、二次切换互感器模块连接；程控放大器和电流采样模块、AD采样模块连接；AD采样模块与装置控制模块连接。

2.根据权利要求1所述的基于直接测量法的微型电流互感器测量装置，其特征在于：装置控制模块包括系统控制模块和液晶显示模块；系统控制模块和液晶显示模块连接，系统控制模块与AD采样模块、程控大功率电子源连接。

3.根据权利要求2所述的基于直接测量法的微型电流互感器测量装置，其特征在于：程控大功率电子源与系统控制模块的具体连接电路包括芯片U1、芯片U2、芯片U3、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C11、极性电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、极性电容C16；芯片U1采用数模转换芯片，芯片U2采用可控精密稳压源，芯片U3采用精密放大器；具体连接如下：

芯片U1的1号引脚与芯片U3的2号引脚连接，芯片U1的2号引脚与芯片U3的3号引脚一起接地，芯片U1的20号引脚与芯片U3的6号引脚连接，且该端作为输出0V至6.25V的输出端；芯片U3的4号引脚与电容C13的一端一起接-15V电压，电容C13的另一端接地，芯片U3的7号引脚与电容C14的一端一起接15V电压，电容C14的另一端接地；芯片U1的3号引脚接数字地；

芯片U1的18号引脚与电容C15的一端、极性电容C16的正极连接，且一起与VCC电压连接；电容C15的另一端、极性电容C16的负极一起接数字地；

芯片U1的19号引脚与电阻R11的一端、电阻R12的一端、芯片U2的2号引脚、电容C11的一端、极性电容C12的负极连接，且接入的电压为-6.25V；电阻R11的另一端接-15V电压，电阻R12的另一端与电阻R13的一端、芯片U3的1号引脚连接；电阻R13的另一端、芯片U3的3号引脚、电容C11的另一端、极性电容C12的正极一起接地。

4.根据权利要求1所述的基于直接测量法的微型电流互感器测量装置，其特征在于：二次切换互感器模块与信号采样模块连接的电路包括开关S1、开光S2、开关S3、芯片U4、芯片U5、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电阻R21、电阻R22、二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管D24；芯片U4、芯片U5采用精密放大器，开关S1、开光S2控制二次切换互感器模块的电流输入信号的切换，开关S3控制信号采样模块的采样信号的选择；具体连接电路如下：

开关S1的5号引脚与开关S2的5号引脚连接，开关S1的1号引脚与开关S2的1号引脚连接；开关S1的6号引脚、3号引脚之间连接二极管D21、二极管D22，且二极管D21、二极管D22两者并联，但两者的方向相反；开关S1的6号引脚、3号引脚分别与芯片U4的3号引脚、2号引脚连接，芯片U4的3号引脚与电容C21的一端一起接模拟地，电容C21的另一端与芯片U4的4号引脚连接，芯片U4的2号引脚与电阻R21的一端连接，电阻R21的另一端与芯片U4的6号引脚一起与开关S3的1号引脚连接，芯片U4的7号引脚与电容C22的一端连接，电容C22的另一端接模拟地；

开关S1的4号引脚、2号引脚之间连接二极管D23、二极管D24，且二极管D23、二极管D24两者并联，但两者的方向相反；开关S1的4号引脚、2号引脚分别与芯片U5的1号引脚、2号引脚连接；U5的1号引脚与电容C23的一端一起接模拟地，电容C23的另一端与芯片U5的3号引脚、4号引脚连接；芯片U5的2号引脚与芯片U5的6号引脚一起与开关S3的3号引脚连接；芯片U5的5号引脚与电容C24的一端连接，电容C24的另一端接模拟地。

5.根据权利要求1所述的基于直接测量法的微型电流互感器测量装置，其特征在于：微型电流互感器的误差数据，可直接测量被测互感器的二次电流I_X0、相位δ_x1，CT标准的互感器的二次电流I_X2、相位&_x2，已知CT标准的互感器的变比为N，被测互感器的额定一次电流I_N1和二次电流I_N2，根据数据可得出一次电流I_X1、被测互感器的比差f和角差δ，具体的公式如下：

I_X1＝I_X0×N 公式(1)

δ＝δ_x1-δ_x2 公式(2)

f＝(I_X2–((I_X1/I_N1)×I_N2))/((I_X1/I_N1)×I_N2)×100％ 公式(3)。

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