CN112904260B - 一种直流分压器两级校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流分压器两级校准方法，属于计量技术领域，根据分压器高压臂的总阻值、高压臂的总电容值、线路阻抗、二次分压阻抗以及分压器的分压比，计算分压器低压臂的电阻值和电容值，并根据所述电阻值和电容值设计低压臂，且所述电阻值的精度达到设定标准，以该低压臂为标准低压臂，实现一级校准；检测标准低压臂输出的模拟量信号，确定所述模拟量信号对应的数字量信号，设置配置系数，使所述数字量信号调整为分压器额定数字量输出，实现二级校准。解决现有技术中存在的直流分压器调试方法复杂、调试工作效率低的问题。

Description

一种直流分压器两级校准方法

技术领域

本发明涉及一种直流分压器两级校准方法，属于计量技术领域。

背景技术

目前直流工程中应用的电压互感器均为阻容分压器原理，输出模拟量信号到保护和测控装置。在工程应用中，现有的直流分压器主要包括高压臂、低压臂以及相应的数字量处理单元，低压臂的输出端通过电缆连接数字量处理单元，故低压臂和数字量处理单元之间存在一定的线路阻抗，该数字量处理单元中设置有二次分压阻抗，该二次分压阻抗的端电压为低压臂的模拟量输出，数字量处理单元将该模拟量输出转换为数字量，实现分压器的数字量输出。

但是，由于高压臂选用兆欧级电阻，工艺制作误差、屏蔽电缆长度阻抗变化及二次分压参数误差等，导致在产品出厂调试时需反复更改低压臂匹配电阻参数，使调试工作效率低，且易造成电路板损坏。

同时当直流分压器低压臂回路发生故障时，工作人员在现场进行断电更换后，需要现场结合高压臂回路进行准确度调试和标定，维护时间长且操作复杂。

因此，亟需一种直流分压器的校准方法，以解决现有技术中直流分压器调试方法复杂、调试工作效率低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直流分压器两级校准方法，解决现有技术中存在的直流分压器调试方法复杂、调试工作效率低的问题。

本发明采用如下技术方案：一种直流分压器两级校准方法，所述两级校准方法包括如下步骤：

1)根据分压器高压臂的总阻值、高压臂的总电容值、线路阻抗、二次分压阻抗以及分压器的分压比，计算分压器低压臂的电阻值和电容值，并根据所述电阻值和电容值设计低压臂，且所述电阻值的精度达到设定标准，以该低压臂为标准低压臂，实现一级校准；

2)检测标准低压臂输出的模拟量信号，确定所述模拟量信号对应的数字量信号，设置配置系数，使所述数字量信号调整为分压器额定数字量输出，实现二级校准。

本发明通过对分压器中阻抗、容抗与分压比等参数的匹配计算，通过选取达到设定标准的电阻，设计对应于高压臂的标准低压臂，实现了一级校准，然后，通过数字量逻辑运算和配置系数对低压臂输出的模拟量信号进行校准，实现额定输入对应额定输出，实现二次校准，整体实现了分压器高精度、高效率调试和现场快速维护。

进一步的，所述步骤1)中通过以下方程计算低压臂电阻值和电容值：

所述步骤1)中通过以下方程计算低压臂电阻值和电容值：

其中，R_x为低压臂的电阻值，C_x为为低压臂的电容值，R_n/2为高压臂的总电阻值，C_n/n为高压臂的总电容值，R_n为高压臂中每个电阻的电阻值，C_n为高压臂中每个电容的电容值，Z_低压臂为低压臂的总电抗值，Z_高压臂为高压臂的总电抗值，Z_n为二次分压阻抗，Z_L为线路阻抗，U_O为分压器额定输出电压，U_i为分压器额定输入电压。

进一步的，所述步骤2)中计算配置系数的方法为：

D1·K2＝D；

所述D1为标准低压臂输出的模拟量信号对应的数字量信号，K2为配置系数，D为分压器额定数字量输出。

进一步的，所述步骤2)中还包括记录所述配置系数，在发生异常更换设备后，直接根据记录的配置系数调整输出。

进一步的，所述设定标准为精度为0.02％，所述电阻采用铂电阻。

附图说明

图1是本发明校准方法实施例中的方法原理图；

图2是本发明校准方法具体应用实施例1中的分压器结构图；

图3是本发明校准方法具体应用实施例2中的分压器结构图。

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详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，本发明中的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

校准方法实施例：

本实施例以常规的直流分压器组成原理为例，如图2所示，本实施例中直流分压器包括分压器和数字量处理单元两部分。

分压器中包括高压臂和低压臂，其中高压臂由n级分压单元构成，电阻选用兆欧级厚膜电阻，每级分压单元由电阻R_n和电容C_n并联组成，那么，高压臂总阻值为n×R_n/2，总电容为C_n/n。

数字量处理单元中包括二次分压阻抗、A/D转换单元和数字量运算模块等，用于对分压器输出的模拟量进行二次分压后转换为数字量信号，具有数字量运算、存储和配置等功能。

如图2所示，本实施例中，分压器的输出端通过电缆连接数字量处理单元，那么，在分压器与数字量处理单元之间的连接线路上会存在相应的电缆阻抗。

本实施例中针对上述直流分压器，设计了一种两级校准方法，如图1所示，该方法的具体过程如下：

步骤1)：根据分压器高压臂的总阻值、高压臂的总电容值、线路阻抗、二次分压阻抗以及分压器的分压比，计算分压器低压臂的电阻值和电容值，并根据所述电阻值和电容值设计低压臂，且所述电阻值的精度达到设定标准，以该低压臂作为标准低压臂，实现一级校准。

本实施例中，每一级分压单元由电阻R_n和C_n并联组成，其中R₁＝R₂＝···R_n；C₁＝C₂＝···C_n；则高压臂总阻值为n×R_n/2，总容值为C_n/n，两者为并联关系，总阻抗Z_高压臂为：

选用精度为0.02％的铂电阻，为保证高低压臂频率响应特性，即时间常数相等，直流分压器低压臂臂参数R_x和C_x应满足：

同时，为满足在不同电压等级U_i(额定值)下，直流分压器模拟量输出为U₀(额定值)，需通过R_x和C_x参数匹配保证分压比，其中低压臂总阻抗为Z_低压臂＝Rx/(1+jwR_X·C_x)。

设电阻阻抗为Z_L和二次分压板阻抗为Z_n为已知量，则R_x和C_x应满足：

基于公式(2)和公式(3)，可求得R_x和C_x，实现不同额定一次电压U_i下直流分压器模拟量输出为U_O，即通过计算得到的低压臂的参数，设计标准化低压臂，实现一级校准。

步骤2)：检测标准低压臂输出的模拟量信号，确定所述模拟量信号对应的数字量信号，设置配置系数，使所述数字量信号调整为分压器额定数字量输出，实现二级校准。

数字量处理单元根据高压臂参数设置，配置二次分压阻抗Z_n实现模拟量的检测，同时经过AD转换和数字量运算转换为数字量信号，并通过设计配置系数实现直流分压器输出额定数字量为标准值，即实现二级校准。

由直流分压器正常工作情况下为直流一次电压，故设直流分压器额定数字量为D(常数)，经过低压臂标准化设计实现一级校准配置后，假设此时直流分压器输出模拟量U₀＇(与实际设计值U_O存在误差)，经过二次分压转换为数字量D1，则需要在数字量处理单元内通过配置系数K2实现对数字量的运算调整，即

D1·K2＝D (4)

因此，通过公式(4)可实现直流分压器在不同额定一次电压和误差因素下输出为额定值，满足信号传输精度要求。

针对上述方法，在进行出厂调试时，通过上述过程设计标准低压臂，并进行设置，同时，计算得到配置系数后，对该配置系数进行存档记录。在现场如发生低压臂回路故障或损坏时，直接更换该标准低压臂电路板即可；若数字量处理单元发生故障，在更换装置后将存档记录的系数K2配置后即可实现整机精度无变化，维护操作简单，周期短，提高维护效率。

作为其他实施方式，本实施例并不局限于上述高压臂中各电容、电阻值相等的情况，对于高压臂中，电容值、电阻值也可以不相等，只要能够计算得到总的电抗值，并通过相应公式的计算得到标准低压臂所需的电抗值，根据需求选择对应的电阻、电容，并进行合理连接即可。

校准方法具体应用实施例1：

如图2所示，±500kV直流分压器采用10级分压单元，经过标准化低压臂分压后输出定值U₀的模拟信号，经电缆传输到数字量处理单元完成二次分压，经过AD转换和数字量逻辑运算后输出数字信号到保护测控装置。针对分压单元电阻误差值、不同长度电缆Z_L及二次分压阻抗Z_n，通过调试工具对数字量运算进行参数配置，即配置参数为K2可实现整机精度满足0.2％。

校准方法具体应用实施例2：

如图3所示，±200kV直流分压器采用5级分压单元，经过标准化低压臂分压后输出定值U₀的模拟信号，经电缆传输到数字量处理单元完成二次分压，经过AD转换和数字量逻辑运算后输出数字信号到保护测控装置。针对分压单元电阻误差值、不同长度电缆Z_L及二次分压阻抗Z_n，通过调试工具对数字量运算进行参数配置，即配置参数为K2可实现整机精度满足0.2％。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种直流分压器两级校准方法，其特征在于，所述两级校准方法包括如下步骤：

1)根据分压器高压臂的总阻值、高压臂的总电容值、线路阻抗、二次分压阻抗以及分压器的分压比，计算分压器低压臂的电阻值和电容值，并根据所述电阻值和电容值设计低压臂，且所述电阻值的精度达到设定标准，以该低压臂为标准低压臂，实现一级校准；所述步骤1)中通过以下方程计算低压臂电阻值和电容值：

其中，R_x为低压臂的电阻值，C_x为为低压臂的电容值，n×R_n/2为高压臂的总电阻值，C_n/n为高压臂的总电容值，R_n为高压臂中每个电阻的电阻值，C_n为高压臂中每个电容的电容值，Z_低压臂为低压臂的总电抗值，Z_高压臂为高压臂的总电抗值，Z_n为二次分压阻抗，Z_L为线路阻抗，U_O为分压器额定输出电压，U_i为分压器额定输入电压；

2)检测标准低压臂输出的模拟量信号，确定所述模拟量信号对应的数字量信号，设置配置系数，使所述数字量信号调整为分压器额定数字量输出，实现二级校准；所述步骤2)中计算配置系数的方法为：

D1·K2＝D；

所述D1为标准低压臂输出的模拟量信号对应的数字量信号，K2为配置系数，D为分压器额定数字量输出。

2.根据权利要求1所述的直流分压器两级校准方法，其特征在于，所述步骤2)中还包括记录所述配置系数，在发生异常更换设备后，直接根据记录的配置系数调整输出。

3.根据权利要求1所述的直流分压器两级校准方法，其特征在于，所述设定标准为精度为0.02％，所述电阻采用铂电阻。