CN113093083A - 一种用于对直流工程直流场用电流互感器暂态性能测试的方法及系统 - Google Patents
一种用于对直流工程直流场用电流互感器暂态性能测试的方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于对直流工程直流场用电流互感器暂态性能测试的方法及系统，包括：建立测试回路；波形控制器根据测试要求设置暂态故障电流波形，并向故障电流发生器发出包括暂态故障电流波形的控制指令；故障电流发生器根据控制指令，产生测试所需的暂态故障电流，暂态故障电流输入被测试电流互感器以及标准分流器；标准分流器的标准输出以及被测试电流互感器的被测输出输入二次转换装置；二次转换装置同步检测标准分流器的标准输出和被测试电流互感器的被测输出，将标准输出和被测输出的量限统一后输入互感器校验仪；互感器校验仪对标准输出和被测输出进行采样录波，基于标准波形数据以及被测波形数据的差异测试被测试电流互感器的暂态性能。
Description
技术领域
本发明涉及高电压绝缘设备技术领域，更具体地，涉及一种用于对直流工程直流场用电流互感器暂态性能测试的方法及系统。
背景技术
直流工程直流场中使用的电磁式电流互感器(CT)通常为P级或PR级，多用在冲击电容器、避雷器以及直流滤波器的低压侧支路中，作为极差动保护、中性母线差动保护和双极中性母线差动保护的输入量之一。由于直流输电工程具有系统庞大、可分期建设、供应商较多的特点，通常会出现一个直流工程中使用多个厂家供货不同类型CT的情况，致使直流差动保护两端配置不同CT。而直流差动保护动作延时短，对CT的暂态特性要求更为严格，若保护两端CT的暂态特性不一致，就可能引起保护的误动作。此外中性母线冲击电容器回路的电磁式CT在回路中流过直流分量时，也可能会饱和，从而造成测量异常最终导致中性母线差动保护非正确作。
直流场电磁式CT的电流暂态过程均发生在直流系统故障的情况下，但由于直流系统的故障特点以及故障位置的不同，使得流过CT的暂态电流波形、幅值及持续时间各不相同、随机性大且无成熟的数学模型可以描述。目前，直流工程中各类直流CT暂态特性的考核方法主要是采用阶跃源产生所需的暂态试验电流，这种方式与实际流过直流场电磁式CT的暂态电流波形有较大差异，无法全面反映暂态电流的细节信息。由此可见，现有的高压试验手段均无法全面模拟特高压直流工程运行中出现的实际故障电流。
对于交流电网用电磁式CT的暂态特性试验通常是采用短路发电机的方式来模拟系统短路故障，以产生暂态试验大电流。该电流包含了一个按指数衰减的直流分量和一个工频稳态分量，但是直流场电磁式CT的电压等级、一次电流大小及暂态持续时间均远小于交流电网用CT，且波形特征相差较多，致使交流电网用CT的暂态特性测试方法无法借鉴到直流场合。
通过以上分析可知：现有的直流场用电磁式CT的暂态性能验证方法均存在一定不足，因此有必要针对该技术问题开展创新性研究，提出更加有效、简单、可靠和经济的方式。
发明内容
本发明技术方案提供一种用于对直流工程直流场用电流互感器暂态性能测试的方法及系统，以解决如何对直流工程直流场用电流互感器暂态性能进行测试的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于对直流工程直流场用电流互感器暂态性能测试的方法，所述方法包括：
建立测试回路，所述测试回路包括依次连接的：波形控制器、故障电流发生器、被测试电流互感器、标准分流器、二次转换装置以及互感器校验仪；
所述波形控制器根据测试要求设置暂态故障电流波形，并向所述故障电流发生器发出包括所述暂态故障电流波形的控制指令；
所述故障电流发生器根据接收到的所述控制指令，产生测试所需的暂态故障电流，所述暂态故障电流输入所述被测试电流互感器以及标准分流器；
标准分流器的标准输出以及所述被测试电流互感器的被测输出输入所述二次转换装置；所述二次转换装置同步检测标准分流器的标准输出和所述被测试电流互感器的被测输出，将所述标准输出和所述被测输出的量限统一后输入所述互感器校验仪；
所述互感器校验仪对经过量限统一的所述标准输出和所述被测输出进行采样录波，获取标准波形数据以及被测波形数据；基于所述标准波形数据以及所述被测波形数据的差异测试所述被测试电流互感器的暂态性能。
优选地，还包括：所述波形控制器与所述故障电流发生器进行双向串行通信；所述波形控制器通过接收所述故障电流发生器的回路电压以及回路电流，对所述故障电流发生器的工作状态进行监测。
优选地，所述故障电流发生器包括故障波形数据库模块，用于存储测试用的暂态故障电流波形。
优选地，所述故障电流发生器包括驱动模块和故障电流发生电路；
所述故障电流发生电路包括4只绝缘门双级晶体管IGBT构成的H桥型逆变电路；
所述驱动模块生成脉冲宽度调制信号PWM，通过所述脉冲宽度调制信号PWM控制4只所述绝缘门双级晶体管IGBT的开关或闭合，所述脉冲宽度调制信号PWM基于滞环比较方式生成。
优选地，所述绝缘门双级晶体管IGBT通过等安匝方式输出一次大电流，所述一次大电流输入所述被测试电流互感器以及所述标准分流器。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种用于对直流工程直流场用电流互感器暂态性能测试的系统，所述系统包括依次连接的：波形控制器、故障电流发生器、被测试电流互感器、标准分流器、二次转换装置以及互感器校验仪；
所述波形控制器根据测试要求设置暂态故障电流波形，并向所述故障电流发生器发出包括所述暂态故障电流波形的控制指令；
所述故障电流发生器根据接收到的所述控制指令，产生测试所需的暂态故障电流，所述暂态故障电流输入所述被测试电流互感器以及标准分流器；
标准分流器的标准输出以及所述被测试电流互感器的被测输出输入所述二次转换装置；所述二次转换装置同步检测标准分流器的标准输出和所述被测试电流互感器的被测输出，将所述标准输出和所述被测输出的量限统一后输入所述互感器校验仪；
所述互感器校验仪对经过量限统一的所述标准输出和所述被测输出进行采样录波，获取标准波形数据以及被测波形数据；基于所述标准波形数据以及所述被测波形数据的差异测试所述被测试电流互感器的暂态性能。
优选地，还包括：所述波形控制器与所述故障电流发生器进行双向串行通信；所述波形控制器通过接收所述故障电流发生器的回路电压以及回路电流，对所述故障电流发生器的工作状态进行监测。
优选地，所述故障电流发生器包括故障波形数据库模块，用于存储测试用的暂态故障电流波形。
优选地，所述故障电流发生器包括驱动模块和故障电流发生电路；
所述故障电流发生电路包括4只绝缘门双级晶体管IGBT构成的H桥型逆变电路；
所述驱动模块生成脉冲宽度调制信号PWM，通过所述脉冲宽度调制信号PWM控制4只所述绝缘门双级晶体管IGBT的开关或闭合，所述脉冲宽度调制信号PWM基于滞环比较方式生成。
优选地，所述绝缘门双级晶体管IGBT通过等安匝方式输出一次大电流，所述一次大电流输入所述被测试电流互感器以及所述标准分流器。
本发明技术方案提供一种直流工程直流场用电磁式电流互感器暂态性能测试方法及系统，通过模拟特高压直流工程运行中电磁式CT测点处出现的实际故障电流，实现对直流工程直流场用电磁式CT暂态性能的有效验证，为直流差动保护的优化方向提供参考依据。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明优选实施方式的一种用于对直流工程直流场用电流互感器暂态性能测试的方法流程图；
图2为根据本发明优选实施方式的一种用于对直流工程直流场用电流互感器暂态性能测试的系统测试回路示意图；
图3为根据本发明优选实施方式的故障电流发生器的工作原理示意图；
图4为根据本发明优选实施方式的滞环比较控制原理示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明优选实施方式的一种用于对直流工程直流场用电流互感器暂态性能测试的方法流程图。本发明提供一种直流工程直流场用电磁式电流互感器暂态特性测试方法，通过故障电流发生器产生暂态试验电流，经由导线将被测试电流互感器和标准分流器串接在同一回路中，将两者的输出进行采样录波和分析计算，获取被测试电流互感器的暂态性能。
如图1所示，本发明提供一种用于对直流工程直流场用电流互感器暂态性能测试的方法，方法包括：
步骤101：建立测试回路，测试回路包括依次连接的：波形控制器、故障电流发生器、被测试电流互感器、标准分流器、二次转换装置以及互感器校验仪。如图2所示，本发明的试验回路主要包括：波形控制器、故障电流发生器、二次转换装置、互感器校验仪、标准分流器和被测试电流互感器。图2中1为波形控制器；2为故障电流发生器；3为被测试电流互感器；4为标准分流器；5为二次转换装置；6为互感器校验仪。
步骤102：波形控制器根据测试要求设置暂态故障电流波形，并向故障电流发生器发出包括暂态故障电流波形的控制指令；优选地，还包括：波形控制器与故障电流发生器进行双向串行通信；波形控制器通过接收故障电流发生器的回路电压以及回路电流，对故障电流发生器的工作状态进行监测。本发明的波形控制器用于监测和控制故障电流发生器的工作状态。依据试验要求设置暂态故障电流波形，发出控制命令，控制故障电流发生器的运行或停止，同时接收故障电流发生器的回路电压、回路电流等信息，对故障电流发生器的工作状态进行监测。
步骤103：故障电流发生器根据接收到的控制指令，产生测试所需的暂态故障电流，暂态故障电流输入被测试电流互感器以及标准分流器；优选地，故障电流发生器包括故障波形数据库模块，用于存储测试用的暂态故障电流波形。
优选地，故障电流发生器包括驱动模块和故障电流发生电路；
故障电流发生电路包括4只绝缘门双级晶体管IGBT构成的H桥型逆变电路；
驱动模块生成脉冲宽度调制信号PWM，通过脉冲宽度调制信号PWM控制4只绝缘门双级晶体管IGBT的开关或闭合，脉冲宽度调制信号PWM基于滞环比较方式生成。
优选地，绝缘门双级晶体管IGBT通过等安匝方式输出一次大电流，一次大电流输入被测试电流互感器以及标准分流器。
图3为根据本发明优选实施方式的故障电流发生器的工作原理示意图。图3中7为接触器(KM)；8为单相IGBT全控桥逆变器；9为故障波形数据库模块；10为电流检测；11为驱动模块。
如图3所示，本发明的故障电流发生器依据波形控制器的命令进行工作，产生试验所需暂态故障电流。故障电流发生器主要包括故障波形数据库模块、故障电流发生电路和驱动模块。故障波形数据库模块用于存放试验所需的各类暂态故障电流波形，其中暂态故障电流波形可通过建立直流工程仿真模型，在模拟不同故障条件和故障区域下的条件下，仿真计算流过电磁式电流互感器的故障电流的手段获取或通过现场实测获取。
本发明的故障电流发生电路的核心部件为IGBT(绝缘门双级晶体管)单相逆变器，通过4只IGBT构成H桥型逆变电路，IGBT以PWM(脉冲宽度调制)控制方式工作，开关频率设置为20kHz。驱动模块用于产生PWM信号，控制IGBT的开合。PWM信号通过滞环比较方式产生，其原理如下图所示。如图4所示，本发明将指令电流i*和逆变器的输出电流i的差值(即i*-i)作为具有滞环特性比较器的输入，通过环宽2ΔI滞环比较器输出PWM信号，控制逆变器中四个功率开关器件的通断。考虑到滞环环宽对电流跟踪高性能有较大的影响，建议ΔI控制在指令电流峰值的1％以内。逆变器的四个开关器件依次轮番循环工作，输出电流i将在电流i*+ΔI和i*-ΔI间的范围内，并呈现锯齿状地跟踪指令电流i*。其中，指令电流i*为暂态试验所需的暂态故障电流，从故障波形数据库模块中直接调用送入驱动模块。逆变器的输出电流i通过高精度电流传感器检测，并经采样数字化后送入驱动模块。
考虑到IGBT容量有限，输出电流不能太大，为满足暂态试验要求，采用等安匝方式，使单匝较小暂态故障电流通过该方式产生等效的一次大电流，作为施加于被测试电流互感器一次侧的暂态试验电流。由安培环路定理及磁路基本定律可知：绕在磁路上的线圈匝数与线圈电流的乘积等于磁路中的磁场强度与磁路的线积分，因此可用多匝小电流缠绕的方式实现单匝大电流的磁场效应。回路中用软导线在被测试电流互感器的铁心上沿圆周方向均匀绕制n匝线圈，此时通过被测试电流互感器一次侧的电流将为回路电流的n倍。
步骤104：标准分流器的标准输出以及被测试电流互感器的被测输出输入二次转换装置；二次转换装置同步检测标准分流器的标准输出和被测试电流互感器的被测输出，将标准输出和被测输出的量限统一后输入互感器校验仪。
本发明的标准分流器用于暂态特性试验的参考标准，采用同轴结构，其残余电感较小，具有良好的暂态性能。标准分流器与被测试电流互感器串接在同一试验回路中，两者的输出接入二次转换装置。
步骤105：互感器校验仪对经过量限统一的标准输出和被测输出进行采样录波，获取标准波形数据以及被测波形数据；基于标准波形数据以及被测波形数据的差异测试被测试电流互感器的暂态性能。
本发明的二次转换装置同步检测标准分流器的标准输出uS和被测试电流互感器的被测输出ux，将两者进行电压比值变换，统一两者的量限后送入互感器校验仪。互感器校验仪对两路信号采样录波后，进行波形数据比较及相似度计算，通过对比两者的差异来评价被测试电流互感器的暂态性能。
本发明提供了一种直流工程直流场用电磁式电流互感暂态性能测试方法，通过模拟实际运行中暂态故障电流的情况，可全面有效的评估该电流互感器的暂态特性，填补了现有暂态试验方法的不足。该方法通过波形重构和等安匝方法，实现多种故障电流波形输出，具有结构简单、经济性好等优点，有利于推广应用。
本发明采用波形重构方式获得单匝较小暂态故障电流，结合等安匝方式产生等效的一次大电流，作为暂态试验电流。本发明所需的暂态故障电流波形可通过模型仿真计算得到或现场实测得到，存放于故障波形数据库模块。本发明的IGBT驱动模块调用波形数据库模块中的暂态故障电流波形作为指令电流，通过滞环比较方式产生PWM信号，控制单相逆变器IGBT的开合，实现多种暂态故障电流的输出。
本发明通过模拟实际运行中暂态故障电流的情况，可全面有效的评估该电流互感器的暂态特性。其测试回路主要包括：波形控制器、故障电流发生器、标准分流器、被测试电流互感器、二次转换装置和互感器校验仪。故障电流发生器、标准分流器和被测试电流互感器通过软导线依次串接在试验回路中，其中软导线在被测试电流互感器的铁心上沿圆周方向均匀绕制一定匝数的线圈。
本发明的波形控制器与故障电流发生器实现双向串行通信。波形控制器依据试验要求设置暂态故障电流波形后，向故障电流发生器发出合闸和波形选取命令。同时接受故障电流发生器发送的回路的电压、电流等信息，实现对故障电流发生器运行状态的监测。
本发明的故障电流发生器包括接触器(KM)、单相IGBT全控桥逆变器、故障波形数据库模块、电流检测模块和驱动模块。故障电流发生器接受到合闸信号后，合上接触器(KM)，使单相IGBT全控桥逆变器投入工作。电流电压检测模块检测出单相IGBT全控桥逆变器的输出电流i和输出电压Uld，并经采样数字化后送入波形控制器和驱动模块。故障波形数据库模块根据接受的波形选取命令，输出相应的暂态故障电流波形送入驱动模块。驱动模块通过滞环比较方式产生PWM信号，控制单相IGBT全控桥逆变器中四个IGBT的开合，产生试验所需暂态试验电流。
本发明的标准分流器和被测试电流互感器的输出信号接入二次转换装置进行电压比值变换，统一量限后，送入互感器校验仪。
本发明的互感器校验仪对送入的两路信号进行采样录波和分析计算，通过对比两者的差异来评估被测试电流互感器的暂态性能。
图2为根据本发明优选实施方式的一种用于对直流工程直流场用电流互感器暂态性能测试的系统测试回路示意图。如图2所示，本发明提供一种用于对直流工程直流场用电流互感器暂态性能测试的系统，系统包括依次连接的：波形控制器、故障电流发生器、被测试电流互感器、标准分流器、二次转换装置以及互感器校验仪；如图2所示，本发明的试验回路主要包括：波形控制器、故障电流发生器、二次转换装置、互感器校验仪、标准分流器和被测试电流互感器。图2中1为波形控制器；2为故障电流发生器；3为被测试电流互感器；4为标准分流器；5为二次转换装置；6为互感器校验仪。
波形控制器根据测试要求设置暂态故障电流波形，并向故障电流发生器发出包括暂态故障电流波形的控制指令。优选地，还包括：波形控制器与故障电流发生器进行双向串行通信；波形控制器通过接收故障电流发生器的回路电压以及回路电流，对故障电流发生器的工作状态进行监测。
故障电流发生器根据接收到的控制指令，产生测试所需的暂态故障电流，暂态故障电流输入被测试电流互感器以及标准分流器；优选地，故障电流发生器包括故障波形数据库模块，用于存储测试用的暂态故障电流波形。
优选地，故障电流发生器包括驱动模块和故障电流发生电路；
故障电流发生电路包括4只绝缘门双级晶体管IGBT构成的H桥型逆变电路；
驱动模块生成脉冲宽度调制信号PWM，通过脉冲宽度调制信号PWM控制4只绝缘门双级晶体管IGBT的开关或闭合，脉冲宽度调制信号PWM基于滞环比较方式生成。
优选地，绝缘门双级晶体管IGBT通过等安匝方式输出一次大电流，一次大电流输入被测试电流互感器以及标准分流器。
标准分流器的标准输出以及被测试电流互感器的被测输出输入二次转换装置；二次转换装置同步检测标准分流器的标准输出和被测试电流互感器的被测输出，将标准输出和被测输出的量限统一后输入互感器校验仪；
互感器校验仪对经过量限统一的标准输出和被测输出进行采样录波，获取标准波形数据以及被测波形数据；基于标准波形数据以及被测波形数据的差异测试被测试电流互感器的暂态性能。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (10)
1.一种用于对直流工程直流场用电流互感器暂态性能测试的方法，所述方法包括：
建立测试回路，所述测试回路包括依次连接的：波形控制器、故障电流发生器、被测试电流互感器、标准分流器、二次转换装置以及互感器校验仪；
所述波形控制器根据测试要求设置暂态故障电流波形，并向所述故障电流发生器发出包括所述暂态故障电流波形的控制指令；
所述故障电流发生器根据接收到的所述控制指令，产生测试所需的暂态故障电流，所述暂态故障电流输入所述被测试电流互感器以及标准分流器；
标准分流器的标准输出以及所述被测试电流互感器的被测输出输入所述二次转换装置；所述二次转换装置同步检测标准分流器的标准输出和所述被测试电流互感器的被测输出，将所述标准输出和所述被测输出的量限统一后输入所述互感器校验仪；
所述互感器校验仪对经过量限统一的所述标准输出和所述被测输出进行采样录波，获取标准波形数据以及被测波形数据；基于所述标准波形数据以及所述被测波形数据的差异测试所述被测试电流互感器的暂态性能。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：所述波形控制器与所述故障电流发生器进行双向串行通信；所述波形控制器通过接收所述故障电流发生器的回路电压以及回路电流，对所述故障电流发生器的工作状态进行监测。
3.根据权利要求1所述的方法，所述故障电流发生器包括故障波形数据库模块，用于存储测试用的暂态故障电流波形。
4.根据权利要求1所述的方法，所述故障电流发生器包括驱动模块和故障电流发生电路；
所述故障电流发生电路包括4只绝缘门双级晶体管IGBT构成的H桥型逆变电路；
所述驱动模块生成脉冲宽度调制信号PWM，通过所述脉冲宽度调制信号PWM控制4只所述绝缘门双级晶体管IGBT的开关或闭合，所述脉冲宽度调制信号PWM基于滞环比较方式生成。
5.根据权利要求4所述的方法，所述绝缘门双级晶体管IGBT通过等安匝方式输出一次大电流，所述一次大电流输入所述被测试电流互感器以及所述标准分流器。
6.一种用于对直流工程直流场用电流互感器暂态性能测试的系统，所述系统包括依次连接的：波形控制器、故障电流发生器、被测试电流互感器、标准分流器、二次转换装置以及互感器校验仪；
所述波形控制器根据测试要求设置暂态故障电流波形，并向所述故障电流发生器发出包括所述暂态故障电流波形的控制指令；
所述故障电流发生器根据接收到的所述控制指令，产生测试所需的暂态故障电流，所述暂态故障电流输入所述被测试电流互感器以及标准分流器；
标准分流器的标准输出以及所述被测试电流互感器的被测输出输入所述二次转换装置；所述二次转换装置同步检测标准分流器的标准输出和所述被测试电流互感器的被测输出，将所述标准输出和所述被测输出的量限统一后输入所述互感器校验仪；
所述互感器校验仪对经过量限统一的所述标准输出和所述被测输出进行采样录波，获取标准波形数据以及被测波形数据；基于所述标准波形数据以及所述被测波形数据的差异测试所述被测试电流互感器的暂态性能。
7.根据权利要求6所述的系统，还包括：所述波形控制器与所述故障电流发生器进行双向串行通信；所述波形控制器通过接收所述故障电流发生器的回路电压以及回路电流，对所述故障电流发生器的工作状态进行监测。
8.根据权利要求6所述的系统，所述故障电流发生器包括故障波形数据库模块，用于存储测试用的暂态故障电流波形。
9.根据权利要求6所述的系统，所述故障电流发生器包括驱动模块和故障电流发生电路；
所述故障电流发生电路包括4只绝缘门双级晶体管IGBT构成的H桥型逆变电路；
所述驱动模块生成脉冲宽度调制信号PWM，通过所述脉冲宽度调制信号PWM控制4只所述绝缘门双级晶体管IGBT的开关或闭合，所述脉冲宽度调制信号PWM基于滞环比较方式生成。
10.根据权利要求9所述的系统，所述绝缘门双级晶体管IGBT通过等安匝方式输出一次大电流，所述一次大电流输入所述被测试电流互感器以及所述标准分流器。
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| CN202110312082.3A CN113093083A (zh) | 2021-03-24 | 2021-03-24 | 一种用于对直流工程直流场用电流互感器暂态性能测试的方法及系统 |
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| CN202110312082.3A Pending CN113093083A (zh) | 2021-03-24 | 2021-03-24 | 一种用于对直流工程直流场用电流互感器暂态性能测试的方法及系统 |
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|---|---|---|---|---|
| CN113640724A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-11-12 | 中国电力科学研究院有限公司武汉分院 | 一种三相带零序电流传感器复合误差测试方法和系统 |
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2021
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| CN113640724B (zh) * | 2021-07-15 | 2024-01-12 | 中国电力科学研究院有限公司武汉分院 | 一种三相带零序电流传感器复合误差测试方法和系统 |
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