CN113109753A - 一种用于电磁式电流互感器匝数补偿的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电磁式电流互感器匝数补偿的方法及系统，属于电力系统设备检测技术领域。本发明方法，包括：建立电磁式互感器匝数补偿模型；针对补偿模型，进行双铁芯式的匝数补偿电流波形仿真，获取二次电流波形数据；针对补偿模型，对补偿模型中辅助铁芯的补偿绕组匝数进行调整，并进行电流波形仿真，获取不同匝数的对比波形数据；针对补偿模型，调节补偿模型中补偿绕组的绕制方向，并进行电流波形仿真，确定绕制方向对补偿模型中主铁芯二次电流波形的影响数据；对电磁式电流互感器的匝数进行补偿。本发明用于判断合适的参数优化电磁式电流互感器准确度，能够使电力系统安全良好的运行。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统设备检测技术领域，并且更具体地，涉及一种用于电磁式电流互感器匝数补偿的方法及系统。
背景技术
电流互感器作为电力系统中计量电能器具之一，其准确度度直接影响了计量电能的准确性，随着国民经济的发展，电网规模不断地扩大，发电量急剧增加，电流互感器计量的精度就显得尤为重要，匝数补偿作为电流互感器常见的补偿方法，在电力系统中得到了广泛的应用。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种用于电磁式电流互感器匝数补偿的方法，包括：
建立电磁式互感器匝数补偿模型；
针对补偿模型，进行双铁芯式的匝数补偿电流波形仿真，获取二次电流波形数据；
针对补偿模型，对补偿模型中辅助铁芯的补偿绕组匝数进行调整，并进行电流波形仿真，获取不同匝数的对比波形数据；
针对补偿模型，调节补偿模型中补偿绕组的绕制方向，并进行电流波形仿真，确定绕制方向对补偿模型中主铁芯二次电流波形的影响数据；
根据二次波形数据、对比波形数据及影响数据，确定补偿绕组匝数及绕制方向对补偿模型的优化效果，选择优化效果最优时的补偿绕组匝数及绕制方向，对电磁式电流互感器的匝数进行补偿。
可选的，方法还包括：对补偿模型中的辅助铁芯的厚度，及辅助铁芯与主铁芯的距离进行调整，确定辅助铁芯的厚度及辅助铁芯与主铁芯的距离对主铁芯二次电流波形的结构影响数据；
结构影响数据用于确定结构影响数据对优化效果的影响。
可选的，补偿模型建立后，根据模型结构，确定调整数据，所述调整数据包括：辅助铁芯的厚度调整数据，匝数调整数据，与主铁芯的距离调整数据和绕制方向数据；
可选的，调整数据，用于对补偿模型进行电流波形仿真时，对辅助铁芯的厚度、匝数、与主铁芯的距离和绕制方向进行调整。
本发明还提出了一种用于电磁式电流互感器匝数补偿的系统，包括：
模型搭建单元，建立电磁式互感器匝数补偿模型；
第一仿真单元，针对补偿模型，进行双铁芯式的匝数补偿电流波形仿真，获取二次电流波形数据；
第二仿真单元，针对补偿模型，对补偿模型中辅助铁芯的补偿绕组匝数进行调整，并进行电流波形仿真，获取不同匝数的对比波形数据；
第三仿真单元，针对补偿模型，调节补偿模型中补偿绕组的绕制方向，并进行电流波形仿真，确定绕制方向对补偿模型中主铁芯二次电流波形的影响数据；
匝数补偿单元，根据二次波形数据、对比波形数据及影响数据，确定补偿绕组匝数及绕制方向对补偿模型的优化效果，选择优化效果最优时的补偿绕组匝数及绕制方向，对电磁式电流互感器的匝数进行补偿。
可选的，第二仿真单元：对补偿模型中的辅助铁芯的厚度，及辅助铁芯与主铁芯的距离进行调整，确定辅助铁芯的厚度及辅助铁芯与主铁芯的距离对主铁芯二次电流波形的结构影响数据；
结构影响数据用于确定结构影响数据对优化效果的影响。
可选的，模型搭建单元在补偿模型建立后，根据模型结构，确定调整数据，所述调整数据包括：辅助铁芯的厚度调整数据，匝数调整数据，与主铁芯的距离调整数据和绕制方向数据；
可选的，调整数据，用于对补偿模型进行电流波形仿真时，对辅助铁芯的厚度、匝数、与主铁芯的距离和绕制方向进行调整。
本发明以匝数补偿为依据，通过不同的几何参数对互感器的电流波形的影响，进而判断合适的参数优化电磁式电流互感器准确度，能够使电力系统安全良好的运行。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明方法的补偿模型的电路图；
图3为本发明方法的补偿模型的结构图；
图4为本发明实施例的仿真案例1的电流关系图；
图5为本发明实施例的仿真案例3的电流关系图；
图6为本发明实施例的仿真案例5的电流关系图；
图7为本发明实施例的仿真案例6的电流关系图；
图8为本发明实施例的仿真案例7的电流关系图；
图9为本发明实施例的仿真案例8的电流关系图；
图10为本发明实施例的仿真案例10的电流关系图；
图11为本发明系统的结构图。
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。
本发明提出了一种用于电磁式电流互感器匝数补偿的方法，如图1所示，包括：
建立电磁式互感器匝数补偿模型；
针对补偿模型，进行双铁芯式的匝数补偿电流波形仿真，获取二次电流波形数据；
针对补偿模型，对补偿模型中辅助铁芯的补偿绕组匝数进行调整，并进行电流波形仿真，获取不同匝数的对比波形数据；
针对补偿模型，调节补偿模型中补偿绕组的绕制方向，并进行电流波形仿真，确定绕制方向对补偿模型中主铁芯二次电流波形的影响数据；
根据二次波形数据、对比波形数据及影响数据，确定补偿绕组匝数及绕制方向对补偿模型的优化效果，选择优化效果最优时的补偿绕组匝数及绕制方向，对电磁式电流互感器的匝数进行补偿。
对补偿模型中的辅助铁芯的厚度，及辅助铁芯与主铁芯的距离进行调整，确定辅助铁芯的厚度及辅助铁芯与主铁芯的距离对主铁芯二次电流波形的结构影响数据；
结构影响数据用于确定结构影响数据对优化效果的影响。
其中，补偿模型建立后，根据模型结构，确定调整数据，所述调整数据包括：辅助铁芯的厚度调整数据，匝数调整数据，与主铁芯的距离调整数据和绕制方向数据；
其中，调整数据，用于对补偿模型进行电流波形仿真时，对辅助铁芯的厚度、匝数、与主铁芯的距离和绕制方向进行调整。
下面结合实施例对本发明进行进一步的说明：
步骤1：为电磁式电流互感器匝数补偿设计优建立理论模型；
步骤2：针对模型进行双铁芯式的匝数补偿电流传感器的电流波形仿真；
步骤3：再对辅助铁芯的厚度、两个铁芯的距离、以及辅助铁芯的匝数变化引起的电流传感器电流波形进行比较；
步骤4：调节补偿绕组的绕制方向，观察对电流传感器主铁芯二次电流波形的影响；
步骤5：综合判断辅助铁芯的几何结构和匝数对电流传感器的优化效果。
模型电路如图2所示，结构如图3所示，辅助铁心B二次绕组严格绕制N匝并向主铁心引出线，引出的线在主铁心上严格绕制2匝(补偿绕组)。主铁心二次绕组为50匝。
首先分析辅助铁心电流互感器电流：I1*1＝I3*N+I02*1，忽略励磁电流影响I2电流和I1电流成比例传递，也就是I1*1＝I3*N，其中I3就是辅助铁心的二次电流。
而在主铁心绕组中，安匝平衡的关系变为：I1*1＝I2*50+I01*1+I3*2。实质上相当于一次电流由I1及I3共同提供，当然I3的方向决定了其等效增加或者降低一次电流，若忽略励磁电流且I3是等效减少一次电流的则有：I1*1＝I3*N,I1-I3*2＝I2*50。即I2*50＝(1-2/N)*I1。
采用这种双铁心结构，通过辅助铁心B上绕制的绕组，与主铁心A上辅助绕组串联，实现了对主铁心A励磁电流的补偿，主铁心的励磁电流不再全部由自身的一次绕组电流提供，使得主铁心A上绕制的计量绕组有更高准确度、更宽范围的输出，从图3可以看出，这样就有两个铁心，这两个铁心的厚度可以有所区别，也就是铁心B的截面积更小，那么相同的电流，它更容易饱和。改变铁心B的厚度，以及改变B上的线圈匝数和铁心A与铁心B的距离来进行额定电流250A以及1％额定电流2.5A对比仿真，进而研究电流互感器的误差变化。
根据模型确定的需要改变的参数列表，如表1所示：
表1
在步骤3中：两个的铁芯距离变化以及辅助铁芯厚度对电流波形几乎无影响。随着辅助铁心匝数的变大，互感器的测量准确度越高。
在步骤4中：辅助线圈绕制的方向对电流波形有较大的影响，当辅助绕组正向绕制，主铁芯二次电流比差为负；当辅助绕组反向绕制，主铁芯二次电流比差为正。
首先仿真一次电流2.5A，两铁芯距离为1mm情况下不同参数的情况，如表2所示：
表2
| 仿真案例 | 辅助铁芯B的厚度 | 铁芯B的匝数 | 补偿绕组的方向 | I<sub>2</sub>*50/I<sub>1</sub> |
| 1 | 主铁芯A的1/2 | 20 | 正 | 0.8986 |
| 2 | 主铁芯A的1/4 | 20 | 正 | 0.8994 |
| 3 | 主铁芯A的1/4 | 50 | 正 | 0.9583 |
| 4 | 主铁芯A的1/2 | 50 | 正 | 0.9583 |
| 5 | 主铁芯A的1/2 | 100 | 正 | 0.9784 |
| 6 | 主铁芯A的1/2 | 100 | 反 | 1.0184 |
由步骤1中的分析可知，当铁芯B匝数分别为20，50，100时，补偿绕组方向为正向时，I2*50/I1比值理论上应分别是0.8/0.96/0.98,当匝数为100时，补偿绕组方向为反向时，I2*50/I1比值理论上应分别是1.02,误差是由于励磁电流的存在。
上表可知，I2*50/I1的数值主要取决于铁芯B的上的二次绕组匝数，随着辅助铁心匝数的变大，互感器的测量准确度越高。而辅助铁芯厚度实际上影响非常小，几乎可以忽略不计。而补偿绕组的方向的影响已从原理上分析。
如图4、5、6和7所示，分别为仿真案例1，3，5，6的电流关系图。案例1与案例2，案例3与案例4类似。
其次仿真一次电流250A，两铁芯距离为1mm情况下不同参数的情况，如表3所示：
表3
| 仿真案例 | 辅助铁芯B的厚度 | 铁芯B的匝数 | 补偿绕组的方向 | I<sub>2</sub>*50/I<sub>1</sub> |
| 7 | 主铁芯A的1/2 | 100 | 正 | 0.9763 |
| 8 | 主铁芯A的1/2 | 100 | 反 | 1.0161 |
| 9 | 主铁芯A的1/4 | 20 | 正 | 0.9027 |
| 10 | 主铁芯A的1/2 | 20 | 正 | 0.8974 |
上表可知，I2*50/I1的数值主要取决于铁芯B的上的二次绕组匝数，随着辅助铁心匝数的变大，互感器的测量准确度越高。而辅助铁芯厚度实际上影响非常小，几乎可以忽略不计。
如图9、10和11所示，分别为为仿真案例7，8，10的电流关系图。案例9与案例10类似。
同时仿真可得，改变两铁芯距离，电流几乎没有任何变化。
综合分析仿真结果可得以下结论：
主铁心补偿绕组的匝数固定为2匝，随着辅助铁心匝数的变大，互感器的测量准确度越高。
0.5厚度与0.25厚度误差很接近，为了减小互感器的厚度和考虑经济性，应该优先考虑0.25厚度的铁心。
补偿绕组反向，则比差为正。
改变两铁芯距离，电流几乎没有任何变化。
可以发现上述4种特点对于100％与1％额定电流是一样的。同时也可以发现，经过匝数补偿后，在1％和100％的额定电流下，互感器的准确度非常接近，几乎没有变化。
本发明以匝数补偿为依据，通过不同的几何参数对互感器的电流波形的影响，进而判断合适的参数优化电磁式电流互感器准确度，能够使电力系统安全良好的运行。
本发明通过有限元分析软件仿真取得电磁式电流互感器的相关参数对比，为电力系统优化电磁式电流互感器准确度提高了一种有效技术方法。
本发明适用于电力系统电流互感器准确度优化提高，可以为电力系统的安全运行提供安全保障。
本发明还提出了一种用于电磁式电流互感器匝数补偿的系统200，如图11所示，包括：
模型搭建单元201，建立电磁式互感器匝数补偿模型；
第一仿真单元202，针对补偿模型，进行双铁芯式的匝数补偿电流波形仿真，获取二次电流波形数据；
对补偿模型中的辅助铁芯的厚度，及辅助铁芯与主铁芯的距离进行调整，确定辅助铁芯的厚度及辅助铁芯与主铁芯的距离对主铁芯二次电流波形的结构影响数据；
结构影响数据用于确定结构影响数据对优化效果的影响；
第二仿真单元203，针对补偿模型，对补偿模型中辅助铁芯的补偿绕组匝数进行调整，并进行电流波形仿真，获取不同匝数的对比波形数据；
第三仿真单元204，针对补偿模型，调节补偿模型中补偿绕组的绕制方向，并进行电流波形仿真，确定绕制方向对补偿模型中主铁芯二次电流波形的影响数据；
匝数补偿单元205，根据二次波形数据、对比波形数据及影响数据，确定补偿绕组匝数及绕制方向对补偿模型的优化效果，选择优化效果最优时的补偿绕组匝数及绕制方向，对电磁式电流互感器的匝数进行补偿。
其中，模型搭建单元在补偿模型建立后，根据模型结构，确定调整数据，所述调整数据包括：辅助铁芯的厚度调整数据，匝数调整数据，与主铁芯的距离调整数据和绕制方向数据；
其中，调整数据，用于对补偿模型进行电流波形仿真时，对辅助铁芯的厚度、匝数、与主铁芯的距离和绕制方向进行调整。
本发明以匝数补偿为依据，通过不同的几何参数对互感器的电流波形的影响，进而判断合适的参数优化电磁式电流互感器准确度，能够使电力系统安全良好的运行。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种用于电磁式电流互感器匝数补偿的方法，所述方法包括：
建立电磁式互感器匝数补偿模型；
针对补偿模型，进行双铁芯式的匝数补偿电流波形仿真，获取二次电流波形数据；
针对补偿模型，对补偿模型中辅助铁芯的补偿绕组匝数进行调整，并进行电流波形仿真，获取不同匝数的对比波形数据；
针对补偿模型，调节补偿模型中补偿绕组的绕制方向，并进行电流波形仿真，确定绕制方向对补偿模型中主铁芯二次电流波形的影响数据；
根据二次波形数据、对比波形数据及影响数据，确定补偿绕组匝数及绕制方向对补偿模型的优化效果，选择优化效果最优时的补偿绕组匝数及绕制方向，对电磁式电流互感器的匝数进行补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：对补偿模型中的辅助铁芯的厚度，及辅助铁芯与主铁芯的距离进行调整，确定辅助铁芯的厚度及辅助铁芯与主铁芯的距离对主铁芯二次电流波形的结构影响数据；
所述结构影响数据用于确定结构影响数据对优化效果的影响。
3.根据权利要求1所述的方法，所述补偿模型建立后，根据模型结构，确定调整数据，所述调整数据包括：辅助铁芯的厚度调整数据，匝数调整数据，与主铁芯的距离调整数据和绕制方向数据；
4.根据权利要求3所述的方法，所述调整数据，用于对补偿模型进行电流波形仿真时，对辅助铁芯的厚度、匝数、与主铁芯的距离和绕制方向进行调整。
5.一种用于电磁式电流互感器匝数补偿的系统，所述系统包括：
模型搭建单元，建立电磁式互感器匝数补偿模型；
第一仿真单元，针对补偿模型，进行双铁芯式的匝数补偿电流波形仿真，获取二次电流波形数据；
第二仿真单元，针对补偿模型，对补偿模型中辅助铁芯的补偿绕组匝数进行调整，并进行电流波形仿真，获取不同匝数的对比波形数据；
第三仿真单元，针对补偿模型，调节补偿模型中补偿绕组的绕制方向，并进行电流波形仿真，确定绕制方向对补偿模型中主铁芯二次电流波形的影响数据；
匝数补偿单元，根据二次波形数据、对比波形数据及影响数据，确定补偿绕组匝数及绕制方向对补偿模型的优化效果，选择优化效果最优时的补偿绕组匝数及绕制方向，对电磁式电流互感器的匝数进行补偿。
6.根据权利要求5所述的系统，所述第二仿真单元：对补偿模型中的辅助铁芯的厚度，及辅助铁芯与主铁芯的距离进行调整，确定辅助铁芯的厚度及辅助铁芯与主铁芯的距离对主铁芯二次电流波形的结构影响数据；
所述结构影响数据用于确定结构影响数据对优化效果的影响。
7.根据权利要求5所述的系统，所述模型搭建单元在补偿模型建立后，根据模型结构，确定调整数据，所述调整数据包括：辅助铁芯的厚度调整数据，匝数调整数据，与主铁芯的距离调整数据和绕制方向数据；
8.根据权利要求7所述的系统，所述调整数据，用于对补偿模型进行电流波形仿真时，对辅助铁芯的厚度、匝数、与主铁芯的距离和绕制方向进行调整。
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| 石禹金: "影响互感器误差因素及其补偿方式", 《农业机械化与电气化》, pages 41 - 42 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113466526A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-10-01 | 河北工业大学 | 剩余电流传感器电路及断路器 |
| CN113466526B (zh) * | 2021-07-27 | 2022-07-26 | 河北工业大学 | 剩余电流传感器电路及断路器 |
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