CN114660526A - 一二次融合配电设备内置互感器自动校验的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一二次融合配电设备内置互感器自动校验的装置和方法，包括电源模块、人机交互界面、高性能工业计算机和模拟信号处理模块，其中电源模块分别连接人机交互界面、高性能工业计算机和模拟信号处理模块，人机交互界面连接高性能工业计算机，高性能工业计算机连接模拟信号处理模块用于控制模拟信号处理模块进行工作，模拟信号处理模块连接被测一二次融合设备。本发明能够同时完成三相电子传感器、三相电磁式互感器和三相电磁式互感器电子式传感器混合使用的一二次融合设备准确度实验的装置，能够大幅提升到货验收实验工作效率。电磁式互感器和电子式传感器准确度试验可兼容，减少了试验设备种类。
Description
技术领域
本发明属于电气控制领域，尤其是一二次融合配电设备内置互感器自动校验的装置和方法。
背景技术
2019年国网设备【90】号文《配电网设备标准化定制提升工作方案》中明确要求：“十四五”期间，逐年增加标准化设备应用比例，至2024年，新增设备中应用比例大于90%以上，提升标准化定制设备质量管控水平，加大到货验收及抽检力度。其中一二次融合配电设备即属于文中规定的标准化定制设备，可见其“十四五”期间一二次融合配电设备将持续大量应用于配电网中，针对该设备的入网专业检测、到货验收检测需求量巨大。
一二次融合配电设备内置传感器是该设备的信号采集源头，该传感器的准确度直接影响后续保护判断功能、功率测量功能和遥测功能等。现有互感器校验仪只能针对传统电磁式互感器进行校验测试，测试功能单一，应用场景受限，测试结果需人工记录。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一二次融合配电设备内置互感器自动校验的装置和方法，能够同时完成三相电压传感器，三相电流传感器和零序电压电流传感器准确度试验，同时具备电磁式互感器准确度试验功能，能够实时绘制迷你输入信号波形图，同时适用于电磁式互感器和电子式互感器的准确度校验。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种适用于一二次融合配电设备内置互感器准确度自动校验的装置，包括电源模块、人机交互界面、工业计算机和模拟信号处理模块，所述电源模块分别连接人机交互界面、工业计算机和模拟信号处理模块，用于对人机交互界面、工业计算机和模拟信号处理模块进行供电，人机交互界面连接工业计算机，用于工业计算机的数据输入以及结果显示，工业计算机连接模拟信号处理模块用于控制模拟信号处理模块进行工作。
而且，所述模拟信号处理模块包括：电磁式电压检测部分、电磁式电流检测部分和电子式传感器检测部分，其中电磁式电压检测部分通过高精度微型电压互感器，按比例输出小电流信号，通过电阻采样后，用运算放大器处理信号，运算放大器输出信号传入模数转换器ADC；电磁式电流检测部分通过高精度微型电流互感器，按比例输出小电流信号，通过电阻采样后，用运算放大器处理信号，运算放大器输出信号传入模数转换器ADC；电子式传感器检测部分对来自电子式传感器的模拟信号用运算放大器处理，运算放大器输出信号传入模数转换器ADC。
而且，所述电磁式电压检测部分包括电压互感器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、第一运算放大器和模数转换器ADC，电压互感器的一次侧连接电磁式电压输入，并且在一次侧串接电阻R5，电压互感器的二次侧的一端分别连接电阻R1的一端和电阻R2的一端，电压互感器的二次侧的另一端分别连接电阻R1的另一端和地线，电阻R2的另一端连接第一运算放大器的输入端，第一运算放大器的另一输入端分别连接接地电阻R3和电阻R4的一端，第一运算放大器的输出端分别连接电阻R4的另一端和模数转换器ADC；
所述电磁式电流检测部分包括电流互感器、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、第二运算放大器和模数转换器ADC，电流互感器的一次侧连接电磁式电流输入，电流互感器的二次侧的一端分别连接电阻R6的一端和电阻R8的一端，电流互感器的二次侧的另一端分别连接电阻R6的另一端和地线，电阻R8的另一端连接第二运算放大器的输入端，第二运算放大器的另一输入端分别连接接地电阻R7和电阻R9的一端，第二运算放大器的输出端分别连接电阻R9的另一端和模数转换器ADC；
所述电子式传感器检测部分包括电阻R10、电阻R11、第三运算放大器和模数转换器ADC，第三运算放大器的输入端连接电子式传感器输入，第三运算放大器的另一输入端分别连接接地电阻R10和电阻R11的一端，第三运算放大器的输出端分别连接电阻R11的另一端和模数转换器ADC。
一种一二次融合配电设备内置互感器准确度自动校验的装置的校验方法，包括三相电压传感器校验、三相电流传感器校验、零序电压传感器校验、零序电流传感器校验。
而且，所述三相电压传感器校验的具体实现方法为：标准电压互感器分别连接对应相升压器，升压器连接一二次融合设备，升压器为一二次融合设备提供高压源，标准电压互感器向自动校验装置输入标准电磁式输入信号，一二次融合设备的内置传感器二次输出信号接口连接电子式传感器检测部分的信号输入端口，按照一二次融合设备的检测点，调节升压器输出电压值，输出比差和角差数据结果。
而且，所述三相电流传感器校验的具体实现方法为：标准电流互感器分别连接对应相升流器，升流器连接一二次融合设备，升流器为一二次融合设备提供电流源，标准电流互感器向自动校验装置提供标准电磁式输入信号，一二次融合设备的内置传感器二次输出信号接口连接电子式传感器检测部分的信号输入端口，按照一二次融合设备的检测点，调节升流器输出电流值，输出比差和角差数据结果。
而且，所述零序电压传感器校验的具体实现方法为：升压器连接一二次融合设备，为一二次融合设备提供高压源，标准零序电压互感器向自动校验装置提供标准电磁式输入信号，一二次融合设备的内置零序电压传感器二次输出信号接口连接电子式传感器检测部分的信号输入端口，按照一二次融合设备的检测点，调节升压器输出电压值，输出比差和角差数据结果。
而且，所述零序电流传感器校验的具体实现方法为：升流器连接一二次融合设备，为一二次融合设备提供电流源，标准零序电流互感器向自动校验装置提供标准电磁式输入信号，一二次融合设备的内置零序电流传感器二次输出信号接口连接电子式传感器检测部分的信号输入端口，按照一二次融合设备的检测点，调节升流器输出电流值，输出比差和角差数据结果。
本发明的优点和积极效果是：
本发明包括电源模块、人机交互界面、高性能工业计算机和模拟信号处理模块，其中电源模块分别连接人机交互界面、高性能工业计算机和模拟信号处理模块，人机交互界面连接高性能工业计算机，高性能工业计算机连接模拟信号处理模块用于控制模拟信号处理模块进行工作，模拟信号处理模块连接被测一二次融合设备。本发明能够同时完成三相电子传感器、三相电磁式互感器和三相电磁式互感器电子式传感器混合使用的一二次融合设备准确度实验的装置，能够大幅提升到货验收实验工作效率。电磁式互感器和电子式传感器准确度试验可兼容，减少了试验设备种类。同时在人机交互界面增加了波形实时绘制功能，方便查阅试验过程中的系统工作状态，当被测设备出现异常时，可快速定位异常点，提升工作效率。
附图说明
图1为本发明装置的结构框图；
图2为本发明模拟信号处理模块的电路图；
图3为本发明三相电压传感器校验的结构图；
图4为本发明三相电流传感器校验的结构图；
图5为本发明零序电压传感器校验的结构图；
图6为本发明零序电流传感器校验的结构图；
图7为本发明成套化准确度校验的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详述。
一种适用于一二次融合配电设备内置互感器准确度自动校验的装置，如图1所示，包括电源模块、人机交互界面、高性能工业计算机和模拟信号处理模块，所述电源模块分别连接人机交互界面、高性能工业计算机和模拟信号处理模块，用于对人机交互界面、高性能工业计算机和模拟信号处理模块进行供电，人机交互界面连接高性能工业计算机，用于高性能工业计算机的数据输入以及结果显示，高性能工业计算机连接模拟信号处理模块用于控制模拟信号处理模块进行工作。
人机交互界面通过可触控LCD屏提供：测试设置输入、测试结果显示、测试波形显示和测试结果保存等功能。
高性能工业计算机为软件算法提供运行平台，自带标准以太网口，作为外部自动化控制接口。内置高性能FPGA控制模块，控制模拟信号处理模块运行。
电源模块包括有滤波器和开关电源，用于为自动校验装置提供稳定可靠纯净的电源。
如图2所示，模拟信号处理模块包括：电磁式电压检测部分、电磁式电流检测部分和电子式传感器检测部分，其中电磁式电压检测部分通过高精度微型电压互感器，按比例输出小电流信号，通过电阻采样后，用运算放大器处理信号，运算放大器输出信号传入24位模数转换器ADC。电磁式电压检测部分包括电压互感器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、第一运算放大器和模数转换器ADC，电压互感器的一次侧连接电磁式电压输入，并且在一次侧串接电阻R5，电压互感器的二次侧的一端分别连接电阻R1的一端和电阻R2的一端，电压互感器的二次侧的另一端分别连接电阻R1的另一端和地线，电阻R2的另一端连接第一运算放大器的输入端，第一运算放大器的另一输入端分别连接接地电阻R3和电阻R4的一端，第一运算放大器的输出端分别连接电阻R4的另一端和模数转换器ADC。
电磁式电流检测部分通过高精度微型电流互感器，按比例输出小电流信号，通过电阻采样后，用运算放大器处理信号，运算放大器输出信号传入24位模数转换器ADC。电磁式电流检测部分包括电流互感器、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、第二运算放大器和模数转换器ADC，电流互感器的一次侧连接电磁式电流输入，电流互感器的二次侧的一端分别连接电阻R6的一端和电阻R8的一端，电流互感器的二次侧的另一端分别连接电阻R6的另一端和地线，电阻R8的另一端连接第二运算放大器的输入端，第二运算放大器的另一输入端分别连接接地电阻R7和电阻R9的一端，第二运算放大器的输出端分别连接电阻R9的另一端和模数转换器ADC。
电子式传感器检测部分对来自电子式传感器的模拟信号用运算放大器处理，运算放大器输出信号传入24位模数转换器ADC。电子式传感器检测部分包括电阻R10、电阻R11、第三运算放大器和模数转换器ADC，第三运算放大器的输入端连接电子式传感器输入，第三运算放大器的另一输入端分别连接接地电阻R10和电阻R11的一端，第三运算放大器的输出端分别连接电阻R11的另一端和模数转换器ADC。
高性能工业计算机接收内部FPGA模块采集到的所有模拟输入通道的数据，通过软件解算，在人机交互界面显示输入信号的准确度信息，包括：检测点、比值误差、角度误差、模拟输入信号实际值、模拟输入信号频率等信息。同时绘制输入信号的波形图，能够通过波形图直观查阅当前输入信号状态，若实验过程中发生电压传感器放电，电流传感器开路，可通过波形直观判断，方便查找故障原因。
一种一二次融合配电设备内置互感器准确度自动校验的装置的校验方法，包括三相电压传感器校验、三相电流传感器校验、零序电压传感器校验、零序电流传感器校验。
如图3所示，三相电压传感器校验的具体实现方法为：标准电压互感器分别连接对应相升压器，升压器连接一二次融合设备，升压器为一二次融合设备提供高压源，标准电压互感器向自动校验装置输入标准电磁式输入信号，一二次融合设备的内置传感器二次输出信号接口连接电子式传感器检测部分的信号输入端口，按照一二次融合设备的检测点，调节升压器输出电压值，输出比差和角差数据结果，同时结果可保存到高性能工控机内部，方便后续查阅。
如图4所示，三相电流传感器校验的具体实现方法为：标准电流互感器分别连接对应相升流器，升流器连接一二次融合设备，升流器为一二次融合设备提供电流源，标准电流互感器向自动校验装置提供标准电磁式输入信号，一二次融合设备的内置传感器二次输出信号接口连接电子式传感器检测部分的信号输入端口，按照一二次融合设备的检测点，调节升流器输出电流值，输出比差和角差数据结果，同时结果可保存到高性能工控机内部，方便后续查阅。
如图5所示，零序电压传感器校验的具体实现方法为：升压器连接一二次融合设备，为一二次融合设备提供电压源，标准零序电压互感器向自动校验装置提供标准电磁式输入信号，一二次融合设备的内置电压传感器二次输出信号接口连接电子式传感器检测部分的信号输入端口，按照一二次融合设备的检测点，调节升压器输出电压值，输出比差和角差数据结果，同时结果可保存到高性能工控机内部，方便后续查阅。
如图6所示，零序电流传感器校验的具体实现方法为：升流器连接一二次融合设备，为一二次融合设备提供电流源，标准零序电流互感器向自动校验装置提供标准电磁式输入信号，一二次融合设备的内置电流传感器二次输出信号接口连接电子式传感器检测部分的信号输入端口，按照一二次融合设备的检测点，调节升流器输出电流值，输出比差和角差数据结果，同时结果可保存到高性能工控机内部，方便后续查阅。
如图7所示，自动校验装置通过ETH通讯与工业控制计算机双向连接，用于上传测量结果或接收控制命令，一二次融合设备通过IEC101/104通讯连接高性能工业计算机，将自身测量结果上传至工业控制计算机，高性能工业计算机通过ETH通讯连接高电压大电流发生装置，高电压大电流发生装置根据工业控制计算机发送的控制信号调节输出，为自动校验装置提供二次标准电压信号和二次标准电流信号，向一二次融合设备提供一次电压信号和一次电流信号，工业控制计算机作为成套化测试试验的控制中心，控制上述自动校验装置、一二次融合设备和高电压大电流发生装置协同工作。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一二次融合配电设备内置互感器自动校验的装置，其特征在于：包括电源模块、人机交互界面、工业计算机和模拟信号处理模块，所述电源模块分别连接人机交互界面、工业计算机和模拟信号处理模块，用于对人机交互界面、工业计算机和模拟信号处理模块进行供电，人机交互界面连接工业计算机，用于工业计算机的数据输入以及结果显示，工业计算机连接模拟信号处理模块用于控制模拟信号处理模块进行工作。
2.根据权利要求1所述的一二次融合配电设备内置互感器自动校验的装置，其特征在于：所述模拟信号处理模块包括：电磁式电压检测部分、电磁式电流检测部分和电子式传感器检测部分，其中电磁式电压检测部分通过高精度微型电压互感器，按比例输出小电流信号，通过电阻采样后，用运算放大器处理信号，运算放大器输出信号传入模数转换器ADC；电磁式电流检测部分通过高精度微型电流互感器，按比例输出小电流信号，通过电阻采样后，用运算放大器处理信号，运算放大器输出信号传入模数转换器ADC；电子式传感器检测部分对来自电子式传感器的模拟信号用运算放大器处理，运算放大器输出信号传入模数转换器ADC。
3.根据权利要求2所述的一二次融合配电设备内置互感器自动校验的装置，其特征在于：所述电磁式电压检测部分包括电压互感器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、第一运算放大器和模数转换器ADC，电压互感器的一次侧连接电磁式电压输入，并且在一次侧串接电阻R5，电压互感器的二次侧的一端分别连接电阻R1的一端和电阻R2的一端，电压互感器的二次侧的另一端分别连接电阻R1的另一端和地线，电阻R2的另一端连接第一运算放大器的输入端，第一运算放大器的另一输入端分别连接接地电阻R3和电阻R4的一端，第一运算放大器的输出端分别连接电阻R4的另一端和模数转换器ADC；
所述电磁式电流检测部分包括电流互感器、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、第二运算放大器和模数转换器ADC，电流互感器的一次侧连接电磁式电流输入，电流互感器的二次侧的一端分别连接电阻R6的一端和电阻R8的一端，电流互感器的二次侧的另一端分别连接电阻R6的另一端和地线，电阻R8的另一端连接第二运算放大器的输入端，第二运算放大器的另一输入端分别连接接地电阻R7和电阻R9的一端，第二运算放大器的输出端分别连接电阻R9的另一端和模数转换器ADC；
所述电子式传感器检测部分包括电阻R10、电阻R11、第三运算放大器和模数转换器ADC，第三运算放大器的输入端连接电子式传感器输入，第三运算放大器的另一输入端分别连接接地电阻R10和电阻R11的一端，第三运算放大器的输出端分别连接电阻R11的另一端和模数转换器ADC。
4.一种如权利要求1至3任一项所述的一二次融合配电设备内置互感器自动校验装置的校验方法，其特征在于：包括三相电压传感器校验、三相电流传感器校验、零序电压传感器校验、零序电流传感器校验。
5.根据权利要求4所述的一种适用于一二次融合配电设备内置互感器准确度自动校验的装置的校验方法，其特征在于：所述三相电压传感器校验的具体实现方法为：标准电压互感器分别连接对应相升压器，升压器连接一二次融合设备，升压器为一二次融合设备提供高压源，标准电压互感器向自动校验装置输入标准电磁式输入信号，一二次融合设备的内置传感器二次输出信号接口连接电子式传感器检测部分的信号输入端口，按照一二次融合设备的检测点，调节升压器输出电压值，输出比差和角差数据结果。
6.根据权利要求4所述的一二次融合配电设备内置互感器自动校验的装置的校验方法，其特征在于：所述三相电流传感器校验的具体实现方法为：标准电流互感器分别连接对应相升流器，升流器连接一二次融合设备，升流器为一二次融合设备提供电流源，标准电流互感器向自动校验装置提供标准电磁式输入信号，一二次融合设备的内置传感器二次输出信号接口连接电子式传感器检测部分的信号输入端口，按照一二次融合设备的检测点，调节升流器输出电流值，输出比差和角差数据结果。
7.根据权利要求4所述的一二次融合配电设备内置互感器自动校验的装置的校验方法，其特征在于：所述零序电压传感器校验的具体实现方法为：升压器连接一二次融合设备，为一二次融合设备提供高压源，标准零序电压互感器向自动校验装置提供标准电磁式输入信号，一二次融合设备的内置零序电压传感器二次输出信号接口连接电子式传感器检测部分的信号输入端口，按照一二次融合设备的检测点，调节升压器输出电压值，输出比差和角差数据结果。
8.根据权利要求4所述的一二次融合配电设备内置互感器自动校验的装置的校验方法，其特征在于：所述零序电流传感器校验的具体实现方法为：升流器连接一二次融合设备，为一二次融合设备提供电流源，标准零序电流互感器向自动校验装置提供标准电磁式输入信号，一二次融合设备的内置零序电流传感器二次输出信号接口连接电子式传感器检测部分的信号输入端口，按照一二次融合设备的检测点，调节升流器输出电流值，输出比差和角差数据结果。
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