CN117075026A - 一种穿心式低压电流互感器误差监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种穿心式低压电流互感器误差监测装置，包括电流输出端子、电流测量端子、第一监测端子、第二监测端子、恒流源、第一标准电流互感器、第二标准电流互感器和测量处理模块，所述恒流源的一端连接至所述电流输出端子，另一端经所述第一标准电流互感器的一次绕组连接至所述电流测量端子，所述第二标准电流互感器的一次绕组一端连接至所述第一监测端子，另一端连接至所述第二监测端子，所述测量处理模块分别连接所述第一标准电流互感器的二次绕组和所述第二标准电流互感器的二次绕组，用于分别采样电流信号，并计算采样电流信号的比差与角差。本发明可以在线监测，准确性更高。

Description

一种穿心式低压电流互感器误差监测装置及方法

技术领域

本发明涉及互感器监测技术，尤其涉及一种穿心式低压电流互感器误差监测装置及方法。

背景技术

电力计量用电流互感器是电能计量装置中重要的一部分，其误差的大小影响计量装置的准确性。按照JJG1021-2007《电力互感器》检定规程，JJG1189.3 2022《测量用互感器-电力电流互感器》，需要安装前进行首次检定，同时安装后每10年进行周期检定。

现有技术中的检定方法主要是采用标准电流互感器模拟比较法，该方法首次检定以及后续检定均是停电状态下试验，尤其是周期检定或者使用中检定均需要将高压回路停电，容易造成设备测量时不可使用，而且该检定方法中被测电流互感器采用的是额定负荷以及下限负荷，均不是实际运行中实际负荷，容易造成测量不准确。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种可在线监测的准确性更高的穿心式低压电流互感器误差监测装置及方法。

技术方案：本发明所述的穿心式低压电流互感器误差监测装置，包括电流输出端子、电流测量端子、第一监测端子、第二监测端子、恒流源、第一标准电流互感器、第二标准电流互感器和测量处理模块，所述恒流源的一端连接至所述电流输出端子，另一端经所述第一标准电流互感器的一次绕组连接至所述电流测量端子，所述第二标准电流互感器的一次绕组一端连接至所述第一监测端子，另一端连接至所述第二监测端子，所述测量处理模块分别连接所述第一标准电流互感器的二次绕组和所述第二标准电流互感器的二次绕组，使用时，采用导线一端连接电流输出端子，另一端穿过被测穿心式低压电流互感器穿心孔接入电流测量端子，所述第一监测端子和第二监测端子分别连接至所述被测穿心式低压电流互感器的二次绕组两端，测量处理模块分别采样电流信号，并计算采样电流信号的比差与角差。

进一步的，所述恒流源输出的电流为被测穿心式低压电流互感器额定电流的1％～10％。

进一步的，所述第一标准电流互感器、第二标准电流互感器的二次绕组分别连接第一电阻、第二电阻，所述测量处理模块分别连接所述第一电阻和所述第二电阻。所述测量处理模块包括第一A/D采样器、第二A/D采样器、第一快速傅里叶变换器、第二快速傅里叶变换器和差值计算单元，所述第一A/D采样器一端连接所述第一电阻，另一端通过第一快速傅里叶变换器连接至差值计算单元，所述第二A/D采样器一端连接所述第二电阻，另一端通过第二快速傅里叶变换器连接至差值计算单元，所述差值计算单元用于计算第一快速傅里叶变换器输出信号和第二快速傅里叶变换器输出信号中频率与恒流源输出电流一致的电流信号的比差与角差。

进一步的，所述差值计算单元计算比差和角差的公式为：

式中，f为比差，为第二快速傅里叶变换器输出信号中频率与恒流源输出电流一致的电流信号，/>为第一快速傅里叶变换器输出信号中频率与恒流源输出电流一致的电流信号，N为被测穿心式低压电流互感器的额定电流比，δ为角差，/>表示相位。

本发明所述的穿心式低压电流互感器误差监测方法包括如下步骤：

(1)将导线一端连接恒流源一端，另一端穿过被测穿心式低压电流互感器穿心孔，连接至第一标准电流互感器的一次绕组一端，第一标准电流互感器的一次绕组另一端连接恒流源另一端；

(2)将第二标准电流互感器的一次绕组两端分别连接至被测穿心式低压电流互感器二次绕组两端；

(3)分别采样第一标准电流互感器和第二标准电流互感器的二次绕组电流信号，并计算采样电流信号的比差与角差。

进一步的，所述恒流源输出的电流为被测穿心式低压电流互感器额定电流的1％～10％。

进一步的，步骤(3)具体包括：

(3.1)将第一标准电流互感器、第二标准电流互感器的二次绕组分别连接第一电阻、第二电阻，将所述测量处理模块分别连接所述第一电阻和所述第二电阻；

(3.2)分别采样流经第一电阻和第二电阻的电流信号，并计算采样电流信号的比差与角差

进一步的，步骤(3.2)具体包括：

(3.2.1)对流经第一电阻和第二电阻的电流信号分别进行A/D采样；

(3.2.2)将采样后的信号分别进行快速傅里叶变换；

(3.2.3)分别从快速傅里叶变换后的信号中提取频率与恒流源输出电流一致的电流信号；

(3.2.4)计算提取的信号的比差与角差。

进一步的，所述比差和角差的公式为：

式中，f为比差，为第二快速傅里叶变换器输出信号中频率与恒流源输出电流一致的电流信号，/>为第一快速傅里叶变换器输出信号中频率与恒流源输出电流一致的电流信号，N为被测穿心式低压电流互感器的额定电流比，δ为角差，/>表示相位。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明可实现在线检测低压穿心式计量用电流互感器的误差状态，方法简单，不需停电，不影响设备使用，且监测时可连接实际运行中实际负荷，测量结果更准确。

附图说明

图1是本发明提供的穿心式低压电流互感器误差监测装置的结构示意图；

图2是本发明提供的测量处理模块的模块示意图；

图3是被测穿心式低压电流互感器的外观图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

实施例一

本实施例提供了一种穿心式低压电流互感器误差监测装置，如图1所示，包括电流输出端子Te+、电流测量端子Te-、第一监测端子To、第二监测端子Tx、恒流源A1、第一标准电流互感器Ta1、第二标准电流互感器Ta2和测量处理模块，恒流源A1的一端连接至电流输出端子Te+，另一端经第一标准电流互感器Ta1的一次绕组连接至电流测量端子Te-，第二标准电流互感器Ta2的一次绕组一端连接至第一监测端子To，另一端连接至第二监测端子Tx，测量处理模块分别连接所述第一标准电流互感器Ta1的二次绕组和第二标准电流互感器Ta2的二次绕组。下面对各器件或模块分别进行详细介绍。

恒流源A1输出60Hz的试验电流I_test，其电流大小约为被测穿心式低压电流互感器额定电流的1％～10％。

第一标准电流互感器Ta1和第二标准电流互感器Ta2的电流比可以相同或不同。例如第一标准电流互感器Ta1一次电流Itest为50A，可以设定第一标准电流互感器Ta1电流比为50A/10mA，而第二标准电流互感器电流比Ta2为5A/10mA，取样电阻R1，R2阻值可以相同也可以不同，例如可以都是100Ω，则当Ip和Itest都是额定电流时取样电压均为1V＝10mA*100Ω。这样两个标准电流互感器的输出电流分别在两个电阻上产生的电压基本相同，利于两个A/D的满量程测量。

为了实现第一标准电流互感器Ta1和第二标准电流互感器Ta2的二次绕组电流测量，将二次绕组分别连接第一电阻R1、第二电阻R2，二次绕组的一端S2需要接地，测量处理模块分别连接第一电阻R1和第二电阻R2。如图2所示，测量处理模块分别采样电流信号，并计算采样电流信号的比差与角差，具体包括第一A/D采样器、第二A/D采样器、第一快速傅里叶变换器、第二快速傅里叶变换器和差值计算单元，所述第一A/D采样器一端连接所述第一电阻，另一端通过第一快速傅里叶变换器连接至差值计算单元，所述第二A/D采样器一端连接所述第二电阻，另一端通过第二快速傅里叶变换器连接至差值计算单元，所述差值计算单元用于计算第一快速傅里叶变换器输出信号和第二快速傅里叶变换器输出信号中频率与恒流源输出电流一致的电流信号的比差与角差，公式为：

式中，f为比差，为第二快速傅里叶变换器输出信号中频率与恒流源输出电流一致的电流信号，/>为第一快速傅里叶变换器输出信号中频率与恒流源输出电流一致的电流信号，N为被测穿心式低压电流互感器的额定电流比，δ为角差，/>表示相位。

本实施例的工作原理为：监测时，采用导线一端连接电流输出端子Te+，另一端穿过被测穿心式低压电流互感器CT1的穿心孔接入电流测量端子Te-，具体是从穿心孔极性端P1至非极性端P2，被测穿心式低压电流互感器CT1如图3所示，第一监测端子To和第二监测端子Tx分别连接至被测穿心式低压电流互感器的二次绕组两端，两个端子可通过电能表连接二次绕组。当恒流源输出电流I_test时，第一标准电流互感器Ta1的一次电流为I_test，二次电流为I’_test＝I_test/N1，N1为第一标准电流互感器Ta1的额定电流比；被测穿心式低压电流互感器CT1的二次电流为I₂＝(I_test+I_p)/N，N为被测穿心式低压电流互感器CT1额定电流比，I_p为被测穿心式低压电流互感器CT1负载实际负荷时的电流，国内一般为50Hz；第二标准电流互感器Ta2的一次电流为I₂，二次电流为I’₂＝I₂/N2＝(I_test+I_p)/(N*N2)，N2为第二标准电流互感器Ta1的额定电流比。A/D采样器对I’_test和I’₂进行连续5个50Hz周波的测量，测量间隔均匀的2ⁿ个测量点，本实施例采用2048个A/D采样结果，FFT快速傅里叶变换器将采样结果进行快速傅里叶变换，得到各次谐波下的频域结果，由于连续采样50Hz的5个周波，因此此时基波电流频率为10Hz，则可以获取第一标准电流互感器Ta1在60Hz试验电流I_test情况下，二次输出电流I’_test中6次谐波(频率为60Hz)的电流的幅度以及相位，以及I’₂中6次谐波(频率为60Hz)的电流的幅度以及相位。因此，分别从第一FFT快速傅里叶变换器、第二FFT快速傅里叶变换器输出信号中提取出6次谐波(60Hz)的电流信号，即计算得到两者的比差f与角差δ。

实施例二

本实施例提供了一种穿心式低压电流互感器误差监测方法，包括如下步骤：

(1)将导线一端连接恒流源一端，另一端穿过被测穿心式低压电流互感器穿心孔，连接至第一标准电流互感器的一次绕组一端，第一标准电流互感器的一次绕组另一端连接恒流源另一端。

(2)将第二标准电流互感器的一次绕组两端分别连接至被测穿心式低压电流互感器二次绕组两端。

(3)分别采样第一标准电流互感器和第二标准电流互感器的二次绕组电流信号，并计算采样电流信号的比差与角差。

在一种实施方式中，步骤(3)具体包括：

(3.1)将第一标准电流互感器、第二标准电流互感器的二次绕组分别连接第一电阻、第二电阻，将所述测量处理模块分别连接所述第一电阻和所述第二电阻；

(3.2)分别采样流经第一电阻和第二电阻的电流信号，并计算采样电流信号的比差与角差

在一种实施方式中，步骤(3.2)具体包括：

(3.2.1)对流经第一电阻和第二电阻的电流信号分别进行A/D采样；

(3.2.2)将采样后的信号分别进行快速傅里叶变换；

(3.2.3)分别从快速傅里叶变换后的信号中提取频率与恒流源输出电流一致的电流信号；

(3.2.4)计算提取的信号的比差与角差，公式为：

式中，f为比差，为第二快速傅里叶变换器输出信号中频率与恒流源输出电流一致的电流信号，/>为第一快速傅里叶变换器输出信号中频率与恒流源输出电流一致的电流信号，N为被测穿心式低压电流互感器的额定电流比，δ为角差，/>表示相位。

本发明实施例所提供的方法可以采用本发明实施例一所提供的装置执行，也可按照其他装置实现，具备上述装置相应的功能和有益效果，与上述装置对应。

值得注意的是，上述确定装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种穿心式低压电流互感器误差监测装置，其特征在于：包括电流输出端子、电流测量端子、第一监测端子、第二监测端子、恒流源、第一标准电流互感器、第二标准电流互感器和测量处理模块，所述恒流源的一端连接至所述电流输出端子，另一端经所述第一标准电流互感器的一次绕组连接至所述电流测量端子，所述第二标准电流互感器的一次绕组一端连接至所述第一监测端子，另一端连接至所述第二监测端子，所述测量处理模块分别连接所述第一标准电流互感器的二次绕组和所述第二标准电流互感器的二次绕组，使用时，采用导线一端连接电流输出端子，另一端穿过被测穿心式低压电流互感器穿心孔接入电流测量端子，所述第一监测端子和第二监测端子分别连接至所述被测穿心式低压电流互感器的二次绕组两端，测量处理模块分别采样电流信号，并计算采样电流信号的比差与角差。

2.根据权利要求1所述的穿心式低压电流互感器误差监测装置，其特征在于：所述恒流源输出的电流为被测穿心式低压电流互感器额定电流的1％～10％。

3.根据权利要求1所述的穿心式低压电流互感器误差监测装置，其特征在于：所述第一标准电流互感器、第二标准电流互感器的二次绕组分别连接第一电阻、第二电阻，所述测量处理模块分别连接所述第一电阻和所述第二电阻。

4.根据权利要求3所述的穿心式低压电流互感器误差监测装置，其特征在于：所述测量处理模块包括第一A/D采样器、第二A/D采样器、第一快速傅里叶变换器、第二快速傅里叶变换器和差值计算单元，所述第一A/D采样器一端连接所述第一电阻，另一端通过第一快速傅里叶变换器连接至差值计算单元，所述第二A/D采样器一端连接所述第二电阻，另一端通过第二快速傅里叶变换器连接至差值计算单元，所述差值计算单元用于计算第一快速傅里叶变换器输出信号和第二快速傅里叶变换器输出信号中频率与恒流源输出电流一致的电流信号的比差与角差。

5.根据权利要求4所述的穿心式低压电流互感器误差监测装置，其特征在于：所述差值计算单元计算比差和角差的公式为：

式中，f为比差，为第二快速傅里叶变换器输出信号中频率与恒流源输出电流一致的电流信号，/>为第一快速傅里叶变换器输出信号中频率与恒流源输出电流一致的电流信号，N为被测穿心式低压电流互感器的额定电流比，δ为角差，/>表示相位。

6.一种穿心式低压电流互感器误差监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将导线一端连接恒流源一端，另一端穿过被测穿心式低压电流互感器穿心孔，连接至第一标准电流互感器的一次绕组一端，第一标准电流互感器的一次绕组另一端连接恒流源另一端；

(2)将第二标准电流互感器的一次绕组两端分别连接至被测穿心式低压电流互感器二次绕组两端；

(3)分别采样第一标准电流互感器和第二标准电流互感器的二次绕组电流信号，并计算采样电流信号的比差与角差。

7.根据权利要求6所属的穿心式低压电流互感器误差监测方法，其特征在于：所述恒流源输出的电流为被测穿心式低压电流互感器额定电流的1％～10％。

8.根据权利要求6所述的穿心式低压电流互感器误差监测方法，其特征在于：步骤(3)具体包括：

(3.1)将第一标准电流互感器、第二标准电流互感器的二次绕组分别连接第一电阻、第二电阻，将所述测量处理模块分别连接所述第一电阻和所述第二电阻；

(3.2)分别采样流经第一电阻和第二电阻的电流信号，并计算采样电流信号的比差与角差。

9.根据权利要求8所述的穿心式低压电流互感器误差监测方法，其特征在于：步骤(3.2)具体包括：

(3.2.1)对流经第一电阻和第二电阻的电流信号分别进行A/D采样；

(3.2.2)将采样后的信号分别进行快速傅里叶变换；

(3.2.3)分别从快速傅里叶变换后的信号中提取频率与恒流源输出电流一致的电流信号；

(3.2.4)计算提取的信号的比差与角差。

10.根据权利要求9所述的穿心式低压电流互感器误差监测方法，其特征在于：所述比差和角差的公式为：

式中，f为比差，为第二快速傅里叶变换器输出信号中频率与恒流源输出电流一致的电流信号，/>为第一快速傅里叶变换器输出信号中频率与恒流源输出电流一致的电流信号，N为被测穿心式低压电流互感器的额定电流比，δ为角差，/>表示相位。