CN201145737Y - 基于参数测量的电流互感器的误差测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电流互感器的误差测量装置，包括交流测试信号源、直流电阻测试恒流源、测试信号输入切换装置、标准互感器、输出信号切换控制装置和互感器校验仪，其特征在于所述的标准互感器由主标准互感器、低端标准互感器和降压器组成，以及一种基于参数的误差测量方法，本装置只需配备小电流低电压的标准互感器，低于100V的数字交流测试信号源及测量相关参数的电子线路，通过三对接线端钮(P₁、P₂；S₁、S₂；S₁′、S₂′)与被测互感器相连，在控制软件的控制下，即能自动完成误差测试。

Description

基于参数测量的电流互感器的误差测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种电流互感器的现场检定装置，尤其是涉及一种电流互感器的误差测量装置，该装置通过测量互感器的相关参数，并利用电流互感器误差的计算公式从而获得互感器的误差值。

背景技术

现有的电流互感器误差的校验，一直沿用传统的测差法，在检定电流互感器时，被检电流互感器二次接有负荷，与同变比的标准电流互感器进行比较，由大电流源给二者提供一次电流，而二者的二次差流输入校验仪，由校验仪测出被检电流互感器相对于标准电流互感器的误差。这一方法直观、有效，且便于量值溯源。但它需要大电流的标准电流互感器、大电流源、一次导线及电流负载箱，一套设备相当庞大，且限于现场条件，一次电流很难升至几千安培。因此电流互感器的现场校验一直存在很大困难，为此必须另找途径，寻找既能避开这些笨重的设备，又能方便地校验电流互感器误差的新方法，制造新装置，从而解决现场校验的困境。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能避开笨重的设备，又能方便地校验电流互感器的误差的测量装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种电流互感器的误差测量装置，包括交流测试信号源、直流电阻测试恒流源、测试信号输入切换装置、标准互感器、输出信号切换控制装置和互感器校验仪，所述的交流测试信号源和所述的直流电阻测试恒流源分别与测试信号输入切换装置的输入端连接，所述的测试信号输入切换装置的输出端分别与所述的标准互感器和被测互感器的输入端连接，所述的标准互感器上设置有标准互感器变比切换继电器矩阵，所述的标准互感器和所述的被测互感器的输出端分别通过所述的输出信号切换控制装置与所述的互感器校验仪连接，其特征在于所述的标准互感器由主标准互感器、低端标准互感器和降压器组成，所述的主标准互感器的一次绕组的一端通过第三继电器H₃的切换开关与所述的降压器的绕组连接，所述的主标准互感器的一次绕组与所述的低端标准互感器的一次绕组通过第二继电器H₂的第二切换开关与所述的测试信号输入切换装置的一输出端连接，所述的主标准互感器的二次绕组与所述的低端标准互感器的二次绕组通过第二继电器H₂的第一切换开关与所述的输出信号切换控制装置的一输入端连接。如图2、图3所示。

所述的主标准互感器的变比为3150/5A～25/5A，所述的低端标准互感器的变比为20/5A～5/5A，所述的降压器的降压比例为1/2。

所述的交流测试信号源包括检“0”限幅装置、第一带通滤波装置、数/模控制装置、分压器、第二带通滤波装置、功率放大器和输出变压器。电网信号分别通过所述的检“0”限幅装置、所述的第一带通滤波装置、所述的数/模控制装置、所述的分压器、所述的第二带通滤波装置、所述的功率放大器进入到所述的输出变压器，得到输出电压。如图4所示

一种基于参数测量的误差测量方法：步骤一：如图6所示，被测互感器测量点N的选取：被测互感器的二次绕组n₂串接有电阻R，V₁′为外加的交流测试信号源。V₁＝V₁′-V_R，I₁＝V_R/R。

每改变一次V₁′，就能获得一组V₁、I₁值，于是V₁′由低至高逐步改变，就能获得一组值：(V_1-1，I_1-1)、(V_1-2、I_1-2)……，(V_1-n、I_1-n)……，直到I₁的值到达预定值I_1-N，预定值I_1-N为10mA～50mA之间的某一值，则其对应的V_N值即为CTx作为电流互感器工作点为N％时，被测互感器的二次绕组两端的感应电动势，即为被测互感器在此工作状态下二次绕组呈现励磁导纳时的励磁电压。G_N为当被测互感器CTx在N点测量误差时，其二次绕组所呈现的励磁导纳的实部。B_N为当被测互感器CTx在N点测量误差时，其二次绕组所呈现的励磁导纳的虚部。

步骤二：在N点处测量互感器的空载误差：把标准互感器CTo的变比切换成与被测互感器CTx相对应，把CTo、CTx均看成电压互感器，即把电流互感器的一次当作电压互感器的二次，把电流互感器的二次当作电压互感器的一次，并把标准互感器与被测互感器切换成如图5所示的电压互感器测差法连接。在电压互感器的一次加电压V₁＝V_N，把V₂₀、V₀、V_2X按测电压互感器测误差方式接入普通校验仪的To、a、Tx端，即可测出当作电压互感器的CTx在一次绕组电压V₁＝V_N时的误差。

ε＝Δf+j_Δδ…………………(3)

Δ/f为被测互感器在N点的空载误差的实部，Δδ为被测互感器在N点的空载误差的虚部。

步骤三：V₁/V₂的求取：

在由(3)求得Δf、Δδ后，按图5及互感器的误差定义求出|V₁/V₂|＝F(Δf、Δδ)

步骤四：n₂/n₁的求取：

求得|V₁/V₂|后按图7即可求出n₂/n₁＝P(V₁/V₂，Y，Z₂)

步骤五：X2的求取

求得被测互感器在N点的空载误差Δf、Δδ后，先用测直流电阻的方法测出r₂，再根据熟知的电流互感器的误差公式就能求出X₂。

步骤六：在求得n₂/n₁，r₂，X₂后，运用电流互感器误差公式(1)、(2)就能得到f_X，δ_X在测量点X处(X＝测量电流/额定电流×100％)的比差及角差。

$f_X=\frac{S_R-n_2/n_1}{n_2/n_1}-G_x(r_2+r_H)-B_x(x_2+x_H)...........................\left(1\right)$

δ_X＝【B_X(r₂+r_H)-G_X(x₂+x_H)】×3438………………………(2)

S_R：互感器的额定变比；n₂，n₁分别为二次、一次的匝数；

G_X，B_X为测量点为X时，二次绕组的劢磁导纳的实部及虚部；r₂为二次绕组的直流电阻；X₂为二次绕组的漏感；

r_H，X_H分别为二次负载的实部和虚部(测试条件给定)

r_H＝|Z_b|CosΦ，X_H＝|Z_b|SinΦ

Z_b为二次负载，CosΦ为负载的功率因数。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于它的工作原理不同于测差法来测量电流互感器误差的传统方法，而是通过测量电流互感器相关参数(匝比n₂/n₁，二次励磁导纳及二次内阻抗等)，利用电流互感器的误差计算公式直接计算出电流互感器在不同负载下的1％～120％额定电流时的比差和角差，而不再需要大电流升流器、大电流标准互感器、大电流一次导线及电流负载箱，从而使校验装置的体积和重量大大减小。本装置只需配备小电流低电压的标准互感器，低于100V的数控交流测试信号源及测量相关参数的电子线路，并把被测互感器看成电压互感器，被测互感器的一次绕组的两端与测试信号输入切换装置的信号输出端(S1、S2)连接，被测互感器的一次绕组的两端同时与输出信号切换控制装置的信号输入端(S1’、S2’)连接，被测互感器的二次绕组的两端P1、P2通过输出信号切换装置与互感器校验仪的输入端连接，在控制软件的控制下，即能自动完成误差测试。

附图说明

图1为被测电流互感器与本实用新型的连接框图；

图2为本实用新型的连接框图；

图3为本实用新型的标准互感器连接图；

图4为本实用新型的交流测试信号源的原理框图；

图5为本实用新型在N点处测量互感器的空载误差时的连接图；

图6为本实用新型在选取测量点N时的连接图；

图7为电流互感器视为电压互感器后的等效电路图(空载时)。

具体实施方式

以下结合附图实例对本实用新型作进一步详细描述。

一种电流互感器的误差测量装置，包括交流测试信号源1、直流电阻测试恒流源2、测试信号输入切换装置3、标准互感器CT0、输出信号切换控制装置7和互感器校验仪8。交流测试信号源1和直流电阻测试恒流源2分别与测试信号输入切换装置3的输入端连接，测试信号输入切换装置3的输出端分别与标准互感器CT0和被测互感器CT_X的输入端连接，标准互感器4上设置有标准互感器变比切换继电器矩阵5，标准互感器CT0和被测互感器CT_X的输出端分别通过输出信号切换控制装置7与互感器校验仪8连接，标准互感器4由主标准互感器CT0-1、低端标准互感器CT0-2和降压器CT0-3组成，主标准互感器CT0-1的一次绕组的一端通过第三继电器H3的切换开关与降压器CT0-3的绕组连接，主标准互感器CT0-1的一次绕组另一端与低端标准互感器CT0-2的一次绕组一端通过第二继电器H2的第二切换开关与测试信号输入切换装置3的一输出端连接，主标准互感器CT0-1的二次绕组与低端标准互感器CT0-2的二次绕组通过第二继电器H2的第一切换开关与输出信号切换控制装置7的一输入端连接。主标准互感器CT0-1的变比为3150/5A～25/5A，低端标准互感器CT0-2的变比为20/5A～5/5A，降压器CT0-3的降压比例为1/2。交流测试信号源包括检“0”限幅装置9、第一带通滤波装置10、数/模控制装置11、分压器12、第二带通滤波装置13、功率放大器14和输出变压器。电网信号分别通过检“0”限幅装置9、第一带通滤波装置10、数/模控制装置11、分压器12、第二带通滤波装置13、功率放大器14进入到输出变压器，得到输出电压。本实用新型装置的结构如图2所示，其中标准互感器器的结构已由图3详细标出。图中交流测试信号源1、测试信号输入切换装置3、标准互感器变比切换继电器矩阵5、输出信号切换控制装置7、互感器校验仪8的工作均由系统控制器9控制，而系统控制器9则是按照本装置的专用软件规定的功能进行工作的，其主要功能是：

1、测量被测互感器CTx的V-A特性：交流测试信号源1由测试信号输入切换导入被测互感器CTx的S₁、S₂。

接通J_S，并由S₁′、S₂′把被测互感器CTx的n₂二端电压引入输出信号切换控制装置7，并在a、PTx输入给互感器校验仪8，根据步骤一中的方法获得CTx的V-A特性。

2、N点的误差测试：由步骤一中的所述得到的V_N值，由交流测试信号源1产生的V_N信号，由测试信号输入切换装置3将V_N导入标准互感器CTo、被测互感器CTx，并由标准互感器变比切换继电器矩阵5将标准互感器CTo切换成与被测互感器CTx同变比，由测试信号输入切换装置3、输出信号切换控制装置7共同将标准互感器CTo、被测互感器CTx切换成如图5所示测误差线路就能测量CTx在N％处的误差。

3、在X％处导纳测试：把系统切换成如图6所述的测V-A特性状态，交流测试信号源1输出V_X(V_X为在X％处工作点时，被测互感器CTx二次绕组两端的感应电压)，由测试信号输入切换装置将V_X导入S₁、S₂。由S₁′、S₂′将被测互感器CTx的n₂两端电压通过输出信号切换控制装置7进入互感器校验仪8，即可获得V_X下的导纳Y_X。

4、CTx、n₂的直流电阻测试：方法与测导纳相仿，只是信号源由直流电阻测试恒流源2提供，若恒流值为I₀，则CTx的n₂的直流电阻 $r_2=\frac{V_{S{1}^{\′}}-V_{S{2}^{\′}}}{I_0}.$

为满足变比为5/5A～5000/5A(或5/1A～5000/1A)所有电流互感器校验，标准互感器必须覆盖其中所有变比，为了降低标准互感器CT0的重量及制作难度，权利要求一中所述的标准互感器CTo，实际由三只标准互感器组成：CTo-1为主标准互感器提供变比在3150/5A～25/5A范围内的标准；CTo-2低端标准互感器提供变比在20/5A～5/5A范围内的标准；CTo-3高端标准互感器，实际上它是一只1/2的降压器，它与主标准互感器CT0-1联合使用后，可把CTo-1的高端变比提升一倍，承担4000/5A～5000/5A(4000/1A～5000/1A)互感器的测试。变比在25/5A～5000/5A时，H₂＝0(H2不吸合)；变比在20/5A～5/5A时，H₂＝1(H2吸合)；变比在4000/5A或5000/5A时，H₃＝1(H3吸合)，否则H₃＝0(H3不吸合)。为减少变比切换继电器，把作为电压互感器使用的CTo-1的二次绕组的所有抽头分成二组，把二组中对应的抽头与具有二付触点的切换继电器的对应触点相连。如图3所示，再通过H1进行切换。测试N点处误差时所述的测试信号源系与电网同步的由程序自动产生的交流测试信号源，其产生过程如图4所示：2V左右的电网信号经检“0”限幅装置9输出幅值为±3V频率为50Hz的方波信号，经第一带通滤波装置10输出幅值稳定的正弦基准信号，经数/模控制装置11输出电压大小由程序控制，分压器12对电压根据需要进行分压，第二带通滤波装置13对带台阶的波形进行滤波，输出光滑的正弦波，功率放大器14对信号进行功率放大，以获得足够的输出功率并经输出变压器，提升输出电压。

一种基于参数测量的误差测量方法，步骤一：被测互感器CT_X测量点N的选取：被测互感器CT_X的一次绕组串接有电阻R，V₁′为外加的交流测试信号源1。V₁＝V₁′-V_R，I₁＝V_R/R。

每改变一次V₁′，就能获得一组V₁、I₁值，于是V₁′由低至高逐步改变，就能获得一组值：(V_1-1，I_1-1)、(V_1-2、I_1-2)……，(V_1-n、I_1-n)……，直到I₁的值到达预定值I_1-N，预定值I_1-N为10mA～50mA之间的某一值，则其对应的V_N值即为CTx作为电流互感器工作点为N％时，被测互感器CT_X的二次绕组两端的感应电动势即为被测互感器CT_X在此工作状态下二次绕组呈现的励磁导纳时的励磁电压。G_N为当被测互感器CTx在N点测量误差时，其二次绕组所呈现的励磁电压的实部。B_N为当被测互感器CTx在N点测量误差时，其二次绕组所呈现的励磁电压的虚部。

步骤二：在N点处测量互感器的空载误差：把标准互感器CTo的变比切换成与被测互感器CTx相对应，把CTo、CTx均看成电压互感器，即把电流互感器的一次当作电压互感器的二次，把电流互感器的二次当作电压互感器的一次，并把标准互感器与被测互感器切换成如图5所示的电压互感器测差法连接。在电压互感器的一次加电压V₁＝V_N，把V₂₀、V₀、V_2X按测电压互感器误差方式接入普通校验仪的To、a、Tx端，即可测出当作电压互感器的CTx在一次绕组电压V₁＝V_N时的误差。

ε＝Δf+j_Δδ…………………(3)

Δf为被测互感器CTx在N点的空载误差的实部，Δδ为被测互感器CTx在N点的空载误差的虚部。ε的测量是本实用新型的关键步骤。

步骤三：V₁/V₂的求取：

在由(3)求得Δf、Δδ后，按图5及电流互感器误差的定义求出|V₁/V₂|＝F(Δf、Δδ)

步骤四：被测互感器CTx实际匝比n₂/n₁的求取：实际匝比在互感器绕制成型后n₂/n₁是个常数。

已把电流互感器当成同变比的电压互感器来处理，这是基于互感器的互易原理。该原理告知：当电流互感器工作在N点时产生误差ε_N，且在二次绕组二端产生感应电动势E_N，把电流互感器视作电压互感器时(即电流互感器的一次当作电压互感器的二次，电流互感器的二次当作电压互感器的一次)，在电压互感器的一次绕组二端加电压V₁＝E_N(负载不变)，则电压互感器产生的误差也为ε_N。图7为电流互感器视为电压互感器后的等效电路图(空载时)。

Z0：电流互感器二次绕组的励磁阻抗。则Y＝G-jB为二次绕组的开路导纳。

Z₂＝r₂+jX₂为电流互感器二次绕组的内阻抗，r₂为其直流电阻，X₂为其漏感。

当电压互感器的一次绕组施加电压V₁时，根据图7所示，根据n₂/n₁与V₁/V₂及r₂、X₂及Y的关系容易求出n₂/n₁＝P(V₁/V₂，Z₂，Y)

步骤五：X₂的求取，r₂可以通过测绕组直流电阻直接得到，而X₂不能直接测量，而采取间接方法计算得到。按图5所示，在V₁施加电压V_N后得到了N点处的互感器的误差Δf、Δδ，并测得r₂，G_N，B_N后，运用熟知的电流互感器误差公式就能求出X₂。

步骤六：在求得n₂/n₁，r₂，X₂后，运用电流互感器误差公式(1)(2)就能得到f_X，δ_X在测量点X处(X＝测量电流/额定电流×100％)的比差及角差。

$f_X=\frac{S_R-n_2/n_1}{n_2/n_1}-G_x(r_2+r_H)-B_x(x_2+x_H)........................\left(1\right)$

δ_X＝【B_X(r₂+r_H)-G_X(x₂+x_H)】×3438………………………(2)

公式(1)、(2)中的G_X、B_X是电流互感器在测试点X时，二次绕组所呈现的励磁导纳。它的求取方法是在二次绕组二端加励磁电压

时，测出二次绕组的励磁电流

(此时，一次绕组开路)。则二次的励磁导纳 $Y_X=G_X-j{B}_X=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_X}{{\stackrel{\·}{V}}_X},$ 而V_X按下式计算： $V_X=X\·I_{2n}\·\left|(\stackrel{\·}{Z}+{\stackrel{\·}{Z}}_2)\right|$

Z为二次负载， $Z=r_H+j{X}_H=\left|\stackrel{\·}{Z}\right|\mathrm{Cos\Φ}+j\left|\stackrel{\·}{Z}\right|\mathrm{Sin\Φ}$

CosΦ为负载的功率因数。

I2n为二次额定电流，Z₂＝r₂+jx₂

S_R：互感器的额定变比；n₂，n₁分别为二次、一次的匝数；

G_X，B_X为测量点为X时，二次绕组的励磁导纳的实部及虚部；r₂为二次绕组的直流电阻；X₂为二次绕组的漏感；

r_H，X_H分别为二次负载的实部和虚部(测试条件给定)

r_H＝|Z_b|CosΦ，X_H＝|Z_b|SinΦ

Z_b为二次负载，CosΦ为负载的功率因数。

Claims (3)

1.一种电流互感器的误差测量装置，包括交流测试信号源、直流电阻测试恒流源、测试信号输入切换装置、标准互感器、输出信号切换控制装置和互感器校验仪，所述的交流测试信号源和所述的直流电阻测试恒流源分别与测试信号输入切换装置的输入端连接，所述的测试信号输入切换装置的输出端分别与所述的标准互感器和被测互感器的输入端连接，所述的标准互感器上设置有标准互感器变比切换继电器矩阵，所述的标准互感器和所述的被测互感器的输出端分别通过所述的输出信号切换控制装置与所述的互感器校验仪连接，其特征在于所述的标准互感器由主标准互感器CTo-1、低端标准互感器CTo-2和降压器CTo-3组成，所述的主标准互感器的一次绕组一端通过第三继电器H₃的切换开关与所述的降压器的绕组连接，所述的主标准互感器的一次绕组另一端与所述的低端标准互感器的一次绕组通过第二继电器H₂的第二切换开关与所述的测试信号输入切换装置的一输出端连接，所述的主标准互感器的二次绕组与所述的低端标准互感器的二次绕组通过第二继电器的第一切换开关与所述的输出信号切换控制装置的一输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种电流互感器的误差测量装置，其特征在于所述的主标准互感器的变比为3150/5A～25/5A，所述的低端标准互感器的变比为20/5A～5/5A，所述的降压器的降压比例为1/2。

3.根据权利要求1所述的一种电流互感器的误差测量装置，其特征在于所述的交流测试信号源包括检“0”限幅装置、第一带通滤波装置、数/模控制装置、分压器、第二带通滤波装置、功率放大器和输出变压器，电网信号分别通过所述的检“0”限幅装置、所述的第一带通滤波装置、所述的数/模控制装置、所述的分压器、所述的第二带通滤波装置、所述的功率放大器进入到所述的输出变压器，得到输出电压。

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