CN202903926U - 便携式电子式互感器时间特性测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于在智能电网中使用的电子式互感器的检测及测试领域，涉及的是一种便携式电子式互感器时间特性测试仪，包括电子式互感器一次侧模拟量接收端口、电子式互感器输出数字量接收端口、与模拟量接收端口连接的模数转换器、接收并解析互感器输出的数字量的接收器、与模数转换器和接收器连接的微处理器；微处理器还分别与LCD屏幕、键盘和电以太网接口连接。本实用新型的有益效果：兼容国内各厂家的电子式互感器数字量输出；电子式互感器数字量输出自适应接收；能测试电子式互感器的绝对延时时间、报文间隔时间、报文离散度；准确度高：绝对延时时间测试误差小于1uS，报文间隔时间测试误差小于0.01uS，报文抖动时间测试误差小于0.1uS；便携性好。

Description

便携式电子式互感器时间特性测试仪

技术领域

本实用新型属于在智能电网中使用的电子式互感器的检测及测试领域，涉及的是一种针对电子式互感器的传输延时时间、报文间隔时间、报文抖动时间等时间指标进行检测的仪器。

背景技术

电子式互感器是智能电网中对一次侧电压和电流进行测量并进行数字化输出的基础性设备，相对于模拟量输出的传统电磁式互感器而言，电子式互感器带来的不仅是互感器产品的技术革新，更为电网的数字化、智能化、网络化、以及经济性和可靠性提供了基础性的保障。

从传统电磁式互感器的角度而言，互感器将一次侧的高电压大电流转换成额定100V和5A的小幅值模拟信号，再输入到二次侧的继电保护设备、监测控制设备、故障录波装置、电能计量装置等等自动化设备，一次侧到二次侧设备的信号传变是电磁模拟量传输，这就决定了传输的快速性和连续性。而电子式互感器是经过了传感头变换-信号调理-模数转换-插值同步-报文发送等处理环节，通过光纤通信网络输出采样值数字信号，因而一次侧到二次侧设备的信号传变具有延时性和离散性。

电子式互感器的传输延时和报文离散，是二次侧的智能设备完成正确测量和多相同步的关键性指标参数，变压器保护装置、母线保护装置、光纤纵联差动保护，都需要通过各间隔或各端的电子式互感器延时值来进行正确的同步采集，消除差流误差。电子式互感器的延时大小直接关系到二次智能设备的反应速度和动作快慢，离散度的大小关系到多相同步的结果好坏。国家电网公司在《Q-GDW441-2010智能变电站继电保护技术规范》中，明确规范了电子式互感器的采样率优先采用4000Hz和12800Hz，输出接口支持点对点传输和组网传输，传输延时时间不大于2mS，报文离散度不大于10uS等相关的技术指标。

 在现阶段的智能电网工程建设中，以及电子式互感器的联调和验收中，缺乏一个专门针对电子式互感器的时间特性进行测试和检验，并具备一定通用性和易用性的设备。因而，急需研制相关测试设备以适应智能电网建设需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述问题，提供一种测试电子式互感器的传输延时时间、报文间隔时间、报文离散度等时间特性的便携式电子式互感器时间特性测试仪，同时仪器具备一定的电子式互感器输出检测功能，以适应电子式互感器在生产、检测、联调、施工、验收等各环节的测试需求。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：便携式电子式互感器时间特性测试仪，其特征在于：包括电子式互感器一次侧模拟量接收端口、电子式互感器输出数字量接收端口、与模拟量接收端口连接的模数转换器、接收并解析互感器输出的数字量的接收器、与模数转换器和接收器连接的微处理器。

前述的便携式电子式互感器时间特性测试仪，所述的微处理器还分别与LCD屏幕、键盘和电以太网接口连接。

前述的便携式电子式互感器时间特性测试仪，所述的电子式互感器一次侧模拟量接收端口与电流/电压标准互感器连接，电流/电压标准互感器的前部依次设有220v交流电压、调压器、升流器/升压器，标准互感器、升流器/升压器与一次导线连接。

前述的便携式电子式互感器时间特性测试仪，所述的电子式互感器输出数字量接收端口与合并单元MU连接，电子式互感器通过传感头连接一次导线，传感头采集信息输入合并单元MU，合并单元MU输出数字量。

前述的便携式电子式互感器时间特性测试仪，合并单元MU与电子式互感器输出数字量接收端口的光纤通信协议为IEC61850-9-1、IEC61850-9-2LE、IEC61850-9-2、或IEC60044-8  FT3。

前述的便携式电子式互感器时间特性测试仪，所述的模数转换器为Delta-Sigma ADC，所述的接收器为现场可编程阵列器FPGA，所述的微处理器为Power PC。

前述的便携式电子式互感器时间特性测试仪，所述的微处理器与存储器连接，存储器为FLASH芯片。

前述的便携式电子式互感器时间特性测试仪，电子式互感器一次侧模拟量接收端口与模数转换器之间连接有电压/电压转换器或电流/电压转换器。

电子式互感器的绝对延时时间是指：电子式互感器一次侧工频模拟量出现某一量值的时刻，到电子式互感器合并单元（MU）输出口将该量值模拟量对应的数字采样值送出的时刻之间的时间间隔。

测试电子式电流互感器（OCT）的时间特性时，试验接线采用220v交流电源-调压器-升流器的方式产生大电流，该电流同时施加到被测OCT和“电流标准互感器”的一次侧，“电流标准互感器”二次侧额定电流输出5A，MU的数字量输出和“电流标准互感器”的模拟量输出，同时接入到“电子式互感器时间特性测试仪”。

测试电子式电压互感器（OVT）的时间特性时，试验接线采用220v交流电源-调压器-升压器的方式产生高电压，该电压同时施加到被测OVT和“电压标准互感器”的一次侧，“电压标准互感器”二次侧额定电压输出100V，MU的数字量输出和“电压标准互感器”的模拟量输出，同时接入到“电子式互感器时间特性测试仪”。

“电子式互感器时间特性测试仪”通过实时采集“标准互感器”转变过来的模拟量，获取被测电子式互感器的一次侧的模拟量信息；同时，测试仪实时接收并解析电子式互感器MU的数字量输出，在内部高精度温补晶振的统一节奏下，上述模量信号采集和数字量接收同步进行。模拟量采集的每一个采样值均有一个精确的时间标签（时标）对应，同样的，接收到的每一个MU数字量也有一个精确的时标对应。可见，电子式互感器的一次侧模拟信号和电子式互感器二次侧输出的数字信号，在测试仪内部能够统一到同一个时间横坐标轴上，通过两者之间错开的相位关系，以及实际的信号频率，便得到电子式互感器的传输延时时间。

因为测试仪接收到的每一个MU报文都有一个时标对应，因而可以得到每个报文与上一个报文之间的时间间隔，统计一定数目的报文作为样本，即可得到电子式互感器数字量输出的报文间隔时间平均值、最大值、最小值，以及间隔时间对应的报文分布比率；同时得到报文抖动时间的最大值、最小值、平均值，以及抖动时间对应的报文分布比率。

同时，测试仪能够实时判别MU输出报文的连续性和稳定性，统计错误帧数目和丢帧数目，得到电子式互感器的丢帧率和误码率。

测试仪采用PowerPC和FPGA构成主控制器的嵌入式结构，结合ADC和FLASH外围芯片，并配合LCD、电以太网接口、键盘等接口硬件，构成仪器的硬件平台，软件基于vxworks嵌入式操作系统进行开发，实现上述时间特性测试功能，测试结果能够在界面上实时显示，并能够连续绘制结果曲线和表格，并能够保存测试结果数据，通过以太网通信口可以将结果导出。

本实用新型的有益效果：兼容国内各厂家的电子式互感器数字量输出，包括：IEC61850-9-1、IEC61850-9-2LE、国网IEC61850-9-2、IEC60044-8版 FT3、国网版FT3；

电子式互感器数字量输出自适应接收，无需设置带宽、采样率、额定一次值、APPID、ASDU（应用服务数据单元）数目等参数，操作简单；功能丰富，界面友好；能测试电子式互感器的绝对延时时间、报文间隔时间、报文离散度；能够监测电子式互感器输出的所有通道的有效值、相位、频率；能够检测电子式互感器的丢帧数及丢帧率、误码数及误码率；所有实时数据和结果数据均绘制对应的波形和表格，并能保存和输出；准确度高：绝对延时时间测试误差小于1uS，报文间隔时间测试误差小于0.01uS，报文抖动时间测试误差小于0.1uS；接线简单，将两根模拟信号线和一根光纤信号线接入测试仪即完成了试验的接线；结构紧凑，低功耗，电池供电，能连续稳定工作6天，无需在试验现场为测试仪额外配置工作电源，电池电压偏低时能及时告警，具有很好的便携性。

附图说明

图1为本实用新型的结构图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

根据图1，上方虚线框为的电子式互感器结构示意图，下方虚线框为“电子式互感器时间特性测试仪”结构框图。当进行电子式电流互感器测试时，通过调压器-升流器对互感器一次侧施加电流，此时“电子式互感器时间特性测试仪”接收来自CT标准互感器的电流和合并单元（MU）的输出。当进行电子式电压互感器测试时，通过调压器-升压器对互感器一次侧施加电压，此时“电子式互感器时间特性测试仪”接收来自PT标准互感器的电压和合并单元（MU）的输出。

测试仪硬件采用微处理器PowerPC——MPC8247和接收器FPGA——Xilinx Spartan3（产品来自Xilinx公司）构成主处理器。配置一路Agilent HFBR2416作为FT3光纤数据接收，该款接收器能很好的兼容5M和10M带宽，配置一路Agilent AFBR5803作为光纤以太网通信接口。FPGA完成FT3的自适应接口，不管是5M的IEC60044-8版FT3，还是10M的国网版FT3都能正确解析，无需用户额外配置。FPGA特有的精确时序控制能力，可以将合并单元送过来的数字量都精确的打上时标，数据正确接收并打上时标后，通过内部缓存传给MPC8247。

100V和5A的模拟信号，经过转换器回路变换成可供采集的小电压信号，采用TI公司的ADS1271作为模数转换器对信号进行采集，该款ADC为24位、50KHz带宽，是高信噪比的Delta-Sigma ADC，本仪器采用50KHz的采样率结合前端的低通滤波器调理回路，确保对输入的工频模拟信号的完整采集。

采用Spansion公司的S29GL128P作为存储器，128M容量的FLASH芯片确保程序和试验数据可以完整可靠的存储。

采用800×600灰屏LCD和配合18个按钮的键盘输入作为人机界面，并设置一路电以太网接口作为仪器与上位机通信，上送试验数据的接口。

应用软件基于vxworks操作系统开发，vxworks良好的可靠性和卓越的实时性被广泛应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域，应用软件完成模拟量数据的采集，数字量的接收，在时间轴上绘制波形，经分析处理得到波形的相位和频率，进而得到被测互感器的延时时间。并按照设定的时间周期，统计延时时间的最大值、最小值、平均值；报文间隔时间平均值、最大值、最小值，以及间隔时间对应的报文分布比率；同时得到报文抖动时间的最大值、最小值、平均值，以及抖动时间对应的报文分布比率。同时，软件完成总接收帧数、错误帧数、丢帧数、误码率、丢帧率的统计分析。

测试仪采用可充电电池供电，在使用中无需外接电源线，可连续运行6天，方便便捷。当电压偏低时能及时告警，提醒充电。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。 

Claims (8)

1.便携式电子式互感器时间特性测试仪，其特征在于：包括电子式互感器一次侧模拟量接收端口、电子式互感器输出数字量接收端口、与模拟量接收端口连接的模数转换器、接收并解析互感器输出的数字量的接收器、与模数转换器和接收器连接的微处理器。

2.根据权利要求1所述的便携式电子式互感器时间特性测试仪，其特征在于：所述的微处理器还分别与LCD屏幕、键盘和电以太网接口连接。

3.根据权利要求1所述的便携式电子式互感器时间特性测试仪，其特征在于：所述的电子式互感器一次侧模拟量接收端口与电流/电压标准互感器连接，电流/电压标准互感器的前部依次设有220v交流电压、调压器、升流器/升压器，标准互感器、升流器/升压器与一次导线连接。

4.根据权利要求1所述的便携式电子式互感器时间特性测试仪，其特征在于：所述的电子式互感器输出数字量接收端口与合并单元MU连接，电子式互感器通过传感头连接一次导线，传感头采集信息输入合并单元MU，合并单元MU输出数字量。

5.根据权利要求4所述的便携式电子式互感器时间特性测试仪，其特征在于：合并单元MU与电子式互感器输出数字量接收端口的光纤通信协议为IEC61850-9-1、IEC61850-9-2LE、IEC61850-9-2、或IEC60044-8  FT3。

6.根据权利要求1所述的便携式电子式互感器时间特性测试仪，其特征在于：所述的模数转换器为Delta-Sigma ADC，所述的接收器为现场可编程阵列器FPGA，所述的微处理器为Power PC。

7.根据权利要求1所述的便携式电子式互感器时间特性测试仪，其特征在于：所述的微处理器与存储器连接，存储器为FLASH芯片。

8.根据权利要求1所述的便携式电子式互感器时间特性测试仪，其特征在于：电子式互感器一次侧模拟量接收端口与模数转换器之间连接有电压/电压转换器或电流/电压转换器。

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