CN205656294U - 一种电流互感器误差测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种电流互感器误差测量仪，包括：电压电流发生器、一次电压测量电路、二次电压测量电路、二次电流测量电路和依次电连接的数字信号处理器、现场可编程门阵列、微处理器及显示器，其中，所述电压电流发生器的输入端分别电连接所述微处理器以及被测电流互感器的一次端和二次端，所述电压电流发生器的输出端分别与一次电压测量电路和二次电压测量电路的输入端电连接；所述一次电压测量电路、二次电压测量电路和二次电流测量电路的输出端均电连接所述数字信号处理器的输入端；所述二次电流测量电路的输入端与所述被测电流互感器的二次端电连接。本测试仪测量变比范围广、功能齐全，可大大的提高现场工作效率。

Description

一种电流互感器误差测量仪

技术领域

本实用新型涉及电力测量技术领域，特别是涉及一种电流互感器误差测量仪。

背景技术

电流互感器的复合误差直接影响继电保护动作的可靠性，在GB/T14285-2006继电保护及安全自动装置技术规程中规定：电流互感器带实际二次负荷在稳定短路电流下准确限制系数或励磁特性(含饱和拐点)应能满足所接保护装置动作可靠行性要求。

按照传统的检测方法，检定电流互感器需要比被检互感器高两个等级或以上的标准电流互感器、互感器测试仪、电流负载箱、负载箱、调压控制箱、大电流导线和相应的升流设备，由于现场使用的电流较大，通常一套标称2000A以下设备的总重量不低于200kg，使用非常不方便；另外，现场检测需要线路停电，由于设备庞大，接线时间很长，要求停电的时间长，对供电系统的影响比较大；还有些电流互感器电流太大，需要的大电流导线十分笨重，在现场需要吊车的配合才能接线，即使这样，也不一定能升到额定电流。

因此，在许多场合，应用传统的电流互感器检定方法困难重重，目前电流互感器的现场检测只是对部分电流互感器而言，并不能进行全方位的检测。

实用新型内容

本实用新型实施例中提供了一种电流互感器误差测量仪，以解决现有技术中的电流互感器检测不全面的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例公开了如下技术方案：

本实用新型实施例提供了一种电流互感器误差测量仪，包括：电压电流发生器、一次电压测量电路、二次电压测量电路及二次电流测量电路和依次电连接的数字信号处理器、现场可编程门阵列、微处理器及显示器，其中，

所述电压电流发生器的输入端分别电连接所述微处理器、以及被测电流互感器的一次端和二次端，所述电压电流发生器的输出端分别与一次电压测量电路及二次电压测量电路的输入端电连接；

所述一次电压测量电路、二次电压测量电路及二次电流测量电路的输出端均电连接所述数字信号处理器的输入端；

所述二次电流测量电路的输入端与所述被测电流互感器的二次端电连接。

优选地，所述一次电压测量电路包括依次电连接的一次电压测量模块、第一整流滤波电路及第一模数转换模块；

所述电压电流发生器的输出端与所述一次电压测量模块的输入端电连接，所述第一模数转换模块的输出端与所述数字信号处理器的输入端电连接。

优选地，所述二次电压测量电路包括依次电连接的二次电压测量模块、第二整流滤波电路及第二模数转换模块；

所述电压电流发生器的输出端与所述二次电压测量模块的输入端电连接，所述第二模数转换模块的输出端与所述数字信号处理器的输入端电连接。

优选地，所述二次电流测量电路包括依次电连接的二次电流测量模块、第三整流滤波电路及第三模数转换模块；

所述二次电流测量模块的输入端与所述被测电流互感器的二次端电连接；所述第三模数转换模块的输出端与所述数字信号处理器的输入端电连接。

优选地，所述电压电流发生器的最大输出电流为600A、最大瞬时电流为1500A、最大输出电压为2000V。

本实用新型的有益效果包括：本实用新型自带电压电流发生器系统，无需外部切换，内部自动设置输出电压和电流；并设有升压器和升流器，输出功率较大，体积小，方便携带，使用操作简便，最大输出电流可达600A，最大瞬时电流可达1500A，最大输出电压2000V。本实用新型还可作为对电流互感器暂态特性进行测量，试验过程安全、使用方便，接线简单，具有重量轻、尺寸小、便于携带、测量变比范围广、功能齐全等特点，极大的提高现场工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种电流互感器误差测量仪的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种电流互感器误差测量仪的测量原理图；

图3为本实用新型实施例提供的一种电流互感器误差测量仪的等效电路图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

参见图1，图1为本实用新型实施例提供的一种电流互感器误差测量仪的结构示意图，包括：电压电流发生器1、一次电压测量电路、二次电压测量电路、二次电流测量电路和依次电连接的DSP处理器(Digital Signal Processing，数字信号处理器)11、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)12、微处理器13及显示器14。其中,微处理器13为ARM处理器，电压电流发生器1的最大输出电流为600A、最大瞬时电流为1500A、最大输出电压为2000V。

所述电压电流发生器1的输入端分别电连接所述微处理器13以及被测电流互感器的一次端和二次端，所述电压电流发生器1的输出端分别与一次电压测量电路、二次电压测量电路的输入端电连接。

所述一次电压测量电路、二次电压测量电路和二次电流测量电路的输出端均电连接所述数字信号处理器11的输入端。

所述二次电流测量电路的输入端与所述被测电流互感器的二次端电连接。

所述一次电压测量电路包括依次电连接的一次电压测量模块2、第一整流滤波电路3及第一模数转换模块4；所述电压电流发生器1的输出端与所述一次电压测量模块2的输入端电连接，所述第一模数转换模块4的输出端与所述DSP处理器11的输入端电连接。

所述二次电压测量电路包括依次电连接的二次电压测量模块5、第二整流滤波电路6及第二模数转换模块7；所述电压电流发生器1的输出端与所述二次电压测量模块的输入端电连接，所述第二模数转换模块7的输出端与所述DSP处理器11的输入端电连接。

所述二次电流测量电路包括依次电连接的二次电流测量模块8、第三整流滤波电路9及第三模数转换模块10；所述二次电流测量模块8的输入端与所述被测电流互感器的二次端电连接；所述第三模数转换模块10的输出端与所述数字信号处理器11的输入端电连接。

本实用新型实施例提供的电流互感器误差测量仪使用时，所述一次电压测量模块2、二次电压测量模块5、二次电流测量模块8在测量时进行第一次时间同步；所述第一模数转换模块4、第二模数转换模块7和第三模数转换模块10进行第二次时间同步后，同时将信号送入所述DSP处理器11。

目前，现有技术采用的电压电流发生器1均有接口连接ARM处理器13，并不需其他特殊计算机控制程序来实现本实用新型。

本实用新型测量电流互感器的比差和角差的原理和方法，如图2所示，在图2中，R_P为一次绕组电阻；L_p为一次侧漏电感；I_P为一次侧电流；I_CT为二次侧电流；L_S为二次侧漏电感；R_CT为二次绕组电阻；N_P为一次侧绕组，N_S为二次侧绕组；U_C为励磁电感两端电压；R_H为磁滞损耗电阻；L_main为励磁回路电感；R_eddy为涡流电阻；U_CT(V_B)为负载两端电压；I_L为励磁回路电感电流；I_C为铁损和铜损折算电流(铁损包括涡流损耗和磁滞损耗)；I_E为涡流损耗电流；Z_b为负载阻抗。

电流互感器其复数误差ε的计算公式为：

ε＝-(Z₂+Z)Y+△f (1)

式中Z₂为二次绕组内阻抗；Z为二次负荷阻抗；Y为二次励磁导纳；△f为比值差补偿值。

Z₂＝R_CT+jL_S (2)

Z＝Z_b＝Z_bcosθ+jZbsinθ (3)

Y＝G-jB (4)

△f＝(SR-N)/N (5)

式中G-jB表示由RH，L_main，R_eddy合成的铁心导纳，SR为CT额定电流比，N为CT实际电流比；

$G=\frac{1}{R_H}+\frac{1}{R_{eddy}}---\left(6\right)$

$B=\frac{1}{{\mathrm{\ωL}}_{main}}---\left(7\right)$

将公式(2)、(3)、(4)、(5)代入(1)，可得：

＝-(R_CT+jL_S+Z_bcosθ+jZ_bsinθ)(G-jB)+(SR-N)/N＝{-[G(R_CT+Z_bcosθ)+B(L_S+Z_bsinθ)]+(SR-N)/N}+j{[B(R_CT+Z_bcosθ)-G(L_S+Z_bsinθ)]} (8)

即电流互感器的比差f为ε的实部-[G(R_CT+Z_bcosθ)+B(L_S+Z_bsinθ)]+(SR-N)/N，即电流互感器的角差δ为ε的虚部[B(R_CT+Z_bcosθ)-G(L_S+Z_bsinθ)]。

结合图1，为了计算得出被测电流互感器的比差和角差，需要测量实际电流比N、二次绕组电阻R_CT、二次励磁导纳Y和二次侧漏电感L_S，代入公式(8)即可，分为三个步骤：

首先，对被测电流互感器进行测量时，所述电压电流发生器1输出直流电压，直流电压加载至被测电流互感器二次端，同时所述二次电压测量模块5测量该直流电压，所述二次电流测量模块8测量电流互感器二次端电流，通过欧姆定律计算得出直流电阻R_CT；然后所述电压电流发生器1动态变化输出交流电压加载至被测电流互感器一次端，同时所述二次电压测量模块5测量二次端电压，所述二次电流测量模块8测量电流互感器二次端电流，根据典型电流互感器磁滞回线计算得出磁滞损耗电阻R_H、涡流电阻R_eddy和励磁回路电感L_main。

其次，二次负载Z_b为本实用新型等效内阻抗，主要是电压电流发生器1的内阻抗，采用万用表测量，一般为0Ω～1Ω。然后，所述电压电流发生器1输出一次电流至被测电流互感器一次端，通过二次电流测量模块8测量被测电流互感器的二次电流，实际电流比N等于一次电流除以二次电流。

最后，如图3所示，考虑到准确测量和计算电流互感器漏感参数的问题，本实用新型对于电流互感器回路平衡方程进行了拟合处理，从而得到了的各绕组参数辨识模型，由于模型简化带来的模型误差将会引起参数结果存在误差d_m，归算到一次侧的电流互感器绕组参数，电流互感器的漏电感计算方程可表示为公式(9)：

u₁-ku₂-r₁i₁+k²r₂(i₁-i_m)+L_{1 φ}di₁/d_t+k²L_{2 φ}d(i₁-i_m)dt＝r_ki₁+L_{1 φ}di₁/dt-k²r₂i_m-k²L_{2 φ}di_m/dt-r_ki₁+L_{1 φ}di₁/dt-d_m (9)

式(9)中r_k和L_φ为绕组归算到一次侧的等值电阻和漏电感，u₁为一次侧电压，u₂为二次侧电压，i₁为一次侧电流，i₂为二次侧电流，k为离散系数，L_{1 φ}为一次侧漏电感，L_{2 φ}为二次侧漏电感，i_m为励磁电流，d_m为系统附加误差。结合图1，所述电压电流发生器1动态变化输出交流电压和电流加载至被测电流互感器一次端，同时所述二次电压测量模块5测量二次端电压，所述二次电流测量模块8测量电流互感器二次端电流，根据所述电压电流发生器1输出的u₁和i₁幅值和相位，并测量出电流互感器二次侧u₂和i₂，计算出离散系数k、一次侧漏电感L_{1 φ}、二次侧漏电感L_{2 φ}和励磁电流i_m。根据电流互感器原理，系统附加误差d_m与一次侧电流成正比，励磁电流为1％时，d_m取0.0004；励磁电流为0.1％时，dm取0.00004；励磁电流在(0.1％～1％)时，dm采用拉格朗日插值法得到。将各个参数代入公式(9)即可计算出二次侧漏电感L_S。

根据上述三步得出的实际电流比N、二次绕组电阻R_CT、二次励磁导纳Y和二次侧漏电感L_S，代入公式(8)即可得出电流互感器的比差和角差。

另一方面，目前的保护用大电流互感器采用的都是干式电流互感器和油浸式电流互感器，它们不但结构比较复杂，尺寸比较大，而且绝缘性能比较差。一般来说测量用大电流互感器的磁路由闭合圆环形铁心构成，即其磁路就是铁心。而现行TPY级保护用大电流互感器则不同，它的磁路是由非闭合铁心与气隙组合构成的，既要满足保护用大电流互感器暂态特性应具有线性特点的条件，又应能消除剩磁对其在过渡状态中工作准确度的影响。本实用新型可进行电流互感器暂态特性的分析和计算，具体如下，根据电力系统短路电流瞬时值的计算公式为：

$i_p\left(t\right)=\sqrt{2}{I}_{psc}\[e^{-t/T_p}cos\mathrm{\θ}-cos(\mathrm{\ω}t+\mathrm{\θ})\]---\left(10\right)$

式(10)中，θ为短路瞬间电流的初相角；cosθ为短路电流的偏移度；I_psc为一次短路电流；T_p为一次系统的时间常数。

所述电压电流发生器1输出瞬时一次短路电流I_psc加载至被测电流互感器一次端，同时所述二次电压测量模块5测量电流互感器二次端电压，所述二次电流测量模块8测量电流互感器二次端电流。为准确测量各个参数，需要对一次电压测量模块2、二次电压测量模块5和二次电流测量模块8进行时间同步，同步时间误差应小于10μs，优先1μs。所述第一整流滤波电路3、第二整流滤波电路6和第三整流滤波电路9容易出现信号漂移，第一模数转换模块4、第二模数转换模块7和第三模数转换模块10再将信号同时送入DSP处理器11前需要进行时间同步，同步时间误差应小于10μs，优先1μs。

电流互感器电流全偏移为最严重的极限情况时，θ＝0，上式(10)可以简化为：

$i_p\left(t\right)=\sqrt{2}{I}_{psc}(e^{-t/T_p}-cos\mathrm{\ω}t)---\left(11\right)$

全偏移短路电流经t秒后的暂态系数为：

$K_{tf}=\frac{{\mathrm{\ωT}}_p{T}_s}{T_p-T_s}(e^{-\frac{t}{T_p}}-e^{-\frac{t}{T_s}})-sin\mathrm{\ω}t---\left(12\right)$

出现极限最严重情况时，令sinωt＝-1代入，得到公式(13)：

对于C-O工作循环，暂态面积系数为：

$K_{td}=\frac{{\mathrm{\ωT}}_p{T}_s}{T_p-T_s}(e^{\frac{-t_{al}^{\′}}{T_p}}-e^{\frac{-t_{al}^{\′}}{T_s}})+1---\left(13\right)$

式(13)中，T_p是一次时间常数；T_s为二次时间常数；t’为第一次电流通过时间，在t’_al时间内保持规定的准确度；t"代表第二次电流通过时间，在t"_al时间内保持规定的准确度；ω为角频率。

根据本实用新型测量所得的电流互感器二次绕组电阻R_CT和负载阻抗Z_b，即可计算得出励磁特性的二次极限电动势E_al。

电流互感器励磁特性的二次极限电动势可由(14)式表示。

E_al＝I_psc/I_pnK_tdI_sn(R_CT+Z_b) (14)

通过以上的方法实施例的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本实用新型可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

可以理解的是，本实用新型可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本实用新型可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本实用新型，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种电流互感器误差测量仪，其特征在于，包括：电压电流发生器、一次电压测量电路、二次电压测量电路、二次电流测量电路和依次电连接的数字信号处理器、现场可编程门阵列、微处理器及显示器，其中，

所述电压电流发生器的输入端分别电连接所述微处理器以及被测电流互感器的一次端和二次端，所述电压电流发生器的输出端分别与一次电压测量电路和二次电压测量电路的输入端电连接；

所述一次电压测量电路、二次电压测量电路及二次电流测量电路的输出端均电连接所述数字信号处理器的输入端；

所述二次电流测量电路的输入端与所述被测电流互感器的二次端电连接。

2.根据权利要求1所述的电流互感器误差测量仪，其特征在于，所述一次电压测量电路包括依次电连接的一次电压测量模块、第一整流滤波电路及第一模数转换模块；

所述电压电流发生器的输出端与所述一次电压测量模块的输入端电连接，所述第一模数转换模块的输出端与所述数字信号处理器的输入端电连接。

3.根据权利要求1所述的电流互感器误差测量仪，其特征在于，所述二次电压测量电路包括依次电连接的二次电压测量模块、第二整流滤波电路及第二模数转换模块；

所述电压电流发生器的输出端与所述二次电压测量模块的输入端电连接，所述第二模数转换模块的输出端与所述数字信号处理器的输入端电连接。

4.根据权利要求1所述的电流互感器误差测量仪，其特征在于，所述二次电流测量电路包括依次电连接的二次电流测量模块、第三整流滤波电路及第三模数转换模块；

所述二次电流测量模块的输入端与所述被测电流互感器的二次端电连接；所述第三模数转换模块的输出端与所述数字信号处理器的输入端电连接。

5.根据权利要求1所述的电流互感器误差测量仪，其特征在于，所述电压电流发生器的最大输出电流为600A、最大瞬时电流为1500A、最大输出电压为2000V。