CN212229148U - 电压法现场快速测试gis电流互感器变比的测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电压法现场快速测试GIS电流互感器变比的测试装置，包括主控制器DSP，主控制器通过RS232接口与输出控制器MCU连接，主控制器与采样输入单元、显示模组和键盘连接，采样输入单元包括感应电压采样电路、输出电压采样电路和输出电流采样电路。本实用新型提供的电压法现场快速测试GIS电流互感器变比的测试装置，一方面提高了GIS电流互感器变比的测试精度，另一方面加强了现场测试抗电磁干扰能力，大大方便了GIS电流互感器的现场测试任务，扩充了电压法测试的应用领域，尤其对现场快速测试GIS电流互感器的检测具备重要意义和很好的推行价值。

Description

电压法现场快速测试GIS电流互感器变比的测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种电压法现场快速测试GIS电流互感器变比的测试装置，属于电流互感器测试技术领域。

背景技术

互感器的制造厂家在互感器出厂时都会做变比误差和极性检测试验并提供数据，为了在现场能够判断互感器是否正常，通过检测互感器的变比和极性是其重要手段之一。目前前电流互感器变比的现场检测方法大同小异，主要有升流对比法(电流法)和负荷外推法。

(1)升流对比法(电流法)，一般一套完整的电流法检测系统必须包含以下几种设备：电源调压器、大电流发生器、标准电流互感器、互感器误差校验设备。对于GIS电流互感器一次回路长和阻抗大的特点，为了降低对电源和大电流发生器的容量依赖，可提供功率补偿装置，具体实施方案是在升压器输出端和大电流发生器输出端并联补偿电容，然后通过调节电容量的大小达到谐振，使得感性无功和容性无功相互平衡，从而完成GIS电流互感器的现场检测工作。这种方法无论从原理上还是测量精度上都是最能直接体现被检互感器的精度的，也是互感器制造厂商广泛采用的。

(2)负荷外推法，这种方法是由电流对比法演变而来的，其主要目的为了解决电流法电源容量无法满足测试需求，其检测原理与电流法类似，不同点在于负荷外推法不需要升流至额定一次电路，是先测试低电流点误差，然后通过改变二次负荷来实现大电流和额定电流点下的励磁导纳测试，最后根据电流互感器的误差数学模型分析计算出大电流点和额定电流点的误差数据，这种方法也叫低校高法。

目前对于测试GIS电流互感器来说电流法和负荷外推法的缺点主要有以下几个方面：(1)试验难度大，需要测试电源的容量非常大，一般现场试验条件无法满足；(2)测试过程复杂，测试效率低；(3)对于一些内部阻抗过大的GIS互感器可能需要将其拆除才能完成测试。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种电压法现场快速测试GIS电流互感器变比的测试装置，一方面提高了GIS电流互感器变比的测试精度，另一方面加强了现场测试抗电磁干扰能力，大大方便了GIS电流互感器的现场测试任务，扩充了电压法测试的应用领域，尤其对现场快速测试GIS电流互感器的检测具备重要意义和很好的推行价值。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种电压法现场快速测试GIS电流互感器变比的测试装置，包括主控制器DSP，主控制器DSP通过RS232接口与输出控制器MCU连接，主控制器DSP与采样输入单元、显示模组和键盘连接，采样输入单元包括感应电压采样电路、输出电压采样电路和输出电流采样电路，电压采样电路包括依次串联的感应测量接口、第一EMC滤波器、第一放大器以及接入主控制器DSP的第一模数转换器，感应测量接口用于与GIS电流互感器的P1端和P2端连接；输出电压采样电路包括依次串联的输出测量接口、第二EMC滤波器、第二放大器以及接入主控制器DSP的第二模数转换器，输出测量接口用于与GIS电流互感器的S1端和S3端连接；输出电流采样电路包括依次串联的数模转换模块、功率放大器、第三EMC滤波器、第三放大器以及接入主控制器DSP的第三模数转换器，其中数模转换器与输出控制器MCU连接，第三EMC滤波器还与用于与GIS电流互感器的S1端和S2端连接的输出接口连接。

第一放大器、第二放大器和第三放大器均采用AD620运放。

感应测量接口与GIS电流互感器之间的测试线长度不超过100m，输出测量接口和输出接口与GIS电流互感器之间的测试线长度不超过3m，测试线均采用同轴测量电缆。

主控制器DSP与无线数据发送模块连接。

无线数据发送模块通过无线网络与服务器通信。

本实用新型基于其技术方案所具有的有益效果在于：

(1)本实用新型实现了电压法测试GIS电流互感器变比和极性，大大降低了测试成本；

(2)本实用新型非常适用于现场测试GIS电流互感器的要求，测试快速，相比传统测试方法大幅提高了测试效率；

(3)本实用新型通过异频输出抗干扰法和数字滤波技术等方法提高了装置的抗干扰能力和测试的准确性。

附图说明

图1是本实用新型提供的电压法现场快速测试GIS电流互感器变比的测试装置的硬件模块连接示意图。

图2是电压法测试GIS电流互感器等效图。

图3是本实用新型接线示意图。

图中：1-电力线开关，2-气体绝缘母线，3-接地闸刀，4-开关，5-负载，6-测试装置，7-测试线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

参照图1，本实用新型提供了一种电压法现场快速测试GIS电流互感器变比的测试装置，包括主控制器DSP，主控制器DSP通过RS232接口与输出控制器MCU连接，主控制器DSP与采样输入单元、显示模组和键盘连接，采样输入单元包括感应电压采样电路、输出电压采样电路和输出电流采样电路，电压采样电路包括依次串联的感应测量接口、第一EMC滤波器、第一放大器以及接入主控制器DSP的第一模数转换器(即第一A/D转换器)，感应测量接口用于与GIS电流互感器的P1端和P2端连接；输出电压采样电路包括依次串联的输出测量接口、第二EMC滤波器、第二放大器以及接入主控制器DSP的第二模数转换器(即第二A/D转换器)，输出测量接口用于与GIS电流互感器的S1端和S3端连接；输出电流采样电路包括依次串联的数模转换模块、功率放大器、第三EMC滤波器、第三放大器以及接入主控制器DSP的第三模数转换器(即第三A/D转换器)，其中数模转换器与输出控制器MCU连接，第三EMC滤波器还与用于与GIS电流互感器的S1端和S2端连接的输出接口连接。

第一放大器、第二放大器和第三放大器均采用AD620运放。

感应测量接口与GIS电流互感器之间的测试线长度不超过100m，输出测量接口和输出接口与GIS电流互感器之间的测试线长度不超过3m，测试线均采用同轴测量电缆。

主控制器DSP与无线数据发送模块连接。

无线数据发送模块通过无线网络与服务器通信。

下面对本实用新型的测试原理进行描述：

电流互感器和变压器的根本原理虽然都是电磁感应原理，但是它们也是有很大的不同之处，最大的不同点是铁芯内部产生交替变化的磁通回路电流来源不一样，变压器是由作用于绕组两端的交流电压产生的电流而建立磁通的，而电流互感器是由与之串联的高圧回路电流通过其一次绕组建立磁通的。从这里可以看出，互感器的一次线圈和二次线圈的匝数比就直接决定电流互感器的电流比，也就是我们所说的变比，影响电流互感器变比误差的因素有很多，其中最重要的有以下几点：

A、一次电流频率的影响；

B、铁芯材料和结构的影响；

C、二次回路阻抗的影响；

D、一次电流大小的影响；

互感器的制造厂家在互感器出厂时都会做变比误差和极性检测试验并提供数据，为了在现场能够判断互感器是否正常，往往在不考虑上述四种影响外，通过检测互感器的二次和一次的匝数比成为检测互感器变比的重要手段之一。

电压法测试GIS电流互感器等效图如图2所示，在互感器一次侧两端(P1、P2)接毫伏电压表，在互感器二次侧两端(S1、S2)接测试电源调压器或者具有调压输出功能的伏安特性测试仪，试验时CT一次侧开路，二次侧施加交流电压并检测电压U2和U1。其中：

Z1——折算到二次侧的一次阻抗，包含一次电阻和一次次电抗；

Z2——二次阻抗，包含二次电阻和二次电抗；

Ze——折算到二次侧的励磁阻抗；

Ie——为折算到二次侧的励磁电流。

二次施加电压U2时，在铁芯中产生交变的磁通Φ，由于一次线圈近似开路所以铁芯磁通密度很高，所以磁通Φ在互感器一次侧两端(P1、P2)感应出U1，忽略漏磁通的影响并不考虑绕组上的电压的压降时可认为一次和二次绕组上的电动势的有效值近似等于一次和二次绕组上电压的有效值，即互感器的变比K也就是U2和U1之比。

传统电压法在进行现场测试时，输出电源也即加到二次端子(S1、S2)的电源为一般为工频电源，频率为50Hz(部分系统是60Hz)，那么一次端子(P1、P2)感应到的电压同样为工频频率，由于现场测试时大部分干扰来源是工频干扰，再加上感应端电压信号本来就非常微弱(对于大变比互感器尤为严重)，这样就直接致造感应端电压测试不准确进而造成最终变比误差增大，稳定性和重复性校差。所以变比能否测试准确的问题就转移到了感应端电压是否能高精度测量的问题上。

基于上述原理，本实用新型针对以上问题进行设计，引入数模转换器和输出控制器MCU，利用现有的MCU控制数模转换器进行变频输出的方法，在测试过程中采用异频输出，比如输出47.5H或者52.5Hz，甚至可以输出22.5Hz的低频测试信号，因此测试过程中就避免了工频干扰以及其它干扰源产生的高频干扰。

其次，本实用新型采用高精度模拟采样和滤波相结合的方式提高测量精度。由于现场测试条件复杂，各种变压器和电抗器干扰源都可能存在，并且感应的电压信号又极其微弱更容易受到干扰，所以采用低失真低电压噪声的模拟采样电路就显得非常重要，比如系统所采用的Analog Devices公司的AD620运放，就具备这个特点，除此之外AD620还具有高精度、低失调电压和低失调漂移等特性，是微弱信号和精密数据采集系统的理想之选，非常适合一次感应端(P1、P2)的电压采集和多路复用应用。

此外，一次感应端(P1、P2)的电压信号经过模拟采样和AD转换为数字信号后，如何提取出真正有效信号并计算显得尤为重要，这里可采用数字低通滤波器实现。数字滤波器作为数字信号处理技术(DSP)之一的成熟应用，对于处理一次端的感应信号有得天独厚的优势，可借助DSP芯片的预设快速分离出整整的有效信号。

另一方面，一般电压法测试过程由于不能测试二次电阻，所以往往忽略了绕组上的电压的压降，但是由于一些GIS电流换气二次电阻比较大的情况，如果此时任然忽略二次绕组的电压压降那么将直接导致测试变比比实际偏大。针对这个问题，本实用新型引入了二次绕组降压的影响，可以输出直流电压测试当前二次绕组的电阻，这样在后续计算中可以考虑到二次绕组的影响，进而间接提高了变比的测试精度和稳定性。

本实用新型在实际测试过程中的接线方式如图3所示，将GIS电流互感器与负载5和测试装置6连接，将电力线开关1打开，气体绝缘母线2上的开关4断开，通过二次电阻和二次交流阻抗的频率特性响应分析，并确定干扰最小的测试频率进而增强现场测试的抗干扰能力，并且通过以下几点注意事项能够把测试现场的干扰尽可能降到最小：

(1)接地刀闸3闭合并可靠接地；

(2)测试线7应使用同轴测量电缆，并且测试线尽可能短，P1和P2端测试线不超过100m，S1和S2端测试线不超过3m；

(3)测试系统可靠接地，接地点应尽可能远离干扰源。

连线后，周期性进行模数采样，输出达到预期后进行数字滤波并进行傅里叶分析和结果计算，经过设置的周期次数后计算完成输出最终的测试结果，其中主控制器DSP用以控制AD采样、数字滤波以及对数据的傅里叶分析和结果计算，输出控制器MCU进行DA输出控制，所涉及的控制方法均为本领域公知常识。

本实用新型提供的电压法现场快速测试GIS电流互感器变比的测试装置，一方面提高了GIS电流互感器变比的测试精度，另一方面加强了现场测试抗电磁干扰能力，大大方便了GIS电流互感器的现场测试任务，扩充了电压法测试的应用领域，尤其对现场快速测试GIS电流互感器的检测具备重要意义和很好的推行价值。

Claims (5)

1.一种电压法现场快速测试GIS电流互感器变比的测试装置，包括主控制器DSP，其特征在于：主控制器DSP通过RS232接口与输出控制器MCU连接，主控制器DSP与采样输入单元、显示模组和键盘连接，采样输入单元包括感应电压采样电路、输出电压采样电路和输出电流采样电路，电压采样电路包括依次串联的感应测量接口、第一EMC滤波器、第一放大器以及接入主控制器DSP的第一模数转换器，感应测量接口用于与GIS电流互感器的P1端和P2端连接；输出电压采样电路包括依次串联的输出测量接口、第二EMC滤波器、第二放大器以及接入主控制器DSP的第二模数转换器，输出测量接口用于与GIS电流互感器的S1端和S3端连接；输出电流采样电路包括依次串联的数模转换模块、功率放大器、第三EMC滤波器、第三放大器以及接入主控制器DSP的第三模数转换器，其中数模转换器与输出控制器MCU连接，第三EMC滤波器还与用于与GIS电流互感器的S1端和S2端连接的输出接口连接。

2.根据权利要求1所述的电压法现场快速测试GIS电流互感器变比的测试装置，其特征在于：第一放大器、第二放大器和第三放大器均采用AD620运放。

3.根据权利要求1所述的电压法现场快速测试GIS电流互感器变比的测试装置，其特征在于：感应测量接口与GIS电流互感器之间的测试线长度不超过100m，输出测量接口和输出接口与GIS电流互感器之间的测试线长度不超过3m，测试线均采用同轴测量电缆。

4.根据权利要求1所述的电压法现场快速测试GIS电流互感器变比的测试装置，其特征在于：主控制器DSP与无线数据发送模块连接。

5.根据权利要求4所述的电压法现场快速测试GIS电流互感器变比的测试装置，其特征在于：无线数据发送模块通过无线网络与服务器通信。

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