專利名稱：一種電子式電流互感器校驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域，涉及一種互感器校驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
電流互感器(筒稱CT)是電力系統(tǒng)中電能計(jì)量和繼電保護(hù)的重要設(shè)備，其 長期穩(wěn)定性、可靠性、安全性與電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行密切相關(guān)。目前使 用的電流互感器主要有兩大類 一類是電磁式電流互感器，另一類是電子式電 流互感器。電磁式電流互感器基于電-茲感應(yīng)原理，已在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng) 用，但其存在磁飽和、鐵磁諧振、動(dòng)態(tài)范圍小、不能測(cè)直流、絕緣設(shè)計(jì)困難等 不足，已難以滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的需求。電子式電流互感器是基于先進(jìn)的傳感 技術(shù)和光電子技術(shù)發(fā)展起來的一種新型互感器，分為有源型和無源型兩種。有 源型是采用Rogowski線圈作為敏感元件，其敏感原理與電磁式電流互感器相 同，但其需要解決高壓側(cè)的供電問題。無源型則是利用法拉第磁光效應(yīng)原理實(shí) 現(xiàn)，其敏感頭部分不需供電，且可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流的測(cè)量。根據(jù)敏感材料類型不同， 無源型電子式電流互感器可分為玻璃塊式和全光纖式，其中全光纖電子式電流 互感器由于其制造工藝及采用閉環(huán)檢測(cè)技術(shù)，具有可靠性高、全量程精度高、 頻帶范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，成為電子式電流互感器發(fā)展的主要方向。
電流互感器校驗(yàn)裝置是用于檢驗(yàn)和測(cè)定電流互感器誤差的專用精密儀器。 不同種類的電流互感器所需校驗(yàn)裝置也不相同。電磁式電流互感器的二次端輸 出為模擬方式，其額定二次輸出標(biāo)準(zhǔn)值為1 ~5A，因此其才交驗(yàn)裝置為相同二次 輸出的精密電磁式電流互感器；電子式電流互感器的主要輸出方式為數(shù)字方式 (部分電子式電流互感器有模擬方式輸出)，其校驗(yàn)裝置也需采用數(shù)字輸出方 式。國際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC60044-8與國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20840.8-2007中推薦采用以 下兩種校驗(yàn)方式(1 )對(duì)電磁式電流互感器二次輸出端進(jìn)4亍才莫數(shù)轉(zhuǎn)換；(2)直接采用精確度足夠高的電子式電流互感器。目前國內(nèi)電子式電流互感器校驗(yàn)裝
置主要采用第(1)種方式實(shí)現(xiàn)；第(2)種方式中，需要有長期精確度足夠高 的電子式電流互感器，這種設(shè)備的獲取比較困難，未見有專利或文獻(xiàn)報(bào)道。
采用上述第(1 )種方式的互感器校驗(yàn)裝置，能夠獲得較高的校驗(yàn)精確度， 但仍然存在一些方面的不足首先，仍然存在i茲飽和、二次開路危險(xiǎn)等問題； 其次，不能校驗(yàn)高次諧波電流源下的準(zhǔn)確度；最后，校驗(yàn)精度易受電流源頻率 波動(dòng)和高次諧波的影響，影響校驗(yàn)精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種校驗(yàn)精度高， 同時(shí)可校驗(yàn)被試互感器高次諧波準(zhǔn)確度的電子式電流互感器校驗(yàn)裝置。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 一種電子式電流互感器校驗(yàn)裝置，包括第一電 流源、基準(zhǔn)互感器、合并單元、控制計(jì)算機(jī)、第二電流源、采樣電阻和基準(zhǔn)AD 轉(zhuǎn)換器；第一電流源發(fā)出電流信號(hào) ，第二電流源發(fā)出與電流信號(hào)A，頻率不 同的電流信號(hào)A2, 大于A2,基準(zhǔn)互感器同時(shí)敏感電流信號(hào) 以及A2經(jīng)放 大N倍后的電流信號(hào)NA2,被試互感器敏感電流信號(hào)A"合并單元同時(shí)向基準(zhǔn) 互感器、被試互感器和AD轉(zhuǎn)換器發(fā)送同步脈沖信號(hào)，并在同步脈沖信號(hào)下降 沿時(shí)刻獲取基準(zhǔn)互感器、被試互感器電流采樣值的數(shù)字量以及采樣電阻兩端的 電壓值經(jīng)基準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后獲得的數(shù)字量；合并單元將獲得的數(shù)字量合成 為一個(gè)數(shù)據(jù)幀后送至控制計(jì)算機(jī)；控制計(jì)算機(jī)從數(shù)據(jù)幀中獲取數(shù)字量，基準(zhǔn)互 感器敏感 獲得的電流信號(hào)與被試互感器輸出的電流信號(hào)進(jìn)行比較，用于對(duì)被 試互感器的比差和角差進(jìn)行校驗(yàn)，基準(zhǔn)互感器敏感NA2獲得的電流信號(hào)與基準(zhǔn) AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換獲得的電流信號(hào)進(jìn)行比較，用于對(duì)基準(zhǔn)互感 器進(jìn)行自校準(zhǔn)。
所述的控制計(jì)算機(jī)從數(shù)據(jù)幀中獲取數(shù)字量后，通過離散傅立葉變換的方法 得到電流參數(shù)。
所述的基準(zhǔn)互感器和被試互感器通過光纜以串行方式輸出至合并單元，用1表示"無光"，用0表示"有光"。
所述的基準(zhǔn)互感器為全光纖電子式電流互感器。
所述的采樣電阻為純阻性元件，溫度漂移率小于5ppm/。C。 所述的基準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器的工作方式為外部下降沿觸發(fā)采樣方式，轉(zhuǎn)換頻率 不小于1MHz。
所述的第二電流源的連接導(dǎo)線在基準(zhǔn)互感器上纏繞方式為均勻纏繞N匝。 本發(fā)明與現(xiàn)有一支術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于
(1)本發(fā)明在校驗(yàn)被試互感器的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了基準(zhǔn)互感器的自校準(zhǔn)，克服 了目前電子式電流互感器長期精確度不夠高的特點(diǎn)，提高了電子式電流互感器 校驗(yàn)裝置的校驗(yàn)精度；
(2 )本發(fā)明通過離散傅立葉變換的方法得到電流參數(shù)，通過增加采樣樣本 可以有效地降低輸出數(shù)字量中白噪聲及直流分量的影響；
(3)本發(fā)明的基準(zhǔn)互感器、被試互感器通過光纜以串行方式輸出至合并單 元，串行方式在無信號(hào)時(shí)為高電平；本發(fā)明采用"無光"表示1,"有光"表示 為0，可以有效降低電光轉(zhuǎn)換器的工作時(shí)間，提高其工作壽命；
(4 )本發(fā)明的基準(zhǔn)互感器為全光纖電子式電流互感器，具有全量程精度高、 頻帶范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，可以校驗(yàn)被試互感器高次諧波準(zhǔn)確度；
(5) 本發(fā)明的采樣電阻為純阻性元件，保證采樣電阻兩端電壓與回路中電 流相位相同；采樣電阻溫度漂移率小于5ppm/。C,使采樣電阻在環(huán)境溫度有20 。C變化時(shí)仍可實(shí)現(xiàn)100ppm的電阻精度；
(6) 本發(fā)明的基準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換頻率不小于1MHz,可以保證由轉(zhuǎn)換帶 來的時(shí)間誤差小于1盧；
(7) 本發(fā)明第二電流源的連接導(dǎo)線在基準(zhǔn)互感器上的纏繞方式為均勻纏 繞，使感應(yīng)磁場(chǎng)分布均勻，提高自校準(zhǔn)精度。


圖1為本發(fā)明電子式電流互感器校驗(yàn)裝置的組成原理框圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，為本發(fā)明校驗(yàn)裝置的組成原理框圖，包括校驗(yàn)系統(tǒng)1和自校
準(zhǔn)系統(tǒng)2,校驗(yàn)系統(tǒng)1實(shí)現(xiàn)對(duì)被試互感器15的校驗(yàn)功能，自校準(zhǔn)系統(tǒng)2實(shí)現(xiàn)對(duì) 基準(zhǔn)互感器12的在線自校準(zhǔn)功能。
校驗(yàn)系統(tǒng)1由第一電流源11、基準(zhǔn)互感器12、合并單元13、控制計(jì)算機(jī) 14、被試互感器15構(gòu)成。連接導(dǎo)線同時(shí)穿過基準(zhǔn)互感器12和被試互感器15, 使第一電流源11產(chǎn)生的電流信號(hào) 同時(shí)被二者敏感?；鶞?zhǔn)互感器12和被試互 感器15均與合并單元13相連，合并單元13輸出同步脈沖信號(hào)(5kHz)至基 準(zhǔn)互感器12和被試互感器15;基準(zhǔn)互感器12和被試互感器15分別獲得與同 步脈沖信號(hào)下降沿對(duì)齊的電流樣本，并經(jīng)串行通信線發(fā)送至合并單元13,該串 行方式在無信號(hào)時(shí)為高電平，采用"無光，，表示1,"有光，，表示為0，可以有 效降低電光轉(zhuǎn)換器的工作時(shí)間，提高其工作壽命。傳輸采用UART通信方式， 1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位奇校驗(yàn)位，1位停止位，共十一位，傳輸波特率 為2Mbps。
自校準(zhǔn)系統(tǒng)2由第二電流源21、精密采樣電阻22、基準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器23、 基準(zhǔn)互感器12、合并單元13、控制計(jì)算機(jī)14構(gòu)成。連接導(dǎo)線串接精密采樣電 阻22，并在基準(zhǔn)互感器12上均勻纏繞N匝(等安匝方式)。第二電流源21產(chǎn) 生的電流信號(hào)頻率不同于第一電流源11產(chǎn)生的電流信號(hào)頻率，第二電流源21 產(chǎn)生的電流信號(hào)A"至放大N倍后被基準(zhǔn)互感器12敏感。合并單元13輸出同 步脈沖信號(hào)至基準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器23,基準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器23在同步脈沖信號(hào)下降沿 啟動(dòng)采樣轉(zhuǎn)換，獲得精密采樣電阻22兩端的電壓樣本，經(jīng)串行通信線發(fā)送至 合并單元13。精密釆樣電阻22必須為純阻性器件，保證其兩端電壓與流經(jīng)電 流的相位一致，另外其溫度漂移率需低于5ppm〃C,保證在2CTC的變化范圍內(nèi) 仍可實(shí)現(xiàn)優(yōu)于100ppm的電阻精度?；鶞?zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器23的工作方式為外部下 降沿觸發(fā)采樣，其轉(zhuǎn)換頻率應(yīng)不小于1MHz，從而可以保證由轉(zhuǎn)換帶來的時(shí)間 誤差小于1盧。合并單元13在每個(gè)采樣周期接收到基準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器23、基準(zhǔn)互感器12和 被試互感器15輸出的與同步脈沖下降沿時(shí)間相關(guān)的電流樣本，組成一幀數(shù)據(jù)， 通過以太網(wǎng)接口發(fā)送至控制計(jì)算機(jī)14。幀格式在IEC標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定。
控制計(jì)算機(jī)14通過運(yùn)算完成自校準(zhǔn)和校驗(yàn)工作。控制計(jì)算機(jī)14從數(shù)據(jù)幀 中獲取數(shù)字量后，將基準(zhǔn)互感器12敏感第一電流源11獲得的電流信號(hào)與被試 互感器15輸出的電流信號(hào)進(jìn)行比較，用于對(duì)被試互感器15的比差和角差進(jìn)行 校驗(yàn)，基準(zhǔn)互感器12敏感第二電流源21獲得的電流信號(hào)與基準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器23 輸出的電壓信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換獲得的電流信號(hào)進(jìn)行比較，用于對(duì)基準(zhǔn)互感器12進(jìn)行 自校準(zhǔn)。
本發(fā)明的核心思想是校驗(yàn)裝置采用全光纖電子式電流互感器作為基準(zhǔn)互 感器12，同時(shí)施加兩路不同頻率的電流信號(hào)至基準(zhǔn)互感器12, —路為第二電 流源21產(chǎn)生的電流信號(hào)放大N倍，另一路為第一電流源11產(chǎn)生的電流信號(hào)。 利用全光纖電子式電流互感器測(cè)量頻率寬(-3dB帶寬達(dá)10kHz)的特點(diǎn)，基 準(zhǔn)互感器12將按線性疊加的方式進(jìn)行敏感，通過DFT可以解調(diào)出這兩路信號(hào)； 若通過基準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器23采集精密采樣電阻22的兩端電壓，則可精確獲得第 二電流源21的電流信號(hào)，通過該信號(hào)可實(shí)時(shí)修正基準(zhǔn)互感器12的比差和角差， 并將該誤差值用于對(duì)解調(diào)出的第一電流源11的電流信號(hào)進(jìn)行修正。第一電流源 11的電流信號(hào)將同時(shí)被基準(zhǔn)互感器12和被試互感器15所敏感，利用修正后的 基準(zhǔn)互感器12的輸出可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被試互感器15的精確校驗(yàn)。通過該方法，最 終決定校驗(yàn)精度的環(huán)節(jié)是基準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器23和精密采樣電阻22,而該環(huán)節(jié)則 易于實(shí)現(xiàn)和控制，這樣就降低了對(duì)全光纖電子式電流互感器的要求，有效節(jié)約 了才交驗(yàn)裝置的成本。
下面對(duì)自校準(zhǔn)和校驗(yàn)運(yùn)算方法做進(jìn)一步說明。
基準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器23的數(shù)字量輸出，經(jīng)線性修正后，經(jīng)離散傅立葉變換后， 不考慮直流及高次諧波誤差，可寫為式中
z;~^^并單元13輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)，代表基準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器23輸出的電流瞬時(shí)
值；
—代表基準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器23輸出的電流交流部分方均才艮值； /;——代表基準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器23輸出的電流基波頻率； 仍——代表基準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器23輸出的電流交流部分相位移； w——數(shù)據(jù)樣本的計(jì)數(shù)； C —第n個(gè)數(shù)據(jù)集采樣時(shí)間；
穩(wěn)態(tài)下，,、/。 ^為常數(shù)，其中,已知，/。 ^可以通過DFT運(yùn)算獲得。 被試互感器15的數(shù)字量輸出，經(jīng)離散傅立葉變換后，不考慮直流及高次 諧波誤差，可寫為
/3 (w) = /3sin(2;r. /3. / + p3) 式中
/3^^并單元13輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)，代表被試互感器15輸出的電流瞬時(shí)值； /3—代表被試互感器15輸出的電流交流部分方均根值； /3 —代表被試互感器15輸出的電流基波頻率； % —代表被試互感器15輸出的電流交流部分相位移； 穩(wěn)態(tài)下，/3、 /3、肩為常數(shù)，其中/3已知，/3、 ^可以通過DFT運(yùn)算獲得。 基準(zhǔn)互感器12的數(shù)字量輸出，經(jīng)離散傅立葉變換后，不考慮直流及高次 諧波誤差，可寫為
/2 (w) = A V^sin(2;r , . +仍)+ /3 V^sin(2;r. /3 ~ + P3 )
式中
;2^^并單元13輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)，代表基準(zhǔn)互感器13輸出的電流瞬時(shí)值； 々——代表基準(zhǔn)互感器13輸出的電流基頻為/i的交流部分方均根值； /3'——代表基準(zhǔn)互感器13輸出的電流基頻為/3的交流部分方均根值；^——代表基準(zhǔn)互感器13輸出的電流基頻為y;的交流部分相位移； A—代表基準(zhǔn)互感器13輸出的電流基頻為/3的交流部分相位移； 穩(wěn)態(tài)下，/;、 /3、仍、％為常數(shù)，可以通過DFT運(yùn)算獲得。 若基準(zhǔn)互感器13沒有誤差，則應(yīng)有iV/,/;， ^=仍；若基準(zhǔn)互感器13存 在比差A(yù)q,角差A(yù)^，則可表述如下
=^-^100%
化-A 將該誤差對(duì)/;,外》務(wù)正如下
% = %_~^x乂 于是，被試互感器15的比差A(yù)^和角差A(yù)^可表述為
乂3
若需校驗(yàn)高次諧波準(zhǔn)確度，則可選擇能產(chǎn)生相應(yīng)頻率電流信號(hào)的大電流源， 取相應(yīng)的/3后，按以上方法進(jìn)行即可。
本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1、一種電子式電流互感器校驗(yàn)裝置，其特征在于包括第一電流源(11)、基準(zhǔn)互感器(12)、合并單元(13)、控制計(jì)算機(jī)(14)、第二電流源(21)、采樣電阻(22)和基準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器(23)；第一電流源(11)發(fā)出電流信號(hào)A1，第二電流源(21)發(fā)出與電流信號(hào)A1頻率不同的電流信號(hào)A2，A1大于A2，基準(zhǔn)互感器(12)同時(shí)敏感電流信號(hào)A1以及A2經(jīng)放大N倍后的電流信號(hào)NA2，被試互感器(15)敏感電流信號(hào)A1；合并單元(13)同時(shí)向基準(zhǔn)互感器(12)、被試互感器(15)和AD轉(zhuǎn)換器(23)發(fā)送同步脈沖信號(hào)，并在同步脈沖信號(hào)下降沿時(shí)刻獲取基準(zhǔn)互感器(12)、被試互感器(15)電流采樣值的數(shù)字量以及采樣電阻(22)兩端的電壓值經(jīng)基準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器(23)轉(zhuǎn)換后獲得的數(shù)字量；合并單元(13)將獲得的數(shù)字量合成為一個(gè)數(shù)據(jù)幀后送至控制計(jì)算機(jī)(14)；控制計(jì)算機(jī)(14)從數(shù)據(jù)幀中獲取數(shù)字量，基準(zhǔn)互感器(12)敏感A1獲得的電流信號(hào)與被試互感器(15)輸出的電流信號(hào)進(jìn)行比較，用于對(duì)被試互感器(15)的比差和角差進(jìn)行校驗(yàn)，基準(zhǔn)互感器(12)敏感NA2獲得的電流信號(hào)與基準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器(23)輸出的電壓信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換獲得的電流信號(hào)進(jìn)行比較，用于對(duì)基準(zhǔn)互感器(12)進(jìn)行自校準(zhǔn)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子式電流互感器校驗(yàn)裝置，其特征在于 所述的控制計(jì)算機(jī)(14)從數(shù)據(jù)幀中獲取數(shù)字量后，通過離散傅立葉變換的方 法得到電流參數(shù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子式電流互感器校驗(yàn)裝置，其特征在于 所述的基準(zhǔn)互感器(12)和被試互感器(15)通過光纜以串行方式輸出至合并 單元(13)，用1表示"無光"，用0表示"有光"。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子式電流互感器校驗(yàn)裝置，其特征在于 所述的基準(zhǔn)互感器(12)為全光纖電子式電流互感器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子式電流互感器校驗(yàn)裝置，其特征在于 所述的采樣電阻(22)為純阻性元件，溫度漂移率小于5ppm〃C。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子式電流互感器4交驗(yàn)裝置，其特征在于 所述的基準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器(23)的工作方式為外部下降沿觸發(fā)采樣方式，轉(zhuǎn)換頻 率不小于1MHz。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子式電流互感器校驗(yàn)裝置，其特征在于 所述的第二電流源(21)的連接導(dǎo)線在基準(zhǔn)互感器(12)上的纏繞方式為均勻 纏繞N匝。
全文摘要
一種電子式電流互感器校驗(yàn)裝置，兩個(gè)電流源分別發(fā)出電流信號(hào)A₁和A₂，A₁大于A₂且頻率不同，基準(zhǔn)互感器同時(shí)敏感A₁和經(jīng)放大N倍后的A₂，被試互感器敏感A₁。合并單元同時(shí)向基準(zhǔn)互感器、被試互感器和AD轉(zhuǎn)換器發(fā)送同步脈沖信號(hào)，并在同步脈沖信號(hào)下降沿時(shí)刻獲取基準(zhǔn)互感器、被試互感器電流采樣值的數(shù)字量以及采樣電阻兩端的電壓值經(jīng)基準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后獲得的數(shù)字量并將其合成數(shù)據(jù)幀后送控制計(jì)算機(jī)?？刂朴?jì)算機(jī)將基準(zhǔn)互感器敏感A₁獲得的電流信號(hào)與被試互感器輸出的電流信號(hào)進(jìn)行比較，對(duì)被試互感器比差和角差進(jìn)行校驗(yàn)，基準(zhǔn)互感器敏感NA₂獲得的電流信號(hào)與基準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器輸出電壓經(jīng)轉(zhuǎn)換獲得的電流信號(hào)進(jìn)行比較，對(duì)基準(zhǔn)互感器進(jìn)行自校準(zhǔn)。
文檔編號(hào)G01R35/00GK101413995SQ20081022757
公開日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者劉東偉, 張志鑫, 李永兵, 李淮海, 巍 王, 王利清, 譚金權(quán) 申請(qǐng)人:南瑞航天(北京)電氣控制技術(shù)有限公司