專利名稱：電流互感器的交流大電流校驗系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體涉及一種基于空心線圈互感系數(shù)自校驗原理的電流互感器交流大電流校驗系統(tǒng)及方法，屬于電能參數(shù)測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)的電壓等級不斷提高，電流也不斷增大，但是高電壓、大電流情況下計量設(shè)備的性能受到更大的考驗，作為變電站的重要計量設(shè)備之一，電流互感器在大電流情況下的性能及其校驗受到越來越多的重視。傳統(tǒng)的電流互感器校驗設(shè)備一般采用基于電磁式互感器的校驗設(shè)備，只能在小電流情況下校驗電流互感器的性能，對于數(shù)十kA的電流，由于鐵芯的飽和特性，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的準(zhǔn)確度無法達到校驗要求，甚至偏差很大，如果鐵芯的線圈要達到校驗用的精度，體積會非常大，不利于加工生產(chǎn)，更不適合現(xiàn)場操作。目前，基于空心線圈的電流互感器，具有動態(tài)范圍大、測量頻帶寬、線性度好等優(yōu)點，成為交流大電流測量時的首選。然而，由于空心線圈的輸出信號小，受外界電磁場和載流導(dǎo)線位置的影響較大，因此其精度不高，理論精度最高為0.1%，然而實際中遠遠達不到理論精度，為了提高測量精度，有些研究人員采用多對PCB型空心線圈串聯(lián)的形式，用以提高輸出信號的幅值，如專利(授權(quán)公告號:CN 1967267A)中就采用這種形式，串聯(lián)線圈的數(shù)量取決于一次電流的大小及要求的精度；還有專利(授權(quán)公告號:CN 2099085Y)也提及到了基于空心線圈的電流互感器，但是上述專利存在以下不足:
1)空心線圈的輸出為微分信號，需要在后續(xù)電路中加硬件積分電路或者在軟件中進行處理，硬件積分電路會受到溫度漂移和時間漂移的影響，軟件積分會受信號中直流成分的影響，因此都會給信號引入附加的誤差，而鐵芯線圈則不需要相應(yīng)的積分電路，其輸出經(jīng)過電阻取樣后可直接采集，因此精度比空心線圈高；
2)多個空心線圈的串聯(lián)盡管可以增大輸出信號，但同時會增大空心線圈的內(nèi)阻，使輸出產(chǎn)生誤差；
3)空心線圈的測量精度受安裝位置的影響很大，所以大電流校驗時，在安裝過程和結(jié)果不可控的前提下，空心線圈的測量精度也是不可控的，難以保證標(biāo)準(zhǔn)電流通道的電流測量精度，以至于校驗結(jié)果的可信度受到質(zhì)疑。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出基于空心線圈互感系數(shù)自校驗原理的電流互感器交流大電流校驗系統(tǒng)及方法，利用鐵芯線圈對安裝后空心線圈的互感系數(shù)進行校正，判斷空心線圈狀態(tài)是否滿足校驗條件，并通過空心線圈互感系數(shù)的反饋，完成校驗時的閉環(huán)控制，實現(xiàn)了高精度的交流大電流校驗，保證空心線圈電流互感器的輸出精度。為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種電流互感器的交流大電流校驗系統(tǒng)，其特征在于:包括大電流傳感單元、數(shù)據(jù)采集單元和PC機，其特征在于:所述大電流傳感單元包括鐵芯線圈、空心線圈、信號調(diào)理單元和屏蔽罩，所述空心線圈和信號調(diào)理單元固定在屏蔽罩內(nèi)部，所述鐵芯線圈、空心線圈和屏蔽罩分別安裝在載流導(dǎo)線上，所述鐵芯線圈和空心線圈之間設(shè)有第一旁路導(dǎo)線，所述第一旁路導(dǎo)線的端部設(shè)有第一連接端子為大電流傳感單元的第一輸入端，所述載流導(dǎo)線的端部設(shè)有第二連接端子為大電流傳感單元的第二輸入端，所述信號調(diào)理單元的輸出端做為大電流傳感單元的信號輸出端通過數(shù)據(jù)采集單元與PC機相連接。前述的電流互感器的交流大電流校驗系統(tǒng)，其特征在于:所述鐵芯線圈為穿心固定在載流導(dǎo)線上。前述的電流互感器的交流大電流校驗系統(tǒng)，其特征在于:所述第一旁路導(dǎo)線與載流導(dǎo)線垂直連接。前述的電流互感器的交流大電流校驗系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集單元為數(shù)據(jù)采集卡。前述的電流互感器的交流大電流校驗系統(tǒng)，其特征在于:所述載流導(dǎo)線為金屬硬導(dǎo)線。前述的電流互感器的交流大電流校驗系統(tǒng)，其特征在于:所述鐵芯線圈、空心線圈和屏蔽罩分別安裝在載流導(dǎo)線上，鐵芯線圈和空心線圈之間的距離可調(diào)整?；谏鲜龅碾娏骰ジ衅鞯慕涣鞔箅娏餍ｒ灧椒?，其特征在于:包括以下步驟:
步驟(I)空心線圈的互感系數(shù)自校驗階段
通過大電流傳感單元的第一輸入端輸入，鐵芯線圈和空心線圈都接入校驗回路，鐵芯線圈和空心線圈都接入回路中，對空心線圈的互感系數(shù)進行校正；
步驟(2)交流大電流校驗階段
通過大電流傳感單元的第二輸入端輸入，將鐵芯線圈去除校驗回路，此時只有空心線圈接入校驗回路，對被校驗的電流互感器輸出交流大電流進行誤差計算及校驗。前述的電流互感器的交流大電流校驗方法，其特征在于:步驟(I)所述對空心線圈的互感系數(shù)進行校正的步驟如下:
1)記錄鐵芯線圈輸出值，將鐵芯線圈的輸出值作為校正的標(biāo)準(zhǔn)值；
2)根據(jù)空心線圈互感系數(shù)的計算出計算值，計算出兩者的誤差；
3)當(dāng)誤差符合相應(yīng)準(zhǔn)確度等級規(guī)定時，空心線圈的狀態(tài)滿足校驗標(biāo)準(zhǔn)通道的條件要
求；
4)當(dāng)誤差超過規(guī)定的閾值上限，則調(diào)整鐵芯線圈和空心線圈之間的間距，調(diào)整后再重復(fù)I) _2)，直至空心線圈的狀態(tài)滿足校驗標(biāo)準(zhǔn)通道的條件要求。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提出的基于空心線圈互感系數(shù)校驗的電流互感器交流大電流校驗系統(tǒng)及方法，利用鐵芯線圈對安裝后空心線圈的互感系數(shù)進行校正，判斷空心線圈狀態(tài)是否滿足校驗條件，然后通過空心線圈互感系數(shù)的反饋，完成校驗時的閉環(huán)控制，實現(xiàn)了高精度的交流大電流校驗，保證空心線圈電流互感器的輸出精度。


圖1是本發(fā)明的電流互感器的交流大電流校驗系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。圖2是本發(fā)明的空心線圈互感系數(shù)校正階段的連接圖。
圖3是本發(fā)明的交流大電流校驗階段的連接圖。附圖的標(biāo)記含義如下:
1:大電流傳感單元；2:數(shù)據(jù)采集單元；3:PC機；4:鐵芯線圈；5:空心線圈；6:信號調(diào)理單元；7:屏蔽罩；8:載流導(dǎo)線；9:第一旁路導(dǎo)線；10:第一連接端子；11:第二連接端子。
具體實施例方式下面將結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明作進一步的說明。本發(fā)明的基于空心線圈互感系數(shù)校驗的電流互感器交流大電流校驗系統(tǒng)及方法，利用鐵芯線圈對安裝后空心線圈的互感系數(shù)進行校正，判斷空心線圈狀態(tài)是否滿足校驗條件，然后通過空心線圈互感系數(shù)的反饋，完成校驗時的閉環(huán)控制，實現(xiàn)了高精度的交流大電流校驗，保證空心線圈電流互感器的輸出精度，如圖1所示，本發(fā)明的電流互感器的交流大電流校驗系統(tǒng)，包括大電流傳感單元1、數(shù)據(jù)采集單元2和PC機3,大電流傳感單元包括鐵芯線圈4、空心線圈5、信號調(diào)理單元6和屏蔽罩7，空心線圈5和信號調(diào)理單元6固定在屏蔽罩7內(nèi)部，空心線圈5和信號調(diào)理單元6、屏蔽罩7的尺寸(外徑、內(nèi)徑、厚度)可以實際情況進行調(diào)整。鐵芯線圈4、空心線圈5和屏蔽罩6分別安裝在載流導(dǎo)線8上，載流導(dǎo)線8為金屬硬導(dǎo)線，鐵芯線圈4和空心線圈5之間設(shè)有第一旁路導(dǎo)線9，第一旁路導(dǎo)線9通過螺栓從載流導(dǎo)線8上引出，且鐵芯線圈4和空心線圈5之間的距離可調(diào)整，第一旁路導(dǎo)線9的端部設(shè)有第一連接端子10為大電流傳感單元I的第一輸入端，載流導(dǎo)線8的端部設(shè)有第二連接端子11為大電流傳感單元I的第二輸入端，信號調(diào)理單元6的輸出端做為大電流傳感單元I的信號輸出端通過數(shù)據(jù)采集單元2與PC機3相連接，數(shù)據(jù)采集單元2為數(shù)據(jù)采集卡，PC機3通過采集的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的設(shè)置，準(zhǔn)備測量及校驗，其中鐵芯線圈4為穿心固定在載流導(dǎo)線I上，第一旁路導(dǎo)線9與載流導(dǎo)線8垂直連接，以降低對大電流傳感單元I的電磁干擾，提高校正的準(zhǔn)確性，保證空心線圈電流互感器的輸出精度?；谏鲜龅碾娏骰ジ衅鞯慕涣鞔箅娏餍ｒ灧椒?，其特征在于:包括以下步驟: 第一步，空心線圈5的互感系數(shù)自校驗階段
通過大電流傳感單元I的第一輸入端輸入，鐵芯線圈4和空心線圈5都接入校驗回路，鐵芯線圈4和空心線圈5都接入回路中，對空心線圈I的互感系數(shù)進行校正的方法如下:
1)記錄鐵芯線圈4的輸出值，將鐵芯線圈I的輸出值作為校正的標(biāo)準(zhǔn)值；
2)根據(jù)空心線圈5的互感系數(shù)的計算出計算值，計算出兩者的誤差；
3)當(dāng)誤差符合相應(yīng)準(zhǔn)確度等級規(guī)定時，空心線圈5的狀態(tài)滿足校驗標(biāo)準(zhǔn)通道的條件要求，這里的準(zhǔn)確度等級為一般為不超過0.05% ；
4)當(dāng)誤差超過規(guī)定的閾值上限，則調(diào)整鐵芯線圈4和空心線圈5之間的間距，調(diào)整后再重復(fù)I) _2)，直至空心線圈5的狀態(tài)滿足校驗標(biāo)準(zhǔn)通道的條件要求。第二步，交流大電流校驗階段
通過大電流傳感單元I的第二輸入端輸入，將鐵芯線圈4去除校驗回路，此時只有空心線圈5接入校驗回路，對被校驗的電流互感器輸出交流大電流進行誤差計算及校驗。綜上所述，基于空心線圈互感系數(shù)校驗的交流大電流校驗系統(tǒng)級方法，根據(jù)鐵芯線圈和空心線圈各自的特性，即鐵芯線圈測量小電流時的準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好，空心線圈在安裝位置固定的情況下線性度好這兩個特點，在兩者共同的電流測量范圍內(nèi)，首先利用鐵芯線圈對安裝后空心線圈的互感系數(shù)進行校正，判斷空心線圈狀態(tài)是否滿足校驗條件，從而實現(xiàn)對空心線圈電流傳感器使用條件是否符合要求的判斷，然后通過空心線圈互感系數(shù)的反饋，完成校驗時的閉環(huán)控制，實現(xiàn)了高精度的交流大電流校驗。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.電流互感器的交流大電流校驗系統(tǒng)，其特征在于:包括大電流傳感單元、數(shù)據(jù)采集單元和PC機，其特征在于:所述大電流傳感單元包括鐵芯線圈、空心線圈、信號調(diào)理單元和屏蔽罩，所述空心線圈和信號調(diào)理單元固定在屏蔽罩內(nèi)部，所述鐵芯線圈、空心線圈和屏蔽罩分別安裝在載流導(dǎo)線上，所述鐵芯線圈和空心線圈之間設(shè)有第一旁路導(dǎo)線，所述第一旁路導(dǎo)線的端部設(shè)有第一連接端子為大電流傳感單元的第一輸入端，所述載流導(dǎo)線的端部設(shè)有第二連接端子為大電流傳感單元的第二輸入端，所述信號調(diào)理單元的輸出端做為大電流傳感單元的信號輸出端通過數(shù)據(jù)采集單元與PC機相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流互感器的交流大電流校驗系統(tǒng)，其特征在于:所述鐵芯線圈為穿心固定在載流導(dǎo)線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流互感器的交流大電流校驗系統(tǒng)，其特征在于:所述第一旁路導(dǎo)線與載流導(dǎo)線垂直連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流互感器的交流大電流校驗系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集單元為數(shù)據(jù)采集卡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電流互感器的交流大電流校驗系統(tǒng)，其特征在于:所述載流導(dǎo)線為金屬硬導(dǎo)線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流互感器的交流大電流校驗系統(tǒng)，其特征在于:所述鐵芯線圈、空心線圈和屏蔽罩分別安裝在載流導(dǎo)線上，鐵芯線圈和空心線圈之間的距離可調(diào)整。
7.基于權(quán)利要求1所述的電流互感器的交流大電流校驗方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟(I)空心線圈的互感系數(shù)自校驗階段 通過大電流傳感單元的第一輸入端輸入，鐵芯線圈和空心線圈都接入校驗回路，鐵芯線圈和空心線圈都接入回路中，對空心線圈的互感系數(shù)進行校正； 步驟(2 )交流大電流校驗階段 通過大電流傳感單元的第二輸入端輸入，將鐵芯線圈去除校驗回路，此時只有空心線圈接入校驗回路，對被校驗的電流互感器輸出交流大電流進行誤差計算及校驗。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電流互感器的交流大電流校驗方法，其特征在于:步驟(I)所述對空心線圈的互感系數(shù)進行校正的步驟如下: 1)記錄鐵芯線圈的輸出值，將鐵芯線圈的輸出值作為校正的標(biāo)準(zhǔn)值； 2)根據(jù)空心線圈互感系數(shù)的計算出計算值，計算出兩者的誤差； 3)當(dāng)誤差符合相應(yīng)準(zhǔn)確度等級規(guī)定時，空心線圈的狀態(tài)滿足校驗標(biāo)準(zhǔn)通道的條件要求； 4)當(dāng)誤差超過規(guī)定的閾值上限，則調(diào)整鐵芯線圈和空心線圈之間的間距，調(diào)整后再重復(fù)I) _2)，直至空心線圈的狀態(tài)滿足校驗標(biāo)準(zhǔn)通道的條件要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電流互感器的交流大電流校驗系統(tǒng)及方法，包括大電流傳感單元、數(shù)據(jù)采集單元和PC機，大電流傳感單元包括鐵芯線圈、空心線圈、信號調(diào)理單元和屏蔽罩，空心線圈和信號調(diào)理單元固定在屏蔽罩內(nèi)部，鐵芯線圈、空心線圈和屏蔽罩分別安裝在載流導(dǎo)線上，鐵芯線圈和空心線圈之間設(shè)有第一旁路導(dǎo)線，信號調(diào)理單元的輸出端通過數(shù)據(jù)采集單元與PC機相連接。本發(fā)明利用鐵芯線圈對安裝后空心線圈的互感系數(shù)進行校正，判斷空心線圈狀態(tài)是否滿足校驗條件，并通過空心線圈互感系數(shù)的反饋，完成校驗時的閉環(huán)控制，實現(xiàn)了高精度的交流大電流校驗，保證空心線圈電流互感器的輸出精度。
文檔編號G01R35/02GK103197274SQ201310079800
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者黃奇峰, 李紅斌, 王忠東, 徐敏銳, 盧樹峰, 范潔, 陳剛, 張明明, 陳銘明, 楊世海, 駱潘鈿, 周玉 申請人:江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院, 華中科技大學(xué), 江蘇省電力公司, 國家電網(wǎng)公司