一種電流互感器暫態(tài)特性測(cè)試儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種電流互感器暫態(tài)特性測(cè)試儀，由升壓升流電源模塊、變頻諧振電路模塊、單片機(jī)主板模塊和采樣測(cè)量模塊組成。本實(shí)用新型解決了目前國(guó)內(nèi)對(duì)500kV及以上電網(wǎng)系統(tǒng)的暫態(tài)電流互感器常規(guī)方法無法進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量的現(xiàn)狀，通過采用新的計(jì)算和測(cè)量原理，可以對(duì)電流互感器的伏安特性、直流電阻、變比、暫態(tài)系數(shù)和短路電流等項(xiàng)目進(jìn)行全面、自動(dòng)的測(cè)試，滿足了電網(wǎng)安全運(yùn)行的需要。并可根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)電流互感器暫態(tài)特性進(jìn)行綜合分析計(jì)算，為電力系統(tǒng)的故障分析和整定計(jì)算提供理論依據(jù)，有較大社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】一種電流互感器暫態(tài)特性測(cè)試儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于電力測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種電流互感器暫態(tài)特性測(cè)試儀。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，為保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行所需的互感器設(shè)計(jì)、檢測(cè)工 作顯得越來越重要。近年來，互感器繼電保護(hù)回路、電能計(jì)量二次回路越來越多的器件選用 電子元件，這樣使得回路的阻抗大大降低，特別是電能表由機(jī)械式電能表更換為電子式電 能表等等。國(guó)內(nèi)各大電網(wǎng)均對(duì)安全提出更多、更可靠的要求，因而互感器在容量匹配、繞組 選配、試驗(yàn)功率因數(shù)、暫態(tài)系數(shù)和暫態(tài)面積系數(shù)等方面應(yīng)嚴(yán)格要求。
[0003] 為保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)其中重要電力設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，以便 對(duì)其運(yùn)行性能進(jìn)行有效監(jiān)控。與大型發(fā)電機(jī)組配套使用的保護(hù)用大電流互感器，對(duì)電力設(shè) 備和裝置的工作可靠性起到至關(guān)重要的監(jiān)控作用。由于大型發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量不斷增大， 其出口處母線的額定電流便不斷加大，就使得配套使用的保護(hù)用大電流互感器的額定電流 隨之越來越大。再者，大型發(fā)電機(jī)出日處裝設(shè)的保護(hù)用大電流互感器的運(yùn)行環(huán)境極其惡劣， 鄰相母線電流對(duì)本相保護(hù)用大電流互感器的電磁干擾非常大，故對(duì)電流互感器暫態(tài)特性要 求日趨嚴(yán)格。
[0004] 而且，目前的保護(hù)用大電流互感器采用的都是干式電流互感器和油浸式電流互感 器，它們不但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，尺寸比較大，而且絕緣性能比較差。再者，一般來說測(cè)量用大 電流互感器的磁路由閉合圓環(huán)形鐵心構(gòu)成，即其磁路就是鐵心。而現(xiàn)行TPY級(jí)保護(hù)用大電 流互感器則不同，它的磁路是由非閉合鐵心與氣隙組合構(gòu)成的，既要滿足保護(hù)用大電流互 感器暫態(tài)特性應(yīng)具有線性特點(diǎn)的條件，又應(yīng)能消除剩磁對(duì)其在過渡狀態(tài)中工作準(zhǔn)確度的影 響。
[0005] 電流互感器主要測(cè)試項(xiàng)目是電流互感器伏安特性、變比測(cè)試、暫態(tài)特性、穩(wěn)態(tài)特 性、誤差要求等，為滿足上述測(cè)試項(xiàng)目的技術(shù)要求，現(xiàn)有測(cè)試儀器主要由標(biāo)準(zhǔn)互感器、電壓 放大器、電流放大器、升壓器、升流器、測(cè)量回路組成。根據(jù)互感器的不同，在伏安特性測(cè)試 時(shí)，通過升壓器升壓后，最大輸出電壓需要達(dá)到2000V ;在變比測(cè)試時(shí)，通過升流器升流后， 最大輸出電流需要達(dá)到15000A。現(xiàn)有的測(cè)試方法及設(shè)備存在以下不足：
[0006] 1.對(duì)電流互感器繼電保護(hù)用繞組而言，例如某發(fā)電廠，電流互感器TPY繞組暫態(tài) 面積系數(shù)為30,擴(kuò)大面積系數(shù)為3,而當(dāng)?shù)卣{(diào)度中心給的整定值為3. 0,這其中相差就接近 30倍，因而互感器繞組在優(yōu)化設(shè)計(jì)方面與實(shí)際經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面還存在一定的差異；
[0007] 2.對(duì)電流互感器計(jì)量用繞組而言，電流互感器0. 2S級(jí)，二次負(fù)荷設(shè)計(jì)值為100VA， 二次電流5A，這樣二次阻抗為4歐姆，但在實(shí)際過程中二次回路已經(jīng)按照規(guī)程要求進(jìn)行更 換，純電阻大多不到4歐姆，因而互感器繞組在容量要求方面、暫態(tài)特性與實(shí)際經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方 面還存在一定的差異；
[0008] 3.電流互感器二次電流目前依據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，可設(shè)定為5A、1A，在滿足要求的情況 下，1A可大大節(jié)約設(shè)計(jì)制造的成本，同時(shí)對(duì)相關(guān)二次設(shè)備(包括后續(xù)設(shè)備的校驗(yàn)等）可減小 設(shè)備重量，提高安全性等，而實(shí)際情況大多還設(shè)置為5A，因而在制造成本、重量等多方面考 慮與實(shí)際優(yōu)化需要一些改進(jìn)。
[0009] 4.設(shè)備本身內(nèi)置升壓器和升流器設(shè)備笨重。
[0010] 5.在電流互感器伏安特性試驗(yàn)時(shí)，這種測(cè)試方式存在很大的局限性：隨著系統(tǒng)電 壓等級(jí)的升高，互感器的飽和電壓越來越高，測(cè)試時(shí)還需要外接升壓變壓器，所需測(cè)試設(shè)備 就更加笨重，整個(gè)測(cè)試儀器重量大于140kG。而對(duì)于暫態(tài)電流互感器，很多暫態(tài)互感器的 飽和電壓高達(dá)15kV，平均飽和電壓8kV左右，這種測(cè)試方法根本無法輸出這么高的電壓， 而且互感器本身絕緣耐壓最高不超過4kV，即使有輸出15kV的升壓變壓器（這種變壓器 重220kG以上），用這樣的測(cè)試方法來進(jìn)行測(cè)試會(huì)擊穿電流互感器的絕緣耐壓，給互感器帶 來致命的損壞。常規(guī)的測(cè)試產(chǎn)品只能應(yīng)用于220kV以下部分電流互感器（飽和電壓小于 2000V)的測(cè)試。
[0011] 6.在電流互感器變比試驗(yàn)時(shí)，對(duì)于變比較大的互感器無法進(jìn)行測(cè)試，如：目前國(guó) 內(nèi)的60WMVA的發(fā)電機(jī)組的出口互感器變比為25000/5,按常規(guī)測(cè)試，需要輸入25000A的電 流，根本沒有測(cè)試設(shè)備能夠輸出如此大的電流，常規(guī)測(cè)試儀的輸出一般為600A-1200A，外接 升流器后可達(dá)1500A，根本達(dá)不到測(cè)試要求，即使是常規(guī)普通的電流互感器也有很多變比大 于1500/5(總數(shù)量的40%左右），對(duì)于這些電流互感器也無法進(jìn)行測(cè)試，對(duì)于小變比的電流 互感器測(cè)試，需要外接升流器，這些升流器非常笨重，僅僅測(cè)試線重達(dá)數(shù)十公斤，不適應(yīng)于 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，也不適合運(yùn)輸和攜帶。
[0012] 7.在電流互感器誤差準(zhǔn)確性試驗(yàn)時(shí)，由于套管互感器和GIS內(nèi)互感器一次側(cè)只有 一個(gè)接線端子，另一個(gè)端子在變壓器內(nèi)部和GIS內(nèi)部，因此這種方法無法對(duì)套管互感器和 GIS內(nèi)互感器進(jìn)行直接測(cè)試測(cè)試。在對(duì)這些互感器進(jìn)行測(cè)試時(shí)需要將變壓器油抽空，將套管 電流互感器吊出，然后進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試完畢后還要在進(jìn)行重新安裝，一個(gè)套管電流互感器的 測(cè)試過程可能要持續(xù)一天的時(shí)間，工作效率極其地下，加長(zhǎng)了停電的時(shí)間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本實(shí)用新型目的是針對(duì)現(xiàn)有電流互感器的暫態(tài)特性的測(cè)試方法及所用的測(cè)試設(shè) 備存在的不足，提供滿足各種電流互感器暫態(tài)特性測(cè)試，在滿足常規(guī)測(cè)試的同時(shí)，根據(jù)國(guó) 際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)計(jì)算分析測(cè)試結(jié)果，減少人為失誤造成的損失，有利于提高工作效 率，提高經(jīng)濟(jì)效益。
[0014] 本實(shí)用新型的目的是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
[0015] 一種電流互感器暫態(tài)特性測(cè)試儀，由升壓升流電源模塊、變頻諧振電路模塊、單片 機(jī)主板模塊和采樣測(cè)量模塊組成；其中，升壓升流電源模塊、變頻諧振電路模塊、單片機(jī)主 板模塊和采樣測(cè)量模塊依次相連，升壓升流電源模塊再與采樣測(cè)量模塊相連。
[0016] 本實(shí)用新型所述升壓升流電源模塊主要功能是將輸入（0-220) V交流電轉(zhuǎn)換為 (0-415) V、（0-10) A穩(wěn)定、可調(diào)的直流電。
[0017] 本實(shí)用新型升壓升流電源模塊由LC慮波裝置、整流橋BU808、M0SFET放大管 IRFP460、保護(hù)裝置和LRC慮波回路依序連接構(gòu)成，其中M0SFET放大管IRFP460還連接PWM 控制芯片KA3525, PWM控制芯片KA3525與分壓器芯片MCP41010-I/SN連接，分壓器芯片 MCP41010-I/SN又與主板控制芯片MSP430F149連接。
[0018] 本實(shí)用新型所述M0SFET放大管IRFP460的控制采用PWM控制芯片KA3525,其輸出 電壓由數(shù)字電位器MCP41010-I/SN來調(diào)整；當(dāng)調(diào)至200V時(shí)，調(diào)壓的控制權(quán)交由主板控制芯 片MSP430F149和SA8382芯片，SA8382利用軟件設(shè)置，將200V分為二進(jìn)制256等分來調(diào)整 其輸出。
[0019] 本實(shí)用新型所述單片機(jī)主板模塊采用雙單片機(jī)主板控制芯片MSP430F149和人機(jī) 交互芯片MSP430F149進(jìn)行操控。
[0020] 本實(shí)用新型所述變頻諧振電路模塊由主板控制芯片MSP430F149、脈寬調(diào)制芯片 SA8382、光耦器件6N137、驅(qū)動(dòng)器件IR2101、M0SFET放大管IRFP460、差分保護(hù)芯片LM358、 保護(hù)控制芯片555依序連接組成閉合回路；其中驅(qū)動(dòng)器件IR2101、M0SFET放大管IRFP460 分別連接保護(hù)電路；光耦器件6N137還與保護(hù)控制芯片555連接。
[0021] 當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)生故障時(shí)，信號(hào)可通過保護(hù)控制芯片555和差分保護(hù)芯片LM358進(jìn) 入主板控制芯片MSP430F149和光耦器件6N137,并通過光耦器件6N137快速隔離。
[0022] 本實(shí)用新型所述單片機(jī)主板模塊中的主板控制芯片MSP430F149與變頻諧振電路 模塊、采樣測(cè)量模塊、控制繼電器和JTAG接口連接；人機(jī)交互芯片MSP430F149與液晶顯示、 鍵盤、觸摸屏、SD/CF/USB卡存儲(chǔ)、串口 RS232和JTAG接口連接。
[0023] 雙單片機(jī)主板控制芯片MSP430F149和人機(jī)交互芯片MSP430F149計(jì)算電流互感器 暫態(tài)特性算法如下所示：
[0024] 電力系統(tǒng)短路電流瞬時(shí)值的計(jì)算公式為：
[0025]

【權(quán)利要求】
1. 一種電流互感器暫態(tài)特性測(cè)試儀，其特征在于，由升壓升流電源模塊、變頻諧振電路 模塊、單片機(jī)主板模塊和采樣測(cè)量模塊組成；其中，升壓升流電源模塊、變頻諧振電路模塊、 單片機(jī)主板模塊和采樣測(cè)量模塊依次相連，升壓升流電源模塊再與采樣測(cè)量模塊相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電流互感器暫態(tài)特性測(cè)試儀，其特征在于，升壓升流電 源模塊由LC慮波裝置、整流橋BU808、MOSFET放大管IRFP460、保護(hù)裝置和LRC慮波回路 依序連接構(gòu)成，其中MOSFET放大管IRFP460還連接PWM控制芯片KA3525, PWM控制芯片 KA3525與分壓器芯片MCP41010-I/SN連接，分壓器芯片MCP41010-I/SN又與主板控制芯片 MSP430F149 連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電流互感器暫態(tài)特性測(cè)試儀，其特征在于，所述單片機(jī) 主板模塊采用雙單片機(jī)主板控制芯片MSP430F149和人機(jī)交互芯片MSP430F149進(jìn)行操控。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電流互感器暫態(tài)特性測(cè)試儀，其特征在于，所述變頻諧 振電路模塊由主板控制芯片MSP430F149、脈寬調(diào)制芯片SA8382、光耦器件6N137、驅(qū)動(dòng)器件 IR2101、MOSFET放大管IRFP460、差分保護(hù)芯片LM358、保護(hù)控制芯片555依序連接組成閉 合回路；其中驅(qū)動(dòng)器件IR210UM0SFET放大管IRFP460分別連接保護(hù)電路；光耦器件6N137 還與保護(hù)控制芯片555連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的一種電流互感器暫態(tài)特性測(cè)試儀，其特征在于，所述 單片機(jī)主板模塊中的主板控制芯片MSP430F149與變頻諧振電路模塊、采樣測(cè)量模塊、控制 繼電器和JTAG接口連接；人機(jī)交互芯片MSP430F149與液晶顯示、鍵盤、觸摸屏、SD/CF/USB 卡存儲(chǔ)、串口 RS232和JTAG接口連接。
【文檔編號(hào)】G01R35/02GK203838323SQ201420149007
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】沈鑫, 曹敏, 丁心志, 王昕 , 唐標(biāo) 申請(qǐng)人:云南電力試驗(yàn)研究院（集團(tuán)）有限公司電力研究院, 云南電網(wǎng)公司技術(shù)分公司