本實(shí)用新型涉及電力領(lǐng)域，具體而言，涉及一種模擬電力系統(tǒng)短路故障電流的試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)故障，其中大多數(shù)是短路故障。所謂短路故障，是指電力系統(tǒng)在運(yùn)行中相與相之間或相與地(或中性線)之間發(fā)生非正常的連接。由于此時故障點(diǎn)的阻抗變得很小，電流便會在一瞬間升高，短路點(diǎn)以前的電壓下降，會影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重短路甚至?xí)斐上到y(tǒng)癱瘓。

在正常運(yùn)行時，除中性點(diǎn)外，相與相或者相與地之間是絕緣的。三相系統(tǒng)中，短路故障的基本類型為單相接地短路、兩相短路、兩相短路接地和三相短路等。單相接地短路是指三相交流供電系統(tǒng)中一根相線與大地成等電位狀態(tài)，既該相的線電位與大地的電位相等，都是“零”。通俗的講就是A相或B相或C相中的單相接地。兩相短路是指三相交流供電系統(tǒng)任意兩相導(dǎo)線，直接金屬性連接或經(jīng)過小阻抗連接在一起。兩相短路接地是指三相交流供電系統(tǒng)中兩根相線與大地成等電位狀態(tài)了。通俗講就是A、B、C三相中的任意兩相同時與大地的無電阻的直接連接。三相短路是指三相交流供電系統(tǒng)內(nèi)A、B、C三相在某一點(diǎn)零電阻、零電抗的直接連接。其中，三相短路屬對稱短路，其它形式的短路，均屬不對稱短路；在中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中，發(fā)生單相短路接地故障最為常見，發(fā)生三相短路故障的可能性最小，卻是危害系統(tǒng)最嚴(yán)重的。

電流互感器是依據(jù)電磁感應(yīng)原理制造的一種特殊變壓器，是電力系統(tǒng)中一種重要的電氣信號傳變設(shè)備，分為計量型和保護(hù)型兩大類。電流互感器的主要作用是將一次系統(tǒng)的大電流變換成二次小電流，然后分別向量測儀表或保護(hù)繼電器的電流線圈提供電流信號，以正確計量電氣設(shè)備和系統(tǒng)的正常運(yùn)行參數(shù)以及反映其故障情況。電流互感器可實(shí)現(xiàn)測量儀表、保護(hù)繼電器等二次設(shè)備與一次系統(tǒng)的電氣隔離，既可有效防止一次過電壓引入到二次測量與保護(hù)設(shè)備，又可避免二次儀表和設(shè)備的故障影響到一次回路的正常運(yùn)行，從而提高整個一、二次回路的運(yùn)行安全和可靠性。同時，電流互感器使得二次側(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、小型化，便于屏內(nèi)安裝與維護(hù)。盡管近年來Rogowski線圈電流互感器、光學(xué)電流互感器等新型電子式互感器的研制取得了較大進(jìn)展，具有抗磁飽和等優(yōu)良特性，但尚處于研發(fā)階段和部分的應(yīng)用，目前系統(tǒng)中仍大量使用電磁式電流互感器。電磁式電流互感器作為標(biāo)準(zhǔn)的計量和保護(hù)用測試設(shè)備，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，然而電磁式電流互感器的鐵芯在故障短路電流斷開后會形成大量的剩磁，且剩磁一旦產(chǎn)生就不會自動消失，并在正常運(yùn)行條件下長期存在。對于計量型電流互感器，剩磁的存在使鐵芯磁導(dǎo)率下降，造成互感器的角差偏正，比差偏負(fù)，是導(dǎo)致互感器準(zhǔn)確度等級下降的最主要原因。對于保護(hù)型電流互感器，若非周期分量產(chǎn)生的磁通與剩磁方向一致，剩磁的存在將使電流互感器在勵磁曲線上的起始工作點(diǎn)發(fā)生變化，縮短鐵芯進(jìn)入飽和的時間，加重鐵芯飽和的程度，導(dǎo)致二次電流波形發(fā)生畸變，速斷過流保護(hù)因得到的電流有效值較小將會發(fā)生拒動，而差動保護(hù)因不平衡電流的產(chǎn)生將發(fā)生誤動。為了準(zhǔn)確分析短路故障對計量用電流互感器傳變特性的影響，需要模擬實(shí)際短路故障，考核電流互感器的輸出變化。

現(xiàn)有技術(shù)中使用直接法進(jìn)行電流互感器的短路試驗(yàn)，其中直接法試驗(yàn)需要一個容量足夠大，且具備選相合閘功能的電流源，此外，其需要滿足一次回路時間常數(shù)要求，發(fā)熱量大，對設(shè)備的損耗程度較大。

針對上述的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種模擬電力系統(tǒng)短路故障電流的試驗(yàn)裝置，以至少解決現(xiàn)有技術(shù)中使用直接法進(jìn)行電流互感器的短路試驗(yàn)發(fā)熱量大的技術(shù)問題。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一個方面，提供了一種模擬電力系統(tǒng)短路故障電流的試驗(yàn)裝置，包括：輸入模塊，與控制模塊相連接，用于接收需要模擬的故障電流的信息；所述控制模塊，與所述輸入模塊、采集卡、程控直流電流源相連接；所述采集卡，與所述控制模塊和功率放大器相連接；功率放大器，與所述采集卡和等安匝相連接，用于向所述等安匝輸出交流衰減電流信號；所述程控直流電流源，與所述等安匝相連接，用于向所述等安匝輸出直流衰減電流信號；所述等安匝，與所述功率放大器、所述程控直流電流源、電流互感器均相連接，用于接收所述交流衰減電流信號和所述直流衰減電流信號，并將所述交流衰減電流信號和所述直流衰減電流信號施加到所述電流互感器中。

進(jìn)一步地，所述需要模擬的故障電流的信息包括試驗(yàn)波形，所述輸入模塊包括：圖形輸入板，與所述控制模塊相連接，用于接收所述試驗(yàn)波形。

進(jìn)一步地，所述需要模擬的故障電流的信息包括波形數(shù)據(jù)，所述輸入模塊包括：數(shù)據(jù)導(dǎo)入裝置，與所述控制模塊和監(jiān)測裝置相連接，用于向所述控制模塊導(dǎo)入所述監(jiān)測裝置導(dǎo)出的波形數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，所述需要模擬的故障電流的信息包括頻率、幅值、相位、衰減系數(shù)、直流偏置，所述輸入模塊包括：鍵盤，與控制模塊相連接，用于接收以下至少之一：所述需要模擬的故障電流的頻率、幅值、相位、衰減系數(shù)、直流偏置。

進(jìn)一步地，所述等安匝的多匝導(dǎo)線在所述電流互感器的鐵芯的中心區(qū)域均等分布。

進(jìn)一步地，所述交流衰減電流信號和所述直流衰減電流信號的等安匝交錯繞制，中間用絕緣板隔離。

進(jìn)一步地，所述等安匝使用3mm*12mm銅排繞制。

進(jìn)一步地，所述等安匝用絕緣材料將不同匝的銅排連接起來。

進(jìn)一步地，所述等安匝的匝數(shù)為80匝。

進(jìn)一步地，所述等安匝左、右各40匝。

在本實(shí)用新型實(shí)施例中，通過輸入模塊將所需模擬的故障電流的信息輸入到控制模塊，控制模塊根據(jù)故障電流的信息控制采集卡、功率放大器和程控直流電流源分別輸出交流衰減電流信號和直流衰減電流信號到等安匝，在等安匝中交流信號和直流信號疊加施加到電流互感器中，實(shí)現(xiàn)電流互感器的短路電流試驗(yàn)，模擬短路故障產(chǎn)生交流電流由交流電流源產(chǎn)生，短路故障產(chǎn)生的直流信號由可編程直流電流源產(chǎn)生，達(dá)到了使用間接法進(jìn)行電流互感器的短路試驗(yàn)發(fā)熱量小的技術(shù)效果，進(jìn)而解決了現(xiàn)有技術(shù)中使用直接法進(jìn)行電流互感器的短路試驗(yàn)發(fā)熱量大的技術(shù)問題。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本實(shí)用新型的一部分，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一種模擬電力系統(tǒng)短路故障電流的試驗(yàn)裝置的示意圖；

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的另一種模擬電力系統(tǒng)短路故障電流的試驗(yàn)裝置的示意圖；

圖3是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的等安匝的正視圖；

圖4是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的等安匝的俯視圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實(shí)用新型方案，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分的實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，提供了一種模擬電力系統(tǒng)短路故障電流的試驗(yàn)裝置的實(shí)施例。

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一種模擬電力系統(tǒng)短路故障電流的試驗(yàn)裝置的示意圖，如圖1所示，該裝置包括：輸入模塊10、控制模塊20、采集卡30、功率放大器40、程控直流電流源50、等安匝60。

輸入模塊10，與控制模塊20相連接，用于接收需要模擬的故障電流的信息。

控制模塊20，與輸入模塊10、采集卡30、程控直流電流源50相連接。

采集卡30，與控制模塊20和功率放大器40相連接。

功率放大器40，與采集卡30和等安匝60相連接，用于向等安匝60輸出交流衰減電流信號。

程控直流電流源50，與等安匝60相連接，用于向等安匝60輸出直流衰減電流信號。

等安匝60，與功率放大器40、程控直流電流源50、電流互感器70均相連接，用于接收交流衰減電流信號和直流衰減電流信號，并將交流衰減電流信號和直流衰減電流信號施加到電流互感器70中。

在本實(shí)用新型實(shí)施例中，通過輸入模塊將所需模擬的故障電流的信息輸入到控制模塊，控制模塊根據(jù)故障電流的信息控制采集卡、功率放大器和程控直流電流源分別輸出交流衰減電流信號和直流衰減電流信號到等安匝，在等安匝中交流信號和直流信號疊加施加到電流互感器中，實(shí)現(xiàn)電流互感器的短路電流試驗(yàn)，模擬短路故障產(chǎn)生交流電流由交流電流源產(chǎn)生，短路故障產(chǎn)生的直流信號由可編程直流電流源產(chǎn)生，避免了直接使用交直流功率放大裝置發(fā)熱量大的問題，達(dá)到了使用間接法進(jìn)行電流互感器的短路試驗(yàn)發(fā)熱量小的技術(shù)效果。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的裝置，用于對電流互感器進(jìn)行短路故障試驗(yàn)，分別采用基于數(shù)字信號處理技術(shù)的交流電流源和可編程直流電流源，應(yīng)用等安匝，將交流信號和直流信號同時施加到電流互感器，通過改變電流的峰值、頻率、相位、衰減時間和直流偏置等參數(shù)，模擬電力系統(tǒng)中短路故障的各種電流信號。讓多匝一次導(dǎo)線在繞組圓周上均等分布，其產(chǎn)生的磁場整體上分段均勻，實(shí)現(xiàn)4kA的一次大電流輸出?；跀?shù)字信號處理技術(shù)的交流電流源主要由采集卡、功率放大器、輸入模塊和控制模塊組成。

可選地，需要模擬的故障電流的信息包括試驗(yàn)波形，輸入模塊包括：圖形輸入板。圖形輸入板，與控制模塊相連接，用于接收試驗(yàn)波形。

可選地，需要模擬的故障電流的信息包括波形數(shù)據(jù)，輸入模塊包括：數(shù)據(jù)導(dǎo)入裝置。數(shù)據(jù)導(dǎo)入裝置，與控制模塊和監(jiān)測裝置相連接，用于向控制模塊導(dǎo)入監(jiān)測裝置導(dǎo)出的波形數(shù)據(jù)。

可選地，需要模擬的故障電流的信息包括頻率、幅值、相位、衰減系數(shù)、直流偏置，輸入模塊包括：鍵盤。鍵盤，與控制模塊相連接，用于接收以下至少之一：需要模擬的故障電流的頻率、幅值、相位、衰減系數(shù)、直流偏置。

如圖2所示，輸入模塊10包括：圖形輸入板102、數(shù)據(jù)導(dǎo)入裝置104、鍵盤106。對應(yīng)的輸入方式有圖形輸入、數(shù)據(jù)導(dǎo)入和鍵盤輸入三種方式，圖形輸入是在圖形輸入板上通過電容筆繪制試驗(yàn)所需波形，由傳感器識別所繪制波形的信息輸入到采集卡，采集卡再計算處理得出繪制波形的頻率、幅值、相位、周波數(shù)和衰減系數(shù)等參數(shù)，然后傳輸?shù)娇刂颇K；數(shù)據(jù)導(dǎo)入方式是先用監(jiān)測裝置獲得故障波形的數(shù)據(jù)，生成數(shù)據(jù)庫，然后將數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到控制模塊；鍵盤輸入是直接輸入所需故障電流的頻率、幅值、相位、衰減系數(shù)和直流偏置等參數(shù)到控制模塊?？刂颇K根據(jù)輸入模塊輸入的信息控制采集卡上的DA輸出相應(yīng)波形的電壓信號，然后將該電壓信號輸入功率放大模塊輸出電流信號，再將該電流信號輸入到“日”字形等安匝施加到電流互感器上。

本實(shí)用新型可以根據(jù)需求模擬短路故障產(chǎn)生的短路電流，對電流互感器進(jìn)行短路故障試驗(yàn)。最大一次電流可以達(dá)到4kA，電流的幅值、頻率、相位、衰減系統(tǒng)和直流偏置均可設(shè)置。

采用等安匝，采用“罒”字形回繞結(jié)構(gòu)，左右各40匝，共80匝，讓多匝一次導(dǎo)線在電流互感器鐵芯中心區(qū)域均等分布，其產(chǎn)生的磁場整體上分段均勻，實(shí)現(xiàn)一次大電流可達(dá)4kA的輸出。圖3是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的等安匝的正視圖。圖4是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的等安匝的俯視圖。

采用基于數(shù)字信號處理技術(shù)的交流電流源，該交流電流源主要由采集卡、功率放大器、輸入模塊和控制模塊組成，頻率帶寬可達(dá)100kHz，最大可以輸出100A電流。

為盡量避免電流源合成的影響，將交流電流源和直流電流源的等安匝交錯繞制，中間用絕緣板隔離。

本實(shí)用新型采用間接法的方式，將暫態(tài)電流源和直流電流源疊加利用較小容量的電流源解決大功率試驗(yàn)的問題。

在本實(shí)施例中，圖形輸入板選用的是友基(UGEE)UG2150數(shù)位板，控制模塊選用的是研華工控機(jī)IPC-610L，采集卡選用的是NI的PCI-6259，功率放大器選用的是AE Techron公司的功放電源7548，程控直流電源選用的是Tektronix公司的PWS2326，等安匝使用3mm*12mm銅排繞制，共80匝。等安匝回路用絕緣材料將不同匝的銅排連結(jié)起來并保持相互之間絕緣。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。