本發(fā)明涉及一種電流互感器抗直流性能檢測(cè)裝置及方法，屬電流互感器檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著非線性負(fù)荷應(yīng)用越來(lái)越普遍，負(fù)荷電流含直流分量也越來(lái)越多，并且高壓直流輸電也使電力線路含有直流分量，負(fù)荷電流直流分量使電流互感器鐵芯磁飽和，導(dǎo)致鐵芯的等效導(dǎo)磁率減小，誤差將顯著地向負(fù)值反向偏移，影響電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，為此需要檢測(cè)直流分量影響下電流互感器誤差特性，稱該檢測(cè)項(xiàng)目為抗直流性能檢測(cè)，抗直流性能主要檢測(cè)方法是在疊加直流分量工頻交流電流下檢測(cè)電流互感器的誤差，有文獻(xiàn)提出交流電流回路和直流電流回路獨(dú)自穿過(guò)電流互感器形成等效的含直流分量工頻電流檢測(cè)電流互感器抗直流性能，但這種方法不適用于非穿心式電流互感器抗直流性能檢測(cè)；利用任意波形發(fā)生裝置可產(chǎn)生單匝含直流分量工頻交流電流，但產(chǎn)生的電流大小有限，無(wú)法滿足額定電流較大的電流互感器抗直流性能檢測(cè)，針對(duì)以上問(wèn)題，研究一種適用于所有互感器類型的大電流電流互感器抗直流性能檢測(cè)方法對(duì)改變上述局面，具有現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，為了解決電流互感器抗直流性能檢測(cè)過(guò)程中單匝含直流分量工頻大電流發(fā)生的問(wèn)題，目前采用的半波電流檢測(cè)方法，其波形所含直流分量很難進(jìn)行定量分析，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果局限性很大，為了克服這個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于比例直流疊加法的電流互感器抗直流性能檢測(cè)方法，并提供了對(duì)應(yīng)的電流互感器抗直流性能檢測(cè)裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種電流互感器抗直流性能檢測(cè)裝置，包括調(diào)壓器、升流器、無(wú)感電容、電抗器、直流電流發(fā)生器、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀、電流負(fù)荷箱，調(diào)壓器的輸出端接升流器的輸入端，升流器輸出端與無(wú)感電容串聯(lián)構(gòu)成交流電流支路，直流電流發(fā)生器電流輸出端與電抗器串聯(lián)構(gòu)成直流電流支路，交流電流支路與直流電流支路并聯(lián)后形成交直流電流接入被檢電流互感器的一次側(cè)，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器一次側(cè)串入交流電流支路，被檢電流互感器的二次側(cè)與電流負(fù)荷箱串聯(lián)后接入數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀的被檢電流互感器電流輸入端，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的二次側(cè)接數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀的標(biāo)準(zhǔn)電流互感器電流輸入端。

作為優(yōu)選，所述數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀由標(biāo)準(zhǔn)電流采樣通道、被檢電流采樣通道、信號(hào)處理模塊和上位機(jī)構(gòu)成，標(biāo)準(zhǔn)電流采樣通道包括精密電流互感器、I/V變換器、信號(hào)調(diào)理電路I、AD采樣模塊，精密電流互感器連接標(biāo)準(zhǔn)電流互感器，精密電流互感器連接I/V變換器，I/V變換器連接信號(hào)調(diào)理電路I，信號(hào)調(diào)理電路I連接AD采樣模塊，被檢電流通道包括交直流零磁通電流互感器或者霍爾傳感器、信號(hào)調(diào)理電路II、AD采樣模塊，交直流零磁通電流互感器或者霍爾傳感器連接被檢電流互感器，交直流零磁通電流互感器或者霍爾傳感器連接信號(hào)調(diào)理電路II，信號(hào)調(diào)理電路II連接AD采樣模塊，AD采樣模塊連接信號(hào)處理模塊，信號(hào)處理模塊連接上位機(jī)。信號(hào)處理模塊的功能是同步采集標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和被檢電流互感器二次側(cè)電流信號(hào)，根據(jù)設(shè)置的被檢電流互感器、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器變比將采樣數(shù)據(jù)還原成一次側(cè)電流值，并打包發(fā)送至上位機(jī)，上位機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算出誤差結(jié)果，并顯示檢測(cè)結(jié)果。

作為優(yōu)選，標(biāo)準(zhǔn)電流采樣通道、被檢電流采樣通道共用AD采樣模塊的一塊AD采樣芯片，可以做到更準(zhǔn)確的同步采樣。

本發(fā)明提供了一種電流互感器抗直流性能檢測(cè)方法，基于前述的電流互感器抗直流性能檢測(cè)裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)直流電流與交流電流大小可調(diào)節(jié)交直流電流中直流電流的比重，以檢測(cè)與評(píng)價(jià)不同比重直流分量下被檢電流互感器的抗直流性能。

本發(fā)明利用無(wú)感電容隔離直流電流，短路交流電流，以防止直流電流串入升流器，使升流器磁芯飽和，造成升流器輸出電流波形畸變；利用電抗器增加直流電流支路的交流電抗，使交流大電流不串入直流電流源，造成直流電流源損壞，同時(shí)保證不增加直流電流回路電抗。

作為優(yōu)選，數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀包括標(biāo)準(zhǔn)電流采樣通道、被檢電流采樣通道，抗直流性能是指標(biāo)準(zhǔn)電流采樣通道采樣值與被檢標(biāo)準(zhǔn)電流采樣通道采樣值工頻分量之間的比差和相位差。

作為優(yōu)選，由于非同步采樣會(huì)影響檢測(cè)準(zhǔn)確性，通過(guò)增加采樣周期和采樣點(diǎn)數(shù)可減小非同步采樣的影響，結(jié)合準(zhǔn)同步DFT算法即可準(zhǔn)確計(jì)算出被檢電流采樣通道和標(biāo)準(zhǔn)電流采樣通道電流的幅值和相位，因此上位機(jī)接受到信號(hào)處理模塊發(fā)送的采樣值數(shù)據(jù)后，采用準(zhǔn)同步DFT算法計(jì)算出被檢電流采樣通道和標(biāo)準(zhǔn)電流采樣通道電流的幅值和相位，然后據(jù)此計(jì)算出電流互感器抗直流相位差和比差，具體計(jì)算過(guò)程如下：

標(biāo)準(zhǔn)電流采樣通道電流幅值相位計(jì)算：

被檢電流采樣通道電流幅值相位計(jì)算：

(1)、(2)式中f為工頻電流頻率，通常為50Hz，I_0N、I_xN分別為標(biāo)準(zhǔn)電流采樣通道電流幅值、被檢電流采樣通道工頻分量電流幅值，分別為標(biāo)準(zhǔn)通道電流相位、被檢電流采樣通道工頻分量電流相位；

比差計(jì)算：

f(％)＝(I_xN/I_0N-1)×100％ (3)

相位差計(jì)算：

本發(fā)明的有益效果是，檢測(cè)電流互感器抗直流性能時(shí)，利用電容隔直通交、電感隔交通直的作用產(chǎn)生單匝含直流分量交流大電流，解決了非穿心式及大電流互感器檢測(cè)問(wèn)題；采用數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀，利用準(zhǔn)同步DFT算法計(jì)算抗直流誤差，解決了非同步采樣影響誤差檢測(cè)的問(wèn)題，同時(shí)也允許標(biāo)準(zhǔn)和被檢電流互感器變比不同，擴(kuò)大了測(cè)量范圍；用工頻分量電流的角比差評(píng)估抗直流性能，保證了抗直流檢測(cè)結(jié)果與電能計(jì)量的一致性。本發(fā)明具有方法簡(jiǎn)潔、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、實(shí)用、可操作性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明適用于互感器檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1是電流互感器抗直流性能檢測(cè)裝置原理圖；

圖2是數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀原理框圖。

圖中符號(hào)：

100——調(diào)壓器、200——升流器、300——無(wú)感電容C、400——電抗器L、500——直流電流發(fā)生器、600——標(biāo)準(zhǔn)電流互感器T₀、700——被檢電流互感器T_x、800——電流負(fù)荷箱Z、900——數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀、I_A——一次交流電流、IZ——一次直流電流、901——精密電流互感器、902——I/V變換器、903——信號(hào)調(diào)理電路I、904——AD采樣模塊、905——信號(hào)處理模塊、906——交直流零磁通電流互感器或者霍爾傳感器、907——信號(hào)調(diào)理電路II、908——上位機(jī)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，一種電流互感器抗直流性能檢測(cè)裝置，包括一臺(tái)調(diào)壓器100、一臺(tái)升流器200、一個(gè)無(wú)感電容C300、一個(gè)電抗器L400、一臺(tái)直流電流發(fā)生器500、一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器600、一臺(tái)數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀900、一臺(tái)電流負(fù)荷箱Z800。調(diào)壓器100的輸出端接升流器200的輸入端產(chǎn)生交流大電流，升流器200輸出端與無(wú)感電容C300串聯(lián)構(gòu)成交流電流支路，直流電流發(fā)生器500電流輸出端與電抗器L400串聯(lián)構(gòu)成直流電流支路，交流電流支路與直流電流支路并聯(lián)后形成交直流電流接入被檢電流互感器T_x700的一次側(cè)，通過(guò)調(diào)節(jié)直流電流與交流電流大小可調(diào)節(jié)交直流電流中直流電流的比重，以檢測(cè)與評(píng)價(jià)不同比重直流分量下被檢電流互感器T_x700的抗直流性能；標(biāo)準(zhǔn)電流互感器T₀600一次側(cè)串入交流電流支路，被檢電流互感器T_x700的二次側(cè)與電流負(fù)荷箱Z800串聯(lián)后接入數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀900的被檢電流互感器電流輸入端，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器T₀600的二次側(cè)接數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀900的標(biāo)準(zhǔn)電流互感器電流輸入端。

無(wú)感電容C300的作用是隔離直流電流，短路交流電流，以防止直流電流串入升流器200，使升流器200磁芯飽和，造成升流器200輸出電流波形畸變；電抗器L400的作用是增加直流電流支路的交流電抗，使交流大電流不串入直流電流源，造成直流電流源損壞，同時(shí)保證不增加直流電流回路電抗。

升流器200輸出的交流電流技術(shù)參數(shù)：

(1)電流范圍：5A～1000A

(2)失真度：小于5％

直流電流發(fā)生器500輸出直流電流參數(shù)：

(1)電流范圍：1A～130A

(2)紋波系數(shù)：小于1％

在直流電流分量影響下，被檢電流互感器T_x700二次電流受到嚴(yán)重畸變，因此傳統(tǒng)電工式互感器校驗(yàn)儀不適用于抗直流性能檢測(cè)，本發(fā)明的數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀900如圖2所示，由標(biāo)準(zhǔn)電流采樣通道、被檢電流采樣通道、信號(hào)處理模塊905和上位機(jī)908構(gòu)成，標(biāo)準(zhǔn)電流采樣通道包括精密電流互感器901、I/V變換器902、信號(hào)調(diào)理電路I903、AD采樣模塊904等，精密電流互感器901連接標(biāo)準(zhǔn)電流互感器T₀600，精密電流互感器901連接I/V變換器902，I/V變換器902連接信號(hào)調(diào)理電路I 903，信號(hào)調(diào)理電路I 903連接AD采樣模塊904，被檢電流采樣通道包括交直流零磁通電流互感器或者霍爾傳感器906、信號(hào)調(diào)理電路II 907、AD采樣模塊904等，交直流零磁通電流互感器或者霍爾傳感器906連接被檢電流互感器T_x700，交直流零磁通電流互感器或者霍爾傳感器906連接信號(hào)調(diào)理電路II 907，信號(hào)調(diào)理電路II 907連接AD采樣模塊904，AD采樣模塊904連接信號(hào)處理模塊905，信號(hào)處理模塊905連接上位機(jī)908。標(biāo)準(zhǔn)電流采樣通道、被檢電流采樣通道的電流信號(hào)共用AD采樣模塊904的一塊AD采樣芯片，可以做到更準(zhǔn)確的同步采樣；信號(hào)處理模塊905的功能是同步采集標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和被檢電流互感器二次側(cè)電流信號(hào)，根據(jù)設(shè)置的互感器變換比例將采樣數(shù)據(jù)還原成一次側(cè)電流值，并打包發(fā)送至上位機(jī)908，上位機(jī)908負(fù)責(zé)對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算出誤差結(jié)果，并顯示檢測(cè)結(jié)果。

誤差計(jì)算原理：根據(jù)電能計(jì)算公式，同頻率的電壓電流之間才會(huì)產(chǎn)生有功電能，通常電網(wǎng)電能質(zhì)量較好，電網(wǎng)電壓通常僅含工頻電壓，因此被檢電流互感器T_x700二次側(cè)電流畸變后，僅工頻電流分量會(huì)產(chǎn)生有效的有功電能，因此，在電流互感器抗直流性能檢測(cè)時(shí)，可以用電流互感器一次側(cè)工頻電流分量、二次側(cè)工頻電流分量的相位差和比差評(píng)估電流互感器的抗直流性能，本發(fā)明中，抗直流性能是指標(biāo)準(zhǔn)通道采樣值與被檢通道采樣值工頻分量之間的比差和相位差。

由于非同步采樣會(huì)影響檢測(cè)準(zhǔn)確性，通過(guò)增加采樣周期和采樣點(diǎn)數(shù)可減小非同步采樣的影響，結(jié)合準(zhǔn)同步DFT算法即可準(zhǔn)確計(jì)算出被檢電流采樣通道和標(biāo)準(zhǔn)電流采樣通道電流的幅值和相位，因此上位機(jī)908接受到信號(hào)處理模塊905發(fā)送的采樣值數(shù)據(jù)后，采用準(zhǔn)同步DFT算法計(jì)算出被檢電流采樣通道和標(biāo)準(zhǔn)電流采樣通道電流的幅值和相位，然后據(jù)此計(jì)算出電流互感器抗直流相位差和比差，具體計(jì)算過(guò)程如下：

標(biāo)準(zhǔn)電流采樣通道電流幅值相位計(jì)算：

被檢電流采樣通道電流幅值相位計(jì)算：

(1)、(2)式中f為工頻電流頻率，通常為50Hz，I_0N、I_xN分別為標(biāo)準(zhǔn)電流采樣通道電流幅值、被檢電流采樣通道工頻分量電流幅值，分別為標(biāo)準(zhǔn)通道電流相位、被檢電流采樣通道工頻分量電流相位；

比差計(jì)算：

f(％)＝(I_xN/I_0N-1)×100％ (3)

相位差計(jì)算：

具體操作步驟如下：

第一步：按圖1所示進(jìn)行接線；

第二步：調(diào)節(jié)電流負(fù)荷箱Z800負(fù)荷大小為被檢電流互感器T_x700額定二次負(fù)荷，在數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀900上設(shè)置被檢電流互感器T_x700、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器T₀600變比等參數(shù)信息，啟動(dòng)檢測(cè)試驗(yàn)；

第三步：調(diào)節(jié)調(diào)壓器100，使升流器200輸出交流電流緩慢升至測(cè)量點(diǎn)額定電流的I_t％；

第四步：調(diào)節(jié)直流電流發(fā)生器500，按直流分量占比β調(diào)節(jié)直流電流源升至I_DC，此時(shí)被檢電流互感器一次側(cè)為含直流分量電流，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器為工頻交流電流；

第五步：在數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀上讀取標(biāo)準(zhǔn)通道電流采樣值I₀與被檢通道電流采樣值I_X，并記錄比值差f，相位差δ；

第六步：將交流電流、直流電流緩慢降至0；

第七步：對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行修約，比值差保留到0.01％，相位差保留到0.1rad。