專(zhuān)利名稱(chēng)：750kV變壓器現(xiàn)場(chǎng)空載特性便攜式穿芯小電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型內(nèi)容屬于工頻超高壓變壓器調(diào)試裝置技術(shù)領(lǐng)域，涉及 一種適用于750kV示范工程系統(tǒng)調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)使用的便攜式穿芯小電流 傳感器。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)規(guī)模的快速發(fā)展，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)各地交流超髙 壓電網(wǎng)的建設(shè)正在全面推進(jìn)。"十一五"期間，我國(guó)西北地區(qū)將建成 覆蓋全部五省(區(qū))的750kV主干網(wǎng)架，籍以推動(dòng)西北外送電通道建設(shè) 及擴(kuò)大外送電規(guī)模。依托750kV主干網(wǎng)架，建設(shè)"外向型、送出型、 規(guī)模型"堅(jiān)強(qiáng)的西北送端電網(wǎng)，大力推動(dòng)西北電力外送，已經(jīng)成為國(guó) 家西北電網(wǎng)發(fā)展的根本戰(zhàn)略。
目前在330kV及以下電力系統(tǒng)調(diào)試時(shí)一般都不進(jìn)行變壓器空載 電流和空載損耗測(cè)量，這是因?yàn)?30kV及以下變壓器都是三相一體， 出廠時(shí)空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以作為以后檢測(cè)的對(duì)比數(shù)據(jù)。變電站現(xiàn)場(chǎng)工作 情況下，通常只是當(dāng)變壓器運(yùn)行過(guò)程中懷疑其存在某種缺陷而確需要 進(jìn)行空載試驗(yàn)時(shí)才進(jìn)行空載試驗(yàn)。這種試驗(yàn)需待變壓器停電后，在回 路中加裝電流互感器及瓦特表等，從低壓側(cè)加壓，將測(cè)試得出的數(shù)據(jù) 經(jīng)過(guò)計(jì)算并和出廠值加以比較后,進(jìn)而分析判斷缺陷位置。
750kV變壓器在廠內(nèi)進(jìn)行空載特性試驗(yàn)時(shí)是在63kV側(cè)加壓，空
載電流相對(duì)較大，而且有專(zhuān)用測(cè)試空載電流用的高精度電流互感器。 而在變電站現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程中進(jìn)行的750kV變壓器空載特性試驗(yàn)，因電 源來(lái)自于750kV側(cè),必須在變電站正常帶電情況下三相聯(lián)結(jié)組一起進(jìn) 行測(cè)試，試驗(yàn)設(shè)備不能改變變電站一次設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)的接線，又由 于測(cè)試人員所處位置一般都在距變壓器150m左右的變壓器控制室內(nèi)，測(cè)試引線長(zhǎng)，干擾大，兼之空載電流極小，而且這時(shí)變壓器組在 電路和磁路上和出廠試驗(yàn)均會(huì)有所不同，以至測(cè)試的難度很大。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題加以解決,進(jìn)而提 供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量精度高、適用于調(diào)
試現(xiàn)場(chǎng)使用的750kV變壓器現(xiàn)場(chǎng)空載特性便攜式穿芯小電流傳感器。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的而設(shè)計(jì)的750kV變壓器現(xiàn)場(chǎng)空載特性便攜 式穿芯小電流傳感器是一種采用有源零磁通原理制作的高精度小電 流傳感器，該傳感器由鉗型電流傳感器、數(shù)據(jù)采集器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器組 成，鉗型傳感器采用有源零磁通電流傳感器，其信號(hào)輸出端通過(guò)數(shù)字 光纖傳輸至數(shù)據(jù)釆集器的測(cè)試數(shù)據(jù)輸入端，數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)處理輸 出端通過(guò)傳輸光纜通至數(shù)模轉(zhuǎn)換器的接收端。
本實(shí)用新型中的鉗型電流傳感器采用孔徑為150 180咖的開(kāi)口 穿心式鉗型傳感器，安裝在變壓器中性點(diǎn)套管頂端。實(shí)際結(jié)構(gòu)中，該 有源零磁通電流傳感器可通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)電磁式電流互感器的補(bǔ)償調(diào)整 形式得以實(shí)現(xiàn)。由于普通的電磁式電流互感器本身是不可能實(shí)現(xiàn)零磁 通的，必須靠外界條件的補(bǔ)償或調(diào)整。為此，本實(shí)用新型采取了在傳 統(tǒng)電磁式電流互感器的副邊繞組上直接聯(lián)接一個(gè)有源電子電路網(wǎng)絡(luò) 的方式，使之構(gòu)成自適應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)整回路，可使小電流傳感器的測(cè)量精 度得到較大幅度的提高。由于測(cè)試電流小，傳輸距離遠(yuǎn)，現(xiàn)場(chǎng)干擾大， 故傳感器信號(hào)傳輸采用數(shù)字光纖傳輸，可提高抗干擾能力。
本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)采集器使用蓄電池供電，待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)， 一次連 續(xù)工作時(shí)間大于72小時(shí)，測(cè)量信號(hào)通過(guò)光纜傳輸?shù)綔y(cè)試端，在750kV 系統(tǒng)調(diào)試變壓器空載特性的測(cè)試中保證了工作的連續(xù)性。
本實(shí)用新型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用高速、高精度(16bits)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯 片，16位的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(從數(shù)字量上)能有效的反映微安級(jí)電流的 變化，使本測(cè)量?jī)x有較高的分辨率。測(cè)量到的數(shù)字值通過(guò)數(shù)據(jù)處理后，再通過(guò)光纜把光數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)浇邮斩?，接收端把?shù)據(jù)處理后轉(zhuǎn)換為 模擬信號(hào)輸出。
實(shí)際工作中，該小電流傳感器的數(shù)據(jù)采集端和數(shù)據(jù)測(cè)量端通過(guò)傳
輸光纜(150 200m)傳輸測(cè)量信號(hào)，數(shù)據(jù)采集端把測(cè)量值轉(zhuǎn)換為光數(shù) 字信號(hào)通過(guò)光纜傳輸?shù)綔y(cè)量端，解決了高壓或特高壓測(cè)量時(shí)的絕緣問(wèn) 題。傳統(tǒng)的測(cè)量中電磁干擾的影響，特別是小電流測(cè)量時(shí)電磁干擾對(duì) 測(cè)量精度的影響非常大，而本實(shí)用新型通過(guò)光纜把數(shù)字光信號(hào)傳輸?shù)?二次接收端，徹底解決了電磁干擾在信號(hào)傳輸中對(duì)測(cè)量精度的影響。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型采用有源零磁通自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，解 決了小電流現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量精度問(wèn)題；采用光纖數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集， 解決了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量抗干擾問(wèn)題。釆用該傳感器的750kV變壓器現(xiàn)場(chǎng)空載 特性測(cè)量系統(tǒng)不需要改變?cè)O(shè)備一次接線，安裝簡(jiǎn)便、安全可靠。經(jīng)與 有關(guān)試驗(yàn)站750kV變壓器空載特性試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試表明，本實(shí)用新 型系統(tǒng)工作穩(wěn)定，測(cè)試精度滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)要求，它為750kV變壓器現(xiàn) 場(chǎng)空載特性測(cè)試提供了有效實(shí)用的測(cè)量手段，其研究成果可廣泛應(yīng)用 于750kV及百萬(wàn)伏電壓等級(jí)工程系統(tǒng)調(diào)試中主變壓器現(xiàn)場(chǎng)空載試驗(yàn) 中。


圖1為本實(shí)用新型一個(gè)具體實(shí)施例的配置結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為傳統(tǒng)電磁式電流互感器的原理圖。 圖3為電流互感器向量圖。 圖4為零磁通電流傳感器原理圖。
具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的內(nèi)容做進(jìn)一步說(shuō)明，但 本實(shí)用新型的實(shí)際制作結(jié)構(gòu)并不僅限于下述的實(shí)施例。
參見(jiàn)附圖l,本實(shí)用新型采用有源零磁通原理設(shè)計(jì)制作了 750kV 變壓器現(xiàn)場(chǎng)空載特性便攜式高精度穿芯小電流傳感器，該傳感器是由鉗型電流傳感器l、數(shù)據(jù)采集器2、傳輸光纖、數(shù)模轉(zhuǎn)換器3等組成。
孔徑為150 180鵬的開(kāi)口穿心式鉗型電流傳感器1安裝在變壓 器中性點(diǎn)套管頂端，它實(shí)質(zhì)上是一種通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)電磁式電流互感器結(jié) 構(gòu)作出補(bǔ)償調(diào)整的有源零磁通電流傳感器，其工作原理如下所述。
對(duì)于一個(gè)如圖2所示的傳統(tǒng)的電磁式電流互感器，設(shè)h為電流 互感器一次側(cè)電流，12為二次側(cè)電流，Io為激磁電流，化分別為 一、二次繞組匝數(shù)。則該電流互感器的磁勢(shì)平衡方程為 I1N1+I2 N2=-Io Ni (1)
電流互感器的誤差很大程度上來(lái)自電流互感器的激磁電流Io， 當(dāng)激磁安匝I。Ni為零時(shí)，IiNi=-I2N2，即副邊安匝變化能完全反映 原邊安匝變化，誤差為零。 一般稱(chēng)IoM為絕對(duì)誤差，IoN!/ LM為 相對(duì)誤差。激磁電流Io可以分解成兩個(gè)相互垂直電流的合成磁化 電流和鐵心損耗電流，使得副邊安匝不僅和原邊安匝在數(shù)值存在差 別，在相位上也存在差別。電流互感器的誤差為復(fù)數(shù)誤差，可用比值 差f和角差S表示
e =—Io Ni/IiNi=f+j S (2) 式中f=(l2N2/IiNi)/Iixl00%, S為I2逆時(shí)針180。后與Ii的夾角。
鐵心損耗角要使磁性材料有磁感應(yīng)強(qiáng)度B時(shí)，必須要有磁場(chǎng)強(qiáng) 度H。對(duì)于交流電，磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H并不同步，磁感應(yīng)強(qiáng) 度B總是落后于磁場(chǎng)強(qiáng)度H,落后的角度就是鐵心損耗角。在電流互 感器正常工作范圍內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大，鐵心損耗角越大，如圖3 所示。由此圖可見(jiàn)，由于IoNi的存在，使l2N2與h^存在角差S 和比值差f。若1。=0，則激磁磁勢(shì)為O,誤差為零，此時(shí)的鐵心處于 "零磁通"狀態(tài)，它工作于磁化曲線的起始段(線性段)。這時(shí)，電流 互感器輸出波形就不會(huì)畸變，保持良好的線性度，此即為"零磁通原 理"。因此，若能使互感器鐵心始終處于零磁通狀態(tài)，就能從根本上 消除電流互感器的誤差。但是，由互感器的工作原理可知，靠互感器自身是不可能實(shí)現(xiàn)零磁通的，必須靠外界條件的補(bǔ)償或調(diào)整。為此， 采用動(dòng)態(tài)平衡電子電路對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，使鐵心始終處于"動(dòng)態(tài)零
磁通狀態(tài)"，其原理如圖4所示。采取有源電子電路網(wǎng)絡(luò)與副邊繞組 直接相連，即所在傳統(tǒng)的電磁式電流互感器的副邊繞組上聯(lián)接有一個(gè) 由整流二極管Di、 D2、運(yùn)放器Y和電阻R組成的有源電子電路網(wǎng)絡(luò)， 構(gòu)成自適應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)整回路后，可使小電流傳感器的測(cè)量精度有較大幅 度的提高，同時(shí)保持高穩(wěn)定度。
設(shè)ND為檢測(cè)繞組，D為動(dòng)態(tài)檢測(cè)單元，G為產(chǎn)生二次電流的有源 網(wǎng)絡(luò)?；芈返拇艅?shì)平衡方程變?yōu)?br> I^+I^+IdNd-—I美 (3) h產(chǎn)生的激磁磁通在ND兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì),并加到動(dòng)態(tài)檢測(cè)單元
D的輸入端，通過(guò)G產(chǎn)生二次電流l2提供給二次繞組，12所產(chǎn)生的磁
通對(duì)鐵心去磁，使鐵心達(dá)到磁勢(shì)平衡。因此，理想狀態(tài)時(shí)，該傳感器 的二次繞組電流12全部由有源網(wǎng)絡(luò)G供給，而不從感應(yīng)電勢(shì)取電流。 D高速動(dòng)態(tài)檢測(cè)ND兩端的電勢(shì)差，當(dāng)電勢(shì)差足夠小(近似為零的允許 值)時(shí)，鐵心中的磁通即近似為零磁通。若檢測(cè)值偏離允許值，G則 自動(dòng)高速調(diào)整。如此高速跟蹤調(diào)整，使鐵心能始終保持在逼近零磁通 狀態(tài)，傳感器達(dá)到較高的精度。
該電流傳感器的誤差包括容性誤差、磁性誤差以及檢測(cè)調(diào)整電子 電路的靈敏度誤差三部分。所謂容性誤差是指各惻線圈本身和線圈之 間的容性泄漏電流所造成的測(cè)量誤差，對(duì)工頻信號(hào)來(lái)說(shuō)，當(dāng)&<1000 時(shí)，這項(xiàng)誤差可控制在10—5以?xún)?nèi)。本裝置由于一、二次繞組匝數(shù)均很 小，容性誤差可以不計(jì)。經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整后，Io—0，鐵心逼近零磁通， 磁性誤差很小。但事實(shí)上，完全的零磁通狀態(tài)是達(dá)不到的，鐵心中必
須有一點(diǎn)微弱的磁通才能使G輸出l2,這就使磁性誤差仍然存在。
從傳感器磁勢(shì)平衡方程可見(jiàn)，磁性誤差主要由兩部分組成 一是由 1。帶來(lái)的殘余磁勢(shì)引起的誤差，另一部分是由檢測(cè)繞組L帶來(lái)的附加磁勢(shì)引起的誤差，即
其中^為^的感應(yīng)電勢(shì)，/為磁路長(zhǎng)度，S為鐵芯截面積，p。為 鐵芯初始磁導(dǎo)率，Ri為檢測(cè)單元輸入阻抗。
實(shí)際設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中，考慮到電流傳感器應(yīng)具有較高的抗干擾能力和 較寬的頻響范圍，故本實(shí)用新型計(jì)算和確定的電流傳感器的各技術(shù)參
數(shù)分別是電流測(cè)量范圍分0 5A和0 10A兩檔，頻響范圍為10 2000Hz，測(cè)量精度0.1級(jí)，角差不超過(guò)6分，線性度為0.1%,噪聲 《2mVrms，溫度漂移<±0. lmV/lC,信號(hào)延遲<64^。
數(shù)據(jù)采集器2采用型號(hào)為L(zhǎng)DT-II的器件，使用蓄電池供電,待機(jī) 時(shí)間長(zhǎng)， 一次連續(xù)工作時(shí)間大于72小時(shí),測(cè)量信號(hào)通過(guò)光纜傳輸?shù)綔y(cè) 試端，在對(duì)750kV系統(tǒng)變壓器空載特性測(cè)試中保證了工作的連續(xù)性。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器3采用型號(hào)為L(zhǎng)DT-II的高速、高精度(16bits)模數(shù) 轉(zhuǎn)換芯片，16位的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(從數(shù)字量上)能有效的反映微安級(jí) 電流的變化，使本測(cè)量?jī)x有較高的分辨率。測(cè)量到的數(shù)字值通過(guò)數(shù)據(jù) 處理后，再通過(guò)光纜把光數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)浇邮斩?，接收端把?shù)據(jù)處理 后轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出。
本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)采集端和數(shù)據(jù)測(cè)量端均通過(guò)傳輸光纜(150 200m)傳輸測(cè)量信號(hào)；數(shù)據(jù)采集端把測(cè)量值轉(zhuǎn)換為光數(shù)字信號(hào)通過(guò)光 纜傳輸?shù)綔y(cè)量端，解決了高壓或特高壓測(cè)量時(shí)的絕緣問(wèn)題，也徹底解 決了電磁干擾在信號(hào)傳輸中對(duì)測(cè)量精度的影響。
本實(shí)用新型接收端的數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換芯片也選用高速、高精度 (16bits)的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，能把接收到的數(shù)字光信號(hào)完整準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換 為模擬電壓信號(hào)，后面可接示波器、亳伏表或者別的模擬測(cè)量裝置。
權(quán)利要求1、一種750kV變壓器現(xiàn)場(chǎng)空載特性便攜式穿芯小電流傳感器，其特征在于由鉗型電流傳感器(1)、數(shù)據(jù)采集器(2)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(3)組成，鉗型電流傳感器(1)采用有源零磁通電流傳感器，其信號(hào)輸出端通過(guò)數(shù)字光纖傳輸至數(shù)據(jù)采集器(2)的測(cè)試數(shù)據(jù)輸入端，數(shù)據(jù)采集器(2)的數(shù)據(jù)處理輸出端通過(guò)傳輸光纜通至數(shù)模轉(zhuǎn)換器(3)的接收端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的750kV變壓器現(xiàn)場(chǎng)空載特性便攜式穿 芯小電流傳感器，其特征在于所說(shuō)的鉗型電流傳感器(1)采用孔徑為 150 180咖的開(kāi)口穿心式鉗型電流傳感器(1),安裝在變壓器中性點(diǎn) 套管頂端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的750kV變壓器現(xiàn)場(chǎng)空載特性便攜 式穿芯小電流傳感器，其特征在于所說(shuō)的鉗型電流傳感器(1)具有一 個(gè)電磁式電流互感器，在該互感器的副邊繞組上聯(lián)接有一個(gè)由整流二 極管(Di、 D2)、運(yùn)放器(Y)和電阻(R)組成的有源電子電路網(wǎng)絡(luò)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型為一種適用于750kV示范工程系統(tǒng)調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)使用的便攜式穿芯小電流傳感器，由鉗型電流傳感器、數(shù)據(jù)采集器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成，鉗型傳感器采用有源零磁通電流傳感器，其信號(hào)輸出端通過(guò)數(shù)字光纖傳輸至數(shù)據(jù)采集器的測(cè)試數(shù)據(jù)輸入端，數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)處理輸出端通過(guò)傳輸光纜通至數(shù)模轉(zhuǎn)換器的接收端。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型采用有源零磁通自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，解決了小電流現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量精度問(wèn)題，采用光纖數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集，解決了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量抗干擾問(wèn)題，采用該傳感器的750kV變壓器現(xiàn)場(chǎng)空載特性測(cè)量系統(tǒng)不需要改變?cè)O(shè)備一次接線，安裝簡(jiǎn)便、安全可靠，其研究成果可廣泛用于750kV及百萬(wàn)伏電壓等級(jí)工程系統(tǒng)調(diào)試中主變壓器現(xiàn)場(chǎng)空載試驗(yàn)中。
文檔編號(hào)G01R19/00GK201344949SQ20092003191
公開(kāi)日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2009年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月16日
發(fā)明者蘭莉紅, 吳經(jīng)鋒, 李曉霞, 巖 章, 磊 郭, 黃國(guó)強(qiáng) 申請(qǐng)人:陜西電力科學(xué)研究院