專利名稱：一種互感器校驗儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種可同時適用于多廠家電子式互感器和傳統(tǒng)互感器檢測及符 合IEC61850-9-1/2規(guī)約的校驗儀。
背景技術：
由于計量用互感器的基本誤差涉及到電能計量關口貿易結算的準確公正，隨著智 能電網(wǎng)的快速發(fā)展以及電子式互感器的推廣應用，電子式互感器的誤差試驗越來越被各方 關注。電子式互感器輸出的是數(shù)字信號或者低電壓模擬信號，傳統(tǒng)互感器校驗儀無法檢測 這些信號。目前國內各廠家生產的電子式互感器輸出雖符合IEC61850-9-1/2規(guī)約，但仍有 相關參數(shù)和報文字段存在差異，導致各廠家開發(fā)的互感器校驗儀只能用于本廠的產品，適 應性差，且現(xiàn)有的互感器校驗儀不具備自校準功能，設備的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)可靠性較差。此外，國內常用的電子式互感器誤差試驗方法為采用傳統(tǒng)互感器作為標準互感 器，電子式互感器作為被測對象，通過互感器校驗儀比較數(shù)字信號和模擬信號獲得被測電 子式互感器的基本誤差。隨著技術的發(fā)展，標準電子式互感器已經出現(xiàn)，目前尚沒有將兩數(shù) 字信號進行比對獲得誤差數(shù)據(jù)的測試儀器。同時，對應于輸出低電壓信號的電子式互感器， 目前也沒有專用校驗儀可以檢測。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是克服以上現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供一種可適 用于多廠家的電子式互感器產品和傳統(tǒng)互感器產品檢測的互感器校驗儀，滿足對數(shù)字信號 和模擬信號的測量要求，對互感器基本誤差實現(xiàn)準確可靠測量的目的。為此，本實用新型采用如下技術方案一種互感器校驗儀，包括機體，其特征在于 所述的機體上設有數(shù)字信號輸入端和模擬交流信號輸入端，機體內裝有至少二個數(shù)字信號 通道和至少二個模擬信號通道，所述的模擬信號通道包括程控放大電路、自校電路、高速分 頻采樣保持電路和高速A/D測量電路，所述的數(shù)字信號通道包括光電信號轉換模塊，信號 通道之間裝有同步信號發(fā)生器與接收器；所述程控放大電路的輸入端與模擬交流信號輸入端連接，輸出端與自校電路的輸 入端連接；所述高速分頻采樣保持電路的輸入端與自校電路的輸出端連接，輸出端與高速 A/D測量電路的輸入端連接；所述光電信號轉換模塊的輸入端與數(shù)字信號輸入端連接，光電信號轉換模塊的輸 出端和高速A/D測量電路的輸出端共同與一工控機的輸入端連接，所述的工控機內裝有誤 差計算模塊。所述的同步信號發(fā)生器與接收器通過Agilent HFBR芯片將電信號和光信號相互 轉換，同步信號發(fā)生器輸出同步電信號給高速分頻采樣保持電路和高速A/D測量電路，同 時通過光纖將同步光信號傳送至被測互感器合并單元，同步信號發(fā)生器的輸出端與高速分頻采樣保持電路、高速A/D測量電路和被測互感器合并單元的輸入端連接；同步信號接收 器的輸入端與外部同步信號源的輸出端相連，其輸出端與高速分頻采樣保持電路和高速A/ D測量電路的輸入端連接，同步信號接收器用于接受外部的同步光信號來達到測量同步的 目的。本實用新型具有四個信號通道，可輸入兩路模擬信號、兩路數(shù)字信號，任意兩個通 道可組合使用，完成數(shù)字信號與數(shù)字信號測量、數(shù)字信號與模擬信號測量、模擬信號與模擬 信號測量功能，可適用于傳統(tǒng)互感器和符合IEC61850-9-1/2規(guī)約的電子式互感器。上述的互感器校驗儀，光電信號轉換模塊選用10/100M自適應多模/單模光纖收 發(fā)器，將被測互感器合并單元輸出的光信號轉換成電信號，然后通過網(wǎng)線傳輸給工控機。上述的互感器校驗儀，自校電路采用AD7545型12位D/A芯片，此電路用于確定儀 器是否工作在正常狀態(tài)，調整比差、角差的數(shù)據(jù)并觀察測量結果對應的變化量，從而來判斷 儀器的工作狀況。上述的互感器校驗儀，高速A/D測量電路采用ADS7813型16位A/D芯片，有效保 證測量的準確度。同步信號發(fā)生器與接收器用同步信號發(fā)生器發(fā)出秒脈沖或碼同步信號給 電子式互感器合并單元，同時同步信號分頻成4KHz信號并傳送至校驗儀的高速分頻采樣 保持電路和高速A/D測量電路，或者同步信號接收器接收到外部信號源發(fā)出的同步秒脈沖 或碼來保證數(shù)字量通道和模擬量通道采集到同一時刻的信號。程控放大電路根據(jù)輸入的模擬信號幅值進行不同比例的放大，以獲得足夠強的信 號用于后續(xù)高精度采樣；自校電路對模擬信號的幅值進行等比例縮放，并進行移相，獲得標 準的比差和角差，若自校電路正確反應該誤差，則校驗儀正常工作，反之，自校電路工作異 常提示報警，校驗儀停止工作，直至誤差排除后繼續(xù)；校驗儀自校正常后，高速分頻采樣保 持電路在同步信號分頻后的4KHz信號的觸發(fā)下對模擬信號進行采樣，并將瞬時采樣值保 持供后續(xù)高速A/D測量電路使用；高速A/D測量電路將模擬信號轉換成數(shù)字信號，輸入工控 機中進行誤差數(shù)據(jù)計算，并通過工控機將結果輸出。電子式互感器合并單元在獲得秒脈沖或^IG B碼同步信號后依據(jù)各自的采樣速 率輸出離散的數(shù)字信號，以IEC61850-9-1/2格式的報文輸出，傳輸至光電信號轉換模塊， 通過網(wǎng)口通訊進入工控機，工控機完成對數(shù)據(jù)報文的解包，提取其中的數(shù)據(jù)信息，并對每1 秒的前10個周波數(shù)據(jù)進行離散傅里葉變換(DFT)，獲得電子式互感器輸出信號(正弦波) 的有效值和初相角；比較模擬信號和數(shù)字信號的有效值和初相角，獲得被測電子式互感器 的比差和角差。工控機除了完成數(shù)據(jù)報文分析處理及誤差計算外，還完成結果輸出的功能，包括 標準通道和被測通道的波形繪制、誤差結果輸出、測試結果數(shù)據(jù)庫管理、報告證書打印等。在采用電子式互感器檢測電子式互感器時，本實用新型實現(xiàn)了數(shù)字信號對數(shù)字信 號的誤差計算，或低壓模擬信號(mV級)對低壓模擬信號的誤差計算，即標準通道和被測通 道同為數(shù)字信號輸入或模擬信號輸入，其工作流程和原理與傳統(tǒng)互感器檢測電子式互感器 時一致。程控放大電路的特征在于放大倍數(shù)1、2、4、8、16、32、64可控并盡可能的將放大 倍數(shù)在可測范圍內達到最大。具體放大倍數(shù)選擇流程為輸入的模擬電壓信號經過變壓
4線圈后電壓等比例縮小為Vin，當Vin e [3.5,10]時，放大倍數(shù)G= 1;當Vin e [1.75,3. 5) 時，放大倍數(shù) G = 2;當 Vin e [0. 875,1.75)時，放大倍數(shù) G = 4 ；當 Vin e [0. 4375,0. 875) 時，放大倍數(shù) G = 8 ；當 Vin e [0.21875,0. 4375)時，放大倍數(shù) G = 16 ；當 Vin e [0. 109375， 0.21875)時，放大倍數(shù) G = 32;當 Vin e [0,0. 109375)時，放大倍數(shù) G = 64。所述的高頻分頻采樣保持電路控制頻率為4KHz，在其上升沿時觸發(fā)橋路，將本時 刻的信號瞬間保持，這樣就可以保證測量時無采樣延時。此外，本實用新型還可實現(xiàn)傳統(tǒng)互感器對傳統(tǒng)互感器的檢測，即兩通道都輸入電 壓信號(57. 7V)或電流信號(5A、1A)，可采用直接測量法獲得被測互感器的基本誤差。本實用新型具有以下有益效果1)準確度等級達0. 05S級，可用于0. 2S級電流互 感器和0. 2級電壓互感器的誤差試驗；幻可適用于多廠家電子式互感器和傳統(tǒng)互感器；3) 功能全面，可滿足傳統(tǒng)互感器、模擬低電壓輸出和數(shù)字量輸出的電子式互感器準誤差試驗， 可實現(xiàn)模擬信號對模擬信號、數(shù)字信號對數(shù)字信號、數(shù)字信號對模擬信號的測試；4)具備 自校功能，可輸出標準誤差進行設備自檢，保證校驗儀正常工作、數(shù)據(jù)準確可靠；5)以工控 機為基礎，集成設計，系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾能力強。下面結合說明書附圖和具體實施方式
對本說明作進一步的說明。

圖1為本實用新型的原理框圖。圖2為本實用新型程控放大電路的原理框圖。圖3為本實用新型自校電路的原理框圖。圖4為本實用新型高速分頻采樣保持電路的原理框圖。圖5為本實用新型同步信號發(fā)生器與接收器的原理框圖。
具體實施方式
如圖1所示的互感器校驗儀，機體上設有數(shù)字信號輸入端和模擬交流信號輸入 端，機體內裝有二個數(shù)字信號通道和二個模擬信號通道，所述的模擬信號通道由程控放大 電路、自校電路、高速分頻采樣保持電路和高速A/D測量電路組成，所述的數(shù)字信號通道包 括光電信號轉換模塊。信號通道之間裝有同步信號發(fā)生器與接收器，同步信號發(fā)生器與接 收器通過Agilent HFBR芯片將電信號和光信號相互轉換，同步信號發(fā)生器輸出同步信號電 信號分頻為4KHZ信號，供給高速分頻采樣保持電路和高速A/D測量電路，同時同步光信號 通過光纖傳送至被測互感器合并單元，同步信號接收器用于外部同步信號的接受來達到測 量同步的目的。程控放大電路的輸入端與模擬交流信號輸入端連接，輸出端與自校電路的輸入端 連接；高速分頻采樣保持電路的輸入端與自校電路的輸出端連接，輸出端與高速A/D測量 電路的輸入端連接。光電信號轉換模塊的輸入端與數(shù)字信號輸入端連接，光電信號轉換模塊的輸出端 和高速A/D測量電路的輸出端與工控機的輸入端連接，所述的工控機內裝有誤差計算模 塊。如圖2所示，模擬交流信號輸入后首先通過交流轉直流電路變成直流信號，經高速A/D測量電路獲得交流信號的有效值，并由此判斷PGA205型程控放大電路的放大倍數(shù)， 選擇最大允許放大倍數(shù)，盡可能放大模擬信號到接近測量芯片的最大量程。模擬交流信號 經過放大倍數(shù)可控電路進行放大后輸出至自校電路。如圖3所示，放大后的模擬信號將進入自校電路，自校電路主要由AD7545及移相 電路組成。模擬信號將分為兩路，一路經過D/A電路進行幅值調理作為同相分量信號，另一 路移相90°后經D/A電路進行幅值調理作為正交分量信號，將同相分量信號和正交分量信 號疊加，并與原始信號比較，可獲得設定的比差和角差，若自交結果正常，則后續(xù)信號將不 再進行調幅和移相，原始信號直接進去采樣保持電路。若自校結果異常，則停止后續(xù)信號處 理，并發(fā)出錯誤信號提示。如圖4所示，自校合格時，模擬交流信號經過程控放大電路后直接輸入高速分頻 采樣保持電路。圖中采樣保持的控制信號4KHz由長沙太陽人公司生產的高精度IMHz晶振 分頻出來，同時分頻出來IHz的同步信號輸出至電子式互感器合并單元，當觸發(fā)信號為高 電平時，采樣橋路保持，這一瞬間的模擬信號被保持，供后續(xù)A/D高速測量電路采樣。當觸 發(fā)信號為低電平時，采樣橋路連通，不進行信號保持和采樣。當信號保持的時候進行高速A/ D測量，A/D高速測量電路主要采用串行16位A/D轉換器ADS7813。本實用新型中秒脈沖及碼同步信號的發(fā)生、接收是保證相位測量準確可 靠的關鍵，秒脈沖同步信號的發(fā)送與接收具體實現(xiàn)框圖如圖5所示，IHz的同步激光秒脈沖 發(fā)生的原理是將IMHz高精度晶振分頻成通過256分頻計數(shù)器進行分頻，獲得4KHz的采樣 保持觸發(fā)信號。而4KHz的信號又經過兩級分別為400分頻和10分頻，獲得IHz的電信號，調 整該電信號的占空比，獲得占空比為20%的電信號，并以此信號驅動AgilentHFBR 1414Tz 芯片發(fā)出IHz的同步激光秒脈沖。當本校驗儀接受外部IHz激光秒脈沖輸入時，首先通過 Agilent HFBR 1414Tz光電轉換器轉換成IHz的電信號，該電信號的上升沿觸發(fā)256分頻 計數(shù)器清零，并以此計數(shù)器將IMHz高精度晶振分頻成4kHz，用于模擬信號通道的采樣保持 電路觸發(fā)使用，保證數(shù)字信號和模擬信號為同一時刻采樣。本實用新型采用CPLD來實現(xiàn)接 受IHz信號的同步，當IHz上升沿來的時候，以IMHz作為時鐘的計數(shù)器清零并開始計數(shù)實 現(xiàn)256分頻。由此同步誤差小于等于Iys的一個時鐘，即可知相角誤差在1'以內。^IG B碼同步信號的發(fā)送原理為在上述IHz信號上升沿時立刻生成一個占空比為80%、周期為 IOms的矩形波，然后依次連續(xù)生成98個占空比為50%、周期為IOms的矩形波，最后再生成 一個占空比為80%、周期為IOms的矩形波，這樣可以達到與本校驗儀所要用到的4KHz與 IHz信號同步。IRIG_B碼同步信號的接收原理為當接收的IRIG_B信號當達到第2個占空 比為80的矩形波時IHz信號立刻變?yōu)樯仙?，這樣就可以得到一個秒脈沖同步信號，接下 來就可以按照接收秒脈沖同步信號原理來得到同步的4KHz的信號。通過上述過程將模擬信號的若干個信號周期(每個周期80個點)測量出來，然后 根據(jù)離散傅里葉變化來求取信號的有效值和初相角?；ǚ至勘磉_式為
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權利要求1.一種互感器校驗儀，包括機體，其特征在于所述的機體上設有數(shù)字信號輸入端和模 擬交流信號輸入端，機體內裝有至少二個數(shù)字信號通道和至少二個模擬信號通道，所述的 模擬信號通道包括程控放大電路、自校電路、高速分頻采樣保持電路和高速A/D測量電路， 所述的數(shù)字信號通道包括光電信號轉換模塊，信號通道之間裝有同步信號發(fā)生器與接收 器；所述程控放大電路的輸入端與模擬交流信號輸入端連接，輸出端與自校電路的輸入端 連接；所述高速分頻采樣保持電路的輸入端與自校電路的輸出端連接，輸出端與高速A/D 測量電路的輸入端連接；所述光電信號轉換模塊的輸入端與數(shù)字信號輸入端連接，光電信號轉換模塊的輸出端 和高速A/D測量電路的輸出端共同與一工控機的輸入端連接，所述的工控機內裝有誤差計 算模塊。
2.根據(jù)權利要求1所述的互感器校驗儀，其特征在于所述的同步信號發(fā)生器與接收器 通過Agilent HFBR芯片使電信號和光信號相互轉換，同步信號發(fā)生器輸出同步電信號給高 速分頻采樣保持電路和高速A/D測量電路，同時通過光纖將同步光信號傳送至被測互感器 合并單元；同步信號接收器的輸入端與外部同步信號源的輸出端相連，其輸出端與高速分 頻采樣保持電路和高速A/D測量電路的輸入端連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的互感器校驗儀，其特征在于所述的光電信號轉換模塊選用 10/100M自適應多模/單模光纖收發(fā)器，將被測互感器合并單元輸出的光信號轉換成電信 號，然后通過網(wǎng)線傳輸給工控機。
4.根據(jù)權利要求1所述的互感器校驗儀，其特征在于所述的自校電路采用AD7545型 12位D/A芯片。
5.根據(jù)權利要求1所述的互感器校驗儀，其特征在于所述的高速A/D測量電路采用 ADS7813 型 16 位 A/D 芯片。
專利摘要目前尚沒有將兩數(shù)字信號進行比對獲得誤差數(shù)據(jù)的測試儀器；同時，對應于輸出低電壓信號的電子式互感器，目前也沒有專用校驗儀可以檢測。本實用新型公開了一種可同時適用于多廠家電子式互感器和傳統(tǒng)互感器檢測的校驗儀，其特征在于所述的機體上設有數(shù)字信號輸入端和模擬交流信號輸入端，機體內裝有至少二個數(shù)字信號通道和至少二個模擬信號通道，所述的模擬信號通道包括程控放大電路、自校電路、高速分頻采樣保持電路和高速A/D測量電路，所述的數(shù)字信號通道包括光電信號轉換模塊，信號通道之間裝有同步信號發(fā)生器與接收器。本實用新型可滿足傳統(tǒng)互感器、模擬低電壓輸出和數(shù)字量輸出的電子式互感器準誤差試驗。
文檔編號G01R35/02GK201876538SQ20102062203
公開日2011年6月22日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權日2010年11月24日
發(fā)明者周永佳, 朱重冶, 李航康, 白衛(wèi)平, 許靈潔 申請人:寧波三維電測設備有限公司, 浙江省電力試驗研究院