一種電子式電流互感器大電流合成的暫態(tài)波形電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電子式電流互感器大電流合成的暫態(tài)波形電路，包括控制器單元、直流充電電源和波形輸出單元；波形輸出單元與ECT試品相連；控制器單元包括充電控制模塊、放電控制模塊、波形監(jiān)測模塊和暫態(tài)波形調節(jié)模塊；控制器單元用于控制波形輸出單元中電子器件的工作狀態(tài)，從而控制波形輸出單元向ECT試品輸出暫態(tài)電壓波形和暫態(tài)電流波形。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的一種電子式電流互感器大電流合成的暫態(tài)波形電路，能夠對輸出的暫態(tài)電壓波形和暫態(tài)電流波形的電流峰值、衰減時間常數(shù)進行精確調整，以滿足不同型號電子式電流互感器試品的檢測要求。
【專利說明】一種電子式電流互感器大電流合成的暫態(tài)波形電路

【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種暫態(tài)波形合成電路，具體涉及一種電子式電流互感器大電流合成的暫態(tài)波形電路。

【背景技術】
[0002]電子式電流互感器的暫態(tài)試驗包括直接法和等安匝法。直接法通過一個大容量且具備選相合閘功能的電流源進行試驗，同時試驗過程需要滿足一次回路對時間常數(shù)的要求。然而目前尚不具備進行長時間的電流互感器大電流暫態(tài)試驗設施；如當額定電流為2kA，對稱短路電流為40kA時不能對其進行暫態(tài)試驗，經本發(fā)明人長期大量觀察、研究發(fā)現(xiàn)目前尚無可以滿足特高壓電網(wǎng)電流互感器的暫態(tài)誤差試驗要求的現(xiàn)有技術。
[0003]電子式電流互感器暫態(tài)試驗過程中由于一次電流太大，在產品出廠檢查、試驗室檢驗和現(xiàn)場交接環(huán)境下的檢查難于直接產生穩(wěn)定的一次額定試驗電流。因此采用一次導體均繞等安匝的方法，用軟導線在試品線圈沿圓周方向均勻繞制數(shù)匝線圈，作為一次等安匝線圈，使單匝較小電流通過等安匝即能產生等效的一次大電流作為試驗電源。等安匝法適用于大電流互感器生的出廠試驗、大容量GIS配套電流互感器現(xiàn)場交接試驗和GTA的現(xiàn)場校驗，但是，在采用等安匝法進行電流互感器誤差試驗過程中，其測量誤差與直接法的測量誤差存在偏差。
[0004]分析直接法和等安匝法可知，其試驗偏差均是由于計量級和測量級的電流互感器引起的；計量級和測量級電流互感器的鐵芯磁密取值高于保護級電流互感器，且鐵芯截面積也更小。在電子式電流互感器實際運行時，一次母線置于電流互感器中心位置，一次電流產生的磁場在鐵芯內部分布較均勻，誤差性能滿足設計要求。在采用等安匝法進行等效誤差試驗時，雖然多匝一次導線在繞組圓周上均等分布，其產生的磁場整體上分段均勻，但在每匝線圈平面附近的磁場最強，造成其對應的鐵芯局部的磁密增高，甚至出現(xiàn)局部磁飽和，鐵損增加，一次勵磁電流加大，最終造成電流互感器誤差也相應出現(xiàn)偏差。因此通過適當增加電流互感器鐵芯截面、減小磁密取值、增加屏蔽繞組、優(yōu)化一次導線布置等改進措施改善直接法與等安匝法的不等效問題。
[0005]電子式電流互感器合成試驗除了采用等安匝方法實現(xiàn)一次大電流輸出外，還要進行穩(wěn)態(tài)工頻電流和直流暫態(tài)電流的合成，以輸出符合標準要求的故障電流。因此，需要提供一種能夠對電子式電流互感器的暫態(tài)電流峰值、衰減時間常數(shù)等重要參數(shù)進行精確調整，以輸出滿足電子式電流互感器合成試驗暫態(tài)要求的波形產生電路。


【發(fā)明內容】

[0006]為了滿足現(xiàn)有技術的需要，本發(fā)明提供了一種電子式電流互感器大電流合成的暫態(tài)波形電路，所述電路包括控制器單元，所述電路包括直流充電電源以及與ECT試品連接的波形輸出單元；
[0007]所述控制器單元包括充電控制模塊、放電控制模塊、波形監(jiān)測模塊和暫態(tài)波形調節(jié)模塊；所述控制器單元向所述波形輸出單元中電子器件輸出調整工作狀態(tài)的信號以控制波形輸出單元向所述ECT試品輸出暫態(tài)電壓波形和暫態(tài)電流波形。
[0008]優(yōu)選的，所述波形輸出單元包括連接于所述直流充電電源的正極端的充電晶閘管、雙擲開關、放電晶閘管、可調電阻和可調電感；低感分流器與所述直流充電電源的負極端連接；
[0009]優(yōu)選的，續(xù)流二極管反向并聯(lián)在所述直流充電電源兩端；所述續(xù)流二極管的一端連接于所述放電晶閘管和可調電阻之間，另一端連接于所述直流充電電源的負極端和低感分流器之間；
[0010]優(yōu)選的，所述充電晶閘管、雙擲開關和放電晶閘管的數(shù)目均為2 個所述充電晶閘管、雙擲開關和放電晶閘管的串聯(lián)支路連接于所述直流充電電源的正極端與所述可調電阻之間；另一個所述充電晶閘管、雙擲開關和放電晶閘管的串聯(lián)支路也連接于所述直流充電電源的正極端與所述可調電阻之間；
[0011]優(yōu)選的，所述雙擲開關分別通過儲能電容連接與所述直流充電電源的負極端和低感分流器之間；
[0012]當所述充電晶閘管通過所述雙擲開關與所述儲能電容連接時，所述直流充電電源、充電晶閘管和儲能電容組成充電電流回路，對所述儲能電容進行充電；
[0013]當所述放電晶閘管通過所述雙擲開關與所述儲能電容連接時，所述放電晶閘管、儲能電容和所述續(xù)流二極管組成放電電流回路，所述儲能電容放電；
[0014]優(yōu)選的，所述續(xù)流二極管在暫態(tài)電壓波形的電壓過零極性反轉時正向導通，從而使得在電壓過零點時諧振停止，放電電流呈指數(shù)衰減，滿足暫態(tài)電壓波形的輸出要求；
[0015]優(yōu)選的，所述充電控制模塊，用于控制所述雙擲開關合閘動作使得所述充電電流回路對儲能電容進行充電；
[0016]所述放電控制模塊，用于控制所述雙擲開關合閘動作使得所述儲能電容進行放電；
[0017]所述波形監(jiān)測模塊，采集波形輸出單元的低感分流器的電流，從而監(jiān)測所述暫態(tài)電壓波形和所述暫態(tài)電流波形；
[0018]所述暫態(tài)波形調節(jié)模塊，用于調節(jié)波形輸出單元的可調電阻和可調電感，從而對所述暫態(tài)電壓波形和所述暫態(tài)電流波形進行調整。
[0019]與最接近的現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)異效果是:
[0020]1、本發(fā)明技術方案中，采用直流充電電源向儲能電容充電，通過控制直流電源的大小，從而控制波形輸出單元輸出的暫態(tài)電流的大小；
[0021]2、本發(fā)明技術方案中，在直流充電電源的兩端反向并聯(lián)一個續(xù)流二極管，使得在暫態(tài)電壓波形中的電壓過零極性反轉時，正向導通該續(xù)流二極管，諧振在電壓過零點停止，從而暫態(tài)電流波形和暫態(tài)電壓波形均符合試驗要求；
[0022]3、本發(fā)明技術方案中，采用雙擲開關控制充電晶閘管和放電晶閘管的導通或斷開，從而實現(xiàn)暫態(tài)電流波形和暫態(tài)電壓波形的合成控制；
[0023]4、本發(fā)明技術方案中，分別采用兩個充放電晶閘管，能夠實現(xiàn)電子式電流互感器大電流合成試驗的重合閘控制；
[0024]5、本發(fā)明技術方案中，采用可調電阻和可調電感對暫態(tài)電流波形和暫態(tài)電壓波形進行精確調整。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。
[0026]圖1是:本發(fā)明實施例中一種電子式電流互感器大電流合成的暫態(tài)波形電路原理圖；
[0027]圖2是:圖1中續(xù)流二極管D5的工作原理圖；
[0028]圖3是:圖1中續(xù)流二極管D5閉鎖時儲能電容器放電的諧振波形圖；
[0029]圖4是:圖3所示諧振波形圖的局部放大圖；
[0030]圖5是:圖1中續(xù)流二極管D5導通時儲能電容器放電的諧振波形圖。

【具體實施方式】
[0031]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0032]本實施例中提供的適用于電子式電流互感器大電流合成試驗的暫態(tài)波形產生電路原理如圖1所示，所述電路包括控制器單元、直流充電電源和波形輸出單元；
[0033]1、如圖所示波形輸出單元連接于直流充電電源和ECT試品之間，包括:充電晶閘管Dl和D2，放電晶閘管D3和D4，續(xù)流二極管D5，雙擲開關Kl和K2，儲能電容Cl和C2可調電阻，可調電感和低感分流器；
[0034]充電晶閘管D1、雙擲開關K1、放電晶閘管D3、可調電阻和可調電感依次連接于直流充電電源的正極端與ECT試品之間；充電晶閘管D2、雙擲開關K2、放電晶閘管D4、可調電阻和可調電感同樣依次連接于直流充電電源的正極端與ECT試品之間；
[0035]續(xù)流二極管D5反向并聯(lián)在直流充電電源兩端，續(xù)流二極管D5的反向端分別與放電晶閘管的反向端連接，續(xù)流二極管D5的正向端與直流充電電源的負極端連接；
[0036]雙擲開關Kl和K2分別通過儲能電容Cl和C2連接于直流充電電源與低感分流器之間。
[0037]2、波形輸出單元包括充電電流回路和放電電流回路，具體為:
[0038]當雙擲開關Kl與充電晶閘管Dl連接，雙擲開關K2與充電晶閘管D2連接，此時直流充電電源、充電晶閘管、雙擲開關和儲能電容組成充電電流回路，對儲能電容進行充電；
[0039]當雙擲開關Kl與放電晶閘管D3連接，雙擲開關K2與放電晶閘管D4連接，此時放電晶閘管、雙擲開關、儲能電容和續(xù)流二極管組成充電電流回路，儲能電容進行放電；
[0040]圖2示出了續(xù)流二極管D5在放電電流回路中的工作原理，其中續(xù)流二極管D5的作用包括:
[0041](I)、當波形輸出單元為放電電流回路狀態(tài)時，向電路中續(xù)流，保護電路中的電子器件。
[0042](2)、當波形輸出單元為放電電流回路狀態(tài)時，續(xù)流二極管D5在暫態(tài)電壓波形的電壓過零極性反轉時正向導通，從而使得在電壓過零點時諧振停止，放電電流呈指數(shù)衰減，滿足暫態(tài)電壓波形的輸出要求；
[0043]①、圖2中雙擲開關K包括雙擲開關Kl和K2，儲能電容C包括儲能電容Cl和C2 ；當雙擲開關K與放電晶閘管連接時，儲能電容、可調電阻R1、可調電感L構成典型的RLC 二階電路，由于可調電阻為毫歐級電阻，因此該RLC 二階電路為欠阻尼二階電路；圖3示出了儲能電容向可調電阻和可調電感放電，波形輸出單元輸出的暫態(tài)電壓波形和暫態(tài)電流波形，由于RLC 二階電路為欠阻尼二階電路，所以上述兩個波形均逐步衰減；
[0044]②、圖3所示的暫態(tài)電壓波形和暫態(tài)電流波形不符合本實施例試驗的波形輸出要求，其暫態(tài)電壓波形和暫態(tài)電流波形的第一個峰值后的波形振蕩時間長、穩(wěn)定性差；在實際電子式電流互感器大電流合成試驗中，依據(jù)不同電壓等級的電子式電流互感器設定第一個峰值的大小和第一個峰值后的波形時間長度。通過圖4可以確定暫態(tài)電壓波形的電壓過零點時，暫態(tài)電流波形的諧振電流達到最大值，若此時讓諧振停止，放電電流就會以一定的時間常數(shù)呈指數(shù)衰減，則暫態(tài)電流波形符合試驗要求；
[0045]在暫態(tài)電壓波形的電壓過零極性反轉時，正向導通續(xù)流二極管D5，儲能電容被短路，破壞諧振條件，使諧振在電壓過零點停止，此時RLC 二階電路轉變?yōu)镽L —階電路，如圖5所示，暫態(tài)電流波形在電流達到最大值后按照RL—階電路的零輸入響應衰減，該暫態(tài)電流波形即符合試驗要求；
[0046]其中，諧振電流指的是儲能電容釋放的放電電流；
[0047](3):控制器單元用于控制波形輸出單元中電子器件的工作狀態(tài)，從而控制波形輸出單元向ECT試品輸出暫態(tài)電壓波形和暫態(tài)電流波形；如圖1所示，包括充電控制模塊、放電控制模塊、波形監(jiān)測模塊和暫態(tài)波形調節(jié)模塊，具體為:
[0048]①:充電控制模塊控制雙擲開關Kl和K2同時動作，雙擲開關Kl與充電晶閘管Dl連接，雙擲開關K2與充電晶閘管與D2連接，直流充電電源分別對儲能電容Cl和C2進行充電；充電控制模塊通過采集板對充電電壓和充電電流進行實時采集并發(fā)送到上位機，上位機將充電電壓與電壓設定值進行比較，將充電電流與電流設定值進行比較，若所述充電電壓和充電電流滿足設定值的要求，則上位機向放電控制模塊控制發(fā)送放電指令；放電控制模塊控制雙擲開關進行重合閘，包括:
[0049]a、雙擲開關Kl與放電晶閘管D3連接后，雙擲開關K2再與放電晶閘管D4連接；
[0050]b、雙擲開關K2與放電晶閘管D4連接后，雙擲開關Kl再與放電晶閘管D3連接。
[0051]放電控制模塊檢測放電電壓接近零點時，正向導通續(xù)流二極管D5，儲能電容被短路，從而使得諧振電壓在過零點附近停止。
[0052]②:波形監(jiān)測模塊，通過DSP電路采集波形輸出單元的低感分流器的電壓和電流，并發(fā)送到上位機，從而監(jiān)測暫態(tài)電壓波形和暫態(tài)電流波形；若波形輸出單元發(fā)生過電壓或過電流，則停止電子式電流互感器大電流合成試驗暫態(tài)波形產生電路工作；
[0053]③:暫態(tài)波形調節(jié)模塊，用于調節(jié)波形輸出單元的可調電阻和可調電感，從而對暫態(tài)電壓波形和暫態(tài)電流波形進行調整；操作人員依據(jù)上位機采集的電壓信號和電流信號，向暫態(tài)波形調節(jié)模塊發(fā)送參數(shù)調整指令，從而調節(jié)可調電阻的電阻值和可調電感的電感值，遠距離改變電路參數(shù)，控制暫態(tài)電流的峰值和衰減時間常數(shù)以滿足試驗要求。
[0054]如圖2所示的RLC欠阻尼二階電路的零輸入響應參數(shù)計算公式為:
[0055]①:暫態(tài)電流計算公式為:i = & sin (M)；




0.) L
[0056]其中，Uc為充電電壓，(y = I，ω =.-~ — ?—；
2L ]jLC [2L J
[0057]②:暫態(tài)電流波形衰減的時間常數(shù)計算公式為:τ =^-;



Al
[0058]③:電流的瞬時值計算公式為:/ = / 6~τ，其中，10為第一個波峰的峰值；
O
[0059]④:可調電感電壓計算公式為Mi =sin ((Ot - β)；




(O
[0060]其中，?)η = Vi)- + ω2，β = arctan ? — | = arclan 41^-^——I ；
。U」N Rl2C
[0061]通過選擇適當?shù)某潆婋妷篣。、儲能電容器容量C、可調電感L、可調電阻Rl和直流回路的放電合閘角，可以對暫態(tài)電流的峰值、衰減時間常數(shù)參數(shù)進行精確調整，以滿足不同型號電子式電流互感器暫態(tài)試驗的要求。
[0062]最后應當說明的是:所描述的實施例僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├绢I域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。
【權利要求】
1.一種電子式電流互感器大電流合成的暫態(tài)波形電路，所述電路包括控制器單元，其特征在于，所述電路包括直流充電電源以及與ECT試品連接的波形輸出單元； 所述控制器單元包括充電控制模塊、放電控制模塊、波形監(jiān)測模塊和暫態(tài)波形調節(jié)模塊；所述控制器單元向所述波形輸出單元中電子器件輸出調整工作狀態(tài)的信號以控制波形輸出單元向所述ECT試品輸出暫態(tài)電壓波形和暫態(tài)電流波形。
2.如權利要求1所述的一種電子式電流互感器大電流合成的暫態(tài)波形電路，其特征在于，所述波形輸出單元包括連接于所述直流充電電源的正極端的充電晶閘管、雙擲開關、放電晶閘管、可調電阻和可調電感；低感分流器與所述直流充電電源的負極端連接。
3.如權利要求2所述的一種電子式電流互感器大電流合成的暫態(tài)波形電路，其特征在于，續(xù)流二極管反向并聯(lián)在所述直流充電電源兩端；所述續(xù)流二極管的一端連接于所述放電晶閘管和可調電阻之間，另一端連接于所述直流充電電源的負極端和低感分流器之間。
4.如權利要求2所述的一種電子式電流互感器大電流合成的暫態(tài)波形電路，其特征在于，所述充電晶閘管、雙擲開關和放電晶閘管的數(shù)目均為2 ;—個所述充電晶閘管、雙擲開關和放電晶閘管的串聯(lián)支路連接于所述直流充電電源的正極端與所述可調電阻之間；另一個所述充電晶閘管、雙擲開關和放電晶閘管的串聯(lián)支路也連接于所述直流充電電源的正極端與所述可調電阻之間。
5.如權利要求4所述的一種電子式電流互感器大電流合成的暫態(tài)波形電路，其特征在于，所述雙擲開關分別通過儲能電容連接與所述直流充電電源的負極端和低感分流器之間； 當所述充電晶閘管通過所述雙擲開關與所述儲能電容連接時，所述直流充電電源、充電晶閘管和儲能電容組成充電電流回路，對所述儲能電容進行充電； 當所述放電晶閘管通過所述雙擲開關與所述儲能電容連接時，所述放電晶閘管、儲能電容和所述續(xù)流二極管組成放電電流回路，所述儲能電容放電。
6.如權利要求5所述的一種電子式電流互感器大電流合成的暫態(tài)波形電路，其特征在于，所述續(xù)流二極管在暫態(tài)電壓波形的電壓過零極性反轉時正向導通，從而使得在電壓過零點時諧振停止，放電電流呈指數(shù)衰減，滿足暫態(tài)電壓波形的輸出要求。
7.如權利要求1或5所述的一種電子式電流互感器大電流合成的暫態(tài)波形電路，其特征在于，所述充電控制模塊，用于控制所述雙擲開關合閘動作使得所述充電電流回路對儲能電容進行充電； 所述放電控制模塊，用于控制所述雙擲開關合閘動作使得所述儲能電容進行放電； 所述波形監(jiān)測模塊，采集波形輸出單元的低感分流器的電流，從而監(jiān)測所述暫態(tài)電壓波形和所述暫態(tài)電流波形； 所述暫態(tài)波形調節(jié)模塊，用于調節(jié)波形輸出單元的可調電阻和可調電感，從而對所述暫態(tài)電壓波形和所述暫態(tài)電流波形進行調整。
【文檔編號】G01R31/00GK104181417SQ201410406243
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月18日 優(yōu)先權日:2014年8月18日
【發(fā)明者】汪本進, 徐思恩, 王曉琪, 吳士普, 邱進, 余春雨, 毛安瀾, 馮宇, 杜硯, 李璿, 王玲, 陳曉明, 陳江波, 李輝, 許晶, 何妍, 周翠娟, 朱絲絲, 金逸, 袁宇波, 卜強生 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學研究院, 江蘇省電力公司