多功能電子式互感器校驗系統(tǒng)及校驗方法
【專利摘要】一種多功能電子式互感器校驗系統(tǒng)及校驗方法，所述的校驗系統(tǒng)包括包括模擬互感器的校驗系統(tǒng)和數(shù)字式互感器的校驗系統(tǒng)，Agilent 3458A需要兩臺Agilent 3458A)，Agilent 33250，同步信號裝置，GPIB-USB和自主開發(fā)配套軟件。本發(fā)明不需要其他額外的內(nèi)置模塊，其檢測精度比值誤差可達(dá)0.01％，相位誤差可達(dá)0.3’，完全滿足工業(yè)檢測要求。
【專利說明】多功能電子式互感器校驗系統(tǒng)及校驗方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子式互感器，特別是一種多功能電子式互感器校驗系統(tǒng)及校驗方 法，適用于數(shù)字化變電站用具有模擬輸出或數(shù)字輸出的電子式互感器的比值誤差和相位誤 差的校驗。

【背景技術(shù)】
[0002] 20世紀(jì)90年代中期，國際電工技術(shù)委員會預(yù)計未來將發(fā)展數(shù)字化集成變電站，擬 定了面向未來變電站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)。電子式互感器作為變電站 內(nèi)最底層的測量設(shè)備，其測量數(shù)據(jù)必須符合IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)格式。為規(guī)范和推動電子 式互感器的發(fā)展，IEC于1999年和2002年分別制定了電子式電壓互感器（簡稱為EVT)標(biāo) 準(zhǔn)IEC60044-7和電子式電流互感器（簡稱為ECT)標(biāo)準(zhǔn)IEC60044-8。2007年，我國互感器 標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會完成了 GB/T20840. 7-2007 (互感器-第7部分：電子式電壓互感器）和 GB/T20840. 8-2007 (互感器-第8部分：電子式電流互感器），這標(biāo)志著我國正式開始起動 電子式互感器的推廣應(yīng)用。
[0003] 傳統(tǒng)電磁式電壓互感器二次輸出為100V或100/^v，電流互感器二次輸出為 5A或1A，而電子式互感器的傳感原理和輸出方式則完全不同，無論是ECT還是EVT，一般其 二次輸出信號均為模擬小電壓（小于4V)或是數(shù)字量，因此適用于傳統(tǒng)電磁式互感器的檢 定方法已不再適用于電子式互感器，國內(nèi)目前電子式互感器的檢定和量值溯源體系仍是空 白，對電子式互感器比值誤差和相位誤差的校驗準(zhǔn)確與否直接影響到數(shù)字化變電站運行的 穩(wěn)定性和安全性。
[0004] 對于模擬輸出的ECT，國內(nèi)外通常采用的校驗方式有兩種：
[0005] -種與傳統(tǒng)的電流互感器的差值校驗原理類似，是在被檢ECT后加入一個U/I轉(zhuǎn) 換標(biāo)準(zhǔn)，將其輸出信號轉(zhuǎn)換成與傳統(tǒng)CT相一致的電流信號，但由于ECT的二次輸出電壓很 ?。ㄗ钚?2. 5mV)，若要轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)二次輸出的5A和IA難度極大，存在放大器元件的附 加誤差以及容量匹配問題；
[0006] 第二種方式是基于直接電壓測量的校驗方式如圖5所示，其優(yōu)勢在于標(biāo)準(zhǔn)CT和待 測ECT二次輸出信號大小無需相等，但采用數(shù)據(jù)采樣的方式要求兩個通道必須同步，否則 會出現(xiàn)相位的測量誤差。
[0007] 對于數(shù)字輸出的ECT，國內(nèi)外通常采用的校驗方式也同樣有兩種：
[0008] -種方法是將待測電子式互感器的數(shù)字輸出經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成模擬輸出信號與 標(biāo)準(zhǔn)互感器的模擬二次輸出信號進行比較。這種方法的優(yōu)點是被D/A轉(zhuǎn)換后的模擬信號可 按傳統(tǒng)電磁式互感器的差值法進行校驗，成本較低；但其難點在于如何準(zhǔn)確測量被轉(zhuǎn)換為 模擬信號的相位誤差，這其中包含了數(shù)據(jù)采樣、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、D/A轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)的時間 延遲，最重要的是無法區(qū)分時間延遲是互感器本身的響應(yīng)問題還是由于D/A的變換所引入 的。
[0009] 另一種方法是將標(biāo)準(zhǔn)電磁互感器的模擬輸出經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，計算 機采集到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號，通過接口讀入被校驗電子式互感器的測量信號，通過DFT計算出 測量信號的幅值和相位。這種方式的測量采用的是絕對誤差的測量方法，該方法受A/D精 度的影響一般僅能滿足〇. 2級電子式互感器的比值誤差的校驗，同時由于時間同步性能無 法確定溯源，所以相位誤差難以保證測量精度。
[0010] 從已公開的專利來看，并未考慮電網(wǎng)頻率波動對檢驗結(jié)果的影響，也未提及如何 減小測量結(jié)果的不確定度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于提供一種多功能電子式互感器校驗系統(tǒng)及校驗方法，該系統(tǒng)能 夠在頻率波動為35Hz?65Hz情況下，保持比值差在0. 01 %，相位差在0. 3'以內(nèi)，大幅度提 高相位測量和校驗精度，滿足0. IS級及以下等級的電子式互感器的校驗要求。
[0012] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0013] 一種多功能電子式互感器校驗系統(tǒng)，包括模擬互感器的校驗系統(tǒng)和數(shù)字式互感器 的校驗系統(tǒng)兩種：
[0014] 一種模擬互感器的校驗系統(tǒng)，特點在于其構(gòu)成包括：標(biāo)準(zhǔn)互感器、兩臺 Agilent3458A數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、感應(yīng)分壓器，標(biāo)準(zhǔn)I/V變換分流器和具有電子式互 感器控制軟件和計算軟件的PC機，各個器件的連接關(guān)系如下：所述的標(biāo)準(zhǔn)互感器的二次側(cè) 接標(biāo)準(zhǔn)I/V變換分流器，該標(biāo)準(zhǔn)I/V變換分流器的輸出端接第一 Agilent3458A數(shù)字萬用表 的輸入端，兩臺HP3458A數(shù)字萬用表通過GPIB-USB線連接PC機，所述的函數(shù)發(fā)生器通過 GPIB-USB與所述的PC機相連，所述的函數(shù)發(fā)生器與所述的兩臺Agilent3458A數(shù)字萬用表 相連接，第二臺Agilent3458A數(shù)字萬用表的輸入端接待測互感器的二次輸出端。
[0015] 一種數(shù)字式互感器的校驗系統(tǒng)，特點在于其構(gòu)成包括：標(biāo)準(zhǔn)互感器、第一 Agilent 3458A數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、感應(yīng)分壓器，標(biāo)準(zhǔn)I/V變換分流器和具有電子式互感器控 制軟件和計算軟件的PC機，各個器件的連接關(guān)系如下：所述的標(biāo)準(zhǔn)互感器的二次側(cè)接標(biāo)準(zhǔn) I/V變換分流器，該標(biāo)準(zhǔn)I/V變換分流器的輸出端接第一 HP 3458A數(shù)字萬用表的輸入端，第 一 HP 3458A數(shù)字萬用表通過GPIB-USB線連接PC機，所述的函數(shù)發(fā)生器通過GPIB-USB與 所述的PC機相連，所述的函數(shù)發(fā)生器與所述的第一 Agilent3458A數(shù)字萬用表相連接，待測 互感器的被檢合并單元與所述的PC機相連。
[0016] 利用模擬互感器的校驗系統(tǒng)校驗待測的模擬互感器的方法，包括下列步驟：
[0017] 1)根據(jù)待測互感器的變比選擇標(biāo)準(zhǔn)互感器，當(dāng)待測的互感器為電流互感器時，標(biāo) 準(zhǔn)互感器和待測互感器的一次電流端串聯(lián)，標(biāo)準(zhǔn)互感器的二次側(cè)接標(biāo)準(zhǔn)I/V變換分流器； 當(dāng)待測的互感器為電壓互感器時，標(biāo)準(zhǔn)互感器和待測互感器的一次電壓端并聯(lián)，標(biāo)準(zhǔn)互感 器的二次側(cè)接感應(yīng)分壓器，所述的信號發(fā)生器接受PC機發(fā)出的同步采樣命令，二臺3458A 數(shù)字萬用表開始同步，分別采樣標(biāo)準(zhǔn)互感器和待測互感器的二次輸出；
[0018] 2)啟動程序，進行初始化；
[0019] 3)判斷程序是否連接成功，如果連接成功，繼續(xù)進行下一步，否則結(jié)束，檢查儀器 連接線是否連接好；
[0020] 4)配置 Agilent 3458A 和 Agilent33250 參數(shù)；
[0021] 5)所述的PC機向Agilent 3458A發(fā)出單次使能有效信號；
[0022] 6)PC機從以太網(wǎng)口抓取數(shù)據(jù)，判斷抓包成功否，成功就進行下一步，否則就回到第 5)步；
[0023] 7)PC 機讀取 Agilent 3458A 的數(shù)據(jù)；
[0024] 8)利用改進型準(zhǔn)同步算法計算頻差和頻率，判斷頻率是否在規(guī)定范圍內(nèi)，在規(guī)定 之外，認(rèn)為錯點，回到第4)步；
[0025] 9) PC機計算比值差和相位差，標(biāo)準(zhǔn)互感器的幅值A(chǔ)l和相位Cpl，被檢互感器的幅 值A(chǔ)2和相位q>2;所述的比值差計算公式為

【權(quán)利要求】
1. 一種模擬互感器的校驗系統(tǒng)，特征在于其構(gòu)成包括：標(biāo)準(zhǔn)互感器、兩臺Agilent 3458A數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、感應(yīng)分壓器，標(biāo)準(zhǔn)I/V變換分流器和具有電子式互感器控 制軟件和計算軟件的PC機，各個器件的連接關(guān)系如下：所述的標(biāo)準(zhǔn)互感器的二次側(cè)接標(biāo)準(zhǔn) I/V變換分流器，該標(biāo)準(zhǔn)I/V變換分流器的輸出端接第一 HP 3458A數(shù)字萬用表的輸入端，兩 臺Agilent3458A數(shù)字萬用表通過GPIB-USB線連接PC機，所述的函數(shù)發(fā)生器通過GPIB-USB 與所述的PC機相連，所述的函數(shù)發(fā)生器與所述的兩臺Agilent3458A數(shù)字萬用表相連接，第 二臺Agilent3458A數(shù)字萬用表的輸入端接待測互感器的二次輸出端。
2. 一種數(shù)字式互感器的校驗系統(tǒng)，特征在于其構(gòu)成包括：標(biāo)準(zhǔn)互感器、第一 HP 3458A 數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、感應(yīng)分壓器，標(biāo)準(zhǔn)I/V變換分流器和具有電子式互感器控制軟件 和計算軟件的PC機，各個器件的連接關(guān)系如下：所述的標(biāo)準(zhǔn)互感器的二次側(cè)接標(biāo)準(zhǔn)I/V變 換分流器，該標(biāo)準(zhǔn)I/V變換分流器的輸出端接第一 Agilent3458A數(shù)字萬用表的輸入端，第 一 Agilent3458A數(shù)字萬用表通過GPIB-USB線連接PC機，所述的函數(shù)發(fā)生器通過GPIB-USB 與所述的PC機相連，所述的函數(shù)發(fā)生器與所述的第一 Agilent3458A數(shù)字萬用表相連接，所 述的接待測互感器的被檢合并單元與所述的PC機相連。
3. 利用權(quán)利要求1所述的模擬互感器的校驗系統(tǒng)校驗待測的模擬互感器的方法，其特 征在于該方法包括下列步驟： 1) 根據(jù)待測互感器的變比選擇標(biāo)準(zhǔn)互感器，當(dāng)待測的互感器為電流互感器時，標(biāo)準(zhǔn)互 感器和待測互感器的一次電流端串聯(lián)，標(biāo)準(zhǔn)互感器的二次側(cè)接標(biāo)準(zhǔn)I/V變換分流器；當(dāng)待 測的互感器為電壓互感器時，標(biāo)準(zhǔn)互感器和待測互感器的一次電壓端并聯(lián)，標(biāo)準(zhǔn)互感器的 二次側(cè)接感應(yīng)分壓器，所述的信號發(fā)生器接受PC機發(fā)出的同步采樣命令，二臺3458A數(shù)字 萬用表開始同步，分別采樣標(biāo)準(zhǔn)互感器和待測互感器的二次輸出； 2) 啟動程序，進行初始化； 3) 判斷程序是否連接成功，如果連接成功，繼續(xù)進行下一步，否則結(jié)束，檢查儀器連接 線是否連接好； 4) 配置Agilent3458A數(shù)字萬用表和Agilent33250函數(shù)發(fā)生器參數(shù)； 5) 所述的PC機向Agi lent3458A數(shù)字萬用表發(fā)出單次使能有效信號； 6. PC機從以太網(wǎng)口抓取數(shù)據(jù)，判斷抓包成功否，成功就進行下一步，否則就回到第5) I K 少； 7. PC機讀取兩個Agilent 3458A數(shù)字萬用表的數(shù)據(jù)； 8) 利用改進型準(zhǔn)同步算法計算頻差和頻率，判斷頻率是否在規(guī)定范圍內(nèi)，在規(guī)定之外， 認(rèn)為錯點，回到第4)步； 9. PC機計算比值差和相位差，標(biāo)準(zhǔn)互感器的幅值A(chǔ)l和相位φ?，被檢互感器的幅值 Α2和相位φ2;所述的比值差計算公式為
.所述的相位差的計算公式為 φ2-φ1 ； 10) 顯不結(jié)果； 11) 判斷校驗是否結(jié)束，沒有結(jié)束回到第5)步。
4. 利用權(quán)利要求2所述的數(shù)字式互感器的校驗系統(tǒng)校驗待測的數(shù)字式互感器的方法， 其特征在于該方法包括下列步驟： 1) 根據(jù)待測互感器的變比選擇標(biāo)準(zhǔn)互感器，當(dāng)待測為電流互感器時，標(biāo)準(zhǔn)互感器和待 測互感器的一次電流端串聯(lián)，標(biāo)準(zhǔn)互感器的二次側(cè)接標(biāo)準(zhǔn)I/V變換分流器；當(dāng)待測互感器 為電壓互感器時，標(biāo)準(zhǔn)互感器和待測互感器的一次電壓端并聯(lián)，選擇在標(biāo)準(zhǔn)互感器的二次 側(cè)接感應(yīng)分壓器，同步裝置發(fā)出的同步脈沖信號分別輸出給待測電子式互感器的被檢合并 單元和33250A信號發(fā)生器，在此同步脈沖的作用下，所述的標(biāo)準(zhǔn)互感器二次側(cè)的第一臺 3458A數(shù)字萬用表和所述的待測互感器二次側(cè)的被檢合并單元開始同步采樣； 2) 啟動程序，進行初始化； 3) 判斷程序是否連接成功，如果連接成功，繼續(xù)進行下一步，否則結(jié)束，檢查儀器連接 線是否連接好； 4) 配置Agilent3458A數(shù)字萬用表和Agilent33250函數(shù)發(fā)生器的參數(shù)； 5) 所述的PC機向Agilent 3458A數(shù)字萬用表發(fā)出單次使能有效信號； 6. PC機從以太網(wǎng)口抓取被檢合并單元數(shù)據(jù)，判斷抓包成功否，成功就進行下一步，否則 就回到第5)步； 7. PC機讀取Agilent3458A數(shù)字萬用表的數(shù)據(jù)； 8) 利用改進型準(zhǔn)同步算法計算頻差和頻率，判斷頻率是否在規(guī)定范圍內(nèi)，在規(guī)定之外， 認(rèn)為錯點，回到第5)步； 9. PC機計算比值差和相位差，標(biāo)準(zhǔn)互感器的幅值A(chǔ)l和相位CpU被檢互感器的幅值 Α2和相位φ2;所述的比值差計算公式為
所述的相位差的計算公式為 φ2-φ!； 10) 顯不結(jié)果； 11) 判斷校驗是否結(jié)束，沒有結(jié)束回到第5)步。
【文檔編號】G01R35/02GK104391264SQ201410738648
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】潘洋, 石雷兵, 糜堅平, 周力任, 盧春鳳, 秦毅 申請人:上海市計量測試技術(shù)研究院