互感器校验

互感器校验（共7篇）

互感器校验 篇1

前言

随着计算机技术不断普及发展, 通信技术以及计算机能力也在不断增强提高中, 我国的自动化技术已经深入各个领域之中, 数字化变电站自动化在技术上也在进步提升中, 尤其是近年来的无人值守变电站的不断推广, 对于变电站的数字化提出了更高的要求。但是, 传统的电子式互感器或者电能表存在有许多问题, 对于推进自动化技术产生了巨大的阻碍, 所以在我国的相关领域中开始大量的研究电子式互感器和智能电能表, 并且已经有所研究成果, 应用进入相关领域中, 在其中起到了十分重要的作用。

1 电子式互感器

1.1 电子式互感器

电子式互感器是一种由连接到传输系统和二次转换器的一个或者多个典雅或者是电流传感器一起组成的仪器, 一般情况下是被使用在传输正比于被测的量, 从而可以供给测量的仪器、仪表以及控制装置。可以分为电容式互感器以及空心线圈组合式互感器, 低功率互感器以及校验、能效测评用电子式互感器等几种, 是随着传统的互感器在使用中暴露出不能符合我国现在电力系统发展后所研究发明出来的一种互感器, 相对比较传统的互感器而言, 可以最大程度上对于我国当下传统互感器有所替代, 促进我国电力系统的发展和进步。

1.2 电子式互感器校验系统原理

传统的电磁式互感器或是电流互感器中存在有一定的缺陷, 例如在绝缘问题上和在电磁干扰问题上, 都是难免会出现磁饱和问题, 同时也存有在造价和体积方面的缺点等, 随着近年来我国对于电力的要求越来越高, 电力系统的容量也在不断增高, 同时传输容量等级也在不断增加, 导致了这些问题越来越明显, 并且越来越阻挡了我国电力系统的发展进步。电子式互感器的出现解决了传统互感器中存在的问题, 并且以小体积、绝缘性能好等优点迅速取而代之, 此处主要针对其校验系统进行介绍。

电子式互感器的校验系统相对于传统的互感器校验系统而言也有了很大的改进, 例如在传统的电磁互感器校验系统进行校验的过程中存在有过程比较复杂, 需要基于比较仪式和电位差式的共同作用下的补偿式平衡原理, 通过对于电路平衡的调节等多个途径, 最终来达到校验, 过程十分复杂并且繁琐, 而相对比而言的电子式互感器则要显得更加简单一些。其原理是通过电磁铁芯线圈、Rogowski线圈以及阻容分压器、传感元件来一起构成, 在传感机理上与传统的电磁式互感器不同, 但是也存在有模拟电压信号输出或者是数字量的输出。

1.3 电子式互感器的校验方式

电子式互感器的校验方式是根据电子式互感器输出信号的不同而有所不同, 此处将对于两种校验方式都进行介绍, 这两种校验方式分别是模拟量校验方式和数字量校验方式, 两种校验方式最终都要得出一个相差、比差和复合误差, 然后将数据进行计算。

1.3.1 模拟量校验方式

模拟量校验方式是使用在输出信号是模拟信号的时候, 标准和所测两个通道输出的都是模拟信号的时候, 就存在于二次端上, 这个时候并不需要进行转换, 而可以只要通过简单的对放大之后, 就可以计算其中所存在的误差值, 从而达到校验的效果。

1.3.2 数字量校验

数字量校验则是当输出都为数字量的时候所使用的校验方法, 对于数字量校验, 标准源通道要通过进行转换, 同时要将二次端的时间信号也进行转换, 转换为离散采样数字信号, 二次侧通道则需要通过合并单元, 通过这种方法也将时间信号转换为离散的网络数据帧序列, 两个通道同时地共用一个时钟源, 从而可以达到同步采样的效果。

两种算法都是要将标准源互感器和被测互感器的输出信号进行进一步的处理, 可以得到一个相差, 比差和符合误差, 从而达到了对于电子式互感器的校验。当然, 在对于相差、比差和复合误差的计算过程中, 需要注意通过准确的计算来得到最终结果, 所以需要谨慎选择一些比较可靠的算法来进行计算, 其中例如比较传统的离散傅里叶算法, 或者是加窗傅里叶算法, 都是十分值得推崇的。

2 智能电能表

2.1 概念及其重要性

随着社会经济不断进步和发展, 电力系统也在不断进步过程中, 电能在社会中所扮演的角色越来越重要, 所以人们一直在追求更为安全、稳定和经济性并存的电能供应, 所以电网建设中, 智能电能表是一个不可忽略的步伐。智能电能表是传统电表的一个发展和进步, 建立在传统电表的基础上, 更加多功能、更加公平和智能化, 例如可以在用户端进行查询和控制, 同时也存在着数据方面的通信、防窃电等功能, 可谓是在电力系统发展迅速的如今一个必不可少的帮手。

2.2 构成与工作原理和特点

智能电能表与传统电表想比较而言, 其主要是通过实时采样来对于用户的用电量进行采取和控制, 智能电能表是智能电网终端连接的, 集中了各种自动控制、数字信息技术等技术, 从而达到了在操作性能和使用性能上的提升, 其具有耗能少、功能比较全以及承载传输信息较多等优势。

2.3 智能电能表的校验技术

一般情况下, 在普通的电表之中, 都会设置对于电表自己内部运行状况的自动检测的程序, 这种检测程序可以将自身内部存在的异常情况进行发现并且显示成代码, 但是存在的问题是, 生产电能表的厂家比较多, 而个性化设计的存在以及现如今并没有存在一种比较确定的行业规定, 所以导致了再厂家生产的过程中, 对于电能表的报警代码设定各不相同。

而在智能电能表中, 对于报警代码是有所限定的, 智能电能表在对于自身运行进行自己检测的时候, 如果发现在程序运行中存在有问题, 将显示出来异常的代码, 异常代码在校验过程中起到了极为重要的作用, 一般情况下, 校验人员在进行代码检查的过程中, 发现了报警代码, 则可以根据报警代码所指示, 从而迅速找到故障, 这样对于检修人员的工作效率以及质量有了很大的提升。

同时, 也需要注意对于智能电能表电池的校验, 电池作为智能电能表中的一个关键元件, 是在出现任何停电情况下对于智能电能表的运行有所支撑的包拯, 但是电池使用中存在有电池的失压问题, 如果电池出现了问题, 则会使得时钟的错乱, 从而导致了智能电能表无法正常运行。所以在检验过程中, 需要注意对于电池的检查, 并且对时钟进行核对。有关部门必须做好相关统计和准备, 什么时候进行电池的退补和更换工作, 以确保智能电能表的电池正常对其进行供电。

智能电能表的检测中, 如果发现了抄读的电量和实际显示屏幕上的电量存在的差异较大的问题时, 一定要知道, 这是因为在智能电能表的电量中, 其实存在着三种电量定义, 这三种电量定义分别是正向、反向和组合电量, 如果在程序的设定中存在有问题, 那么就容易导致了屏幕上将组合电量显示了出来, 而读抄人员则是抄到了正向电量, 这种时候需要仔细对于两者进行检查分析。

3 结语

近几年来, 随着我国的计算机技术不断发展, 通信技术也在不断进行, 自动化技术以及智能化已经走进了人们的生产生活之中, 对于我国的各行各业都带来了巨大的便利, 我国的数字化变电站技术不断进步, 人民生活中对于电能的需求越来越大, 而本文中所提及的电子式互感器以及智能电能表作为其中重要的组成部分, 它们的准确性起到了很大的作用, 所以本文对于两者的校验方法和技术进行了研究, 以期待对于相关行业的发展能有一定的促进作用。

摘要：随着近年来供电企业数字化变电站的不断发展进步, 电子式互感器以及智能电能表也成为了供电企业关注的一个重点, 本文主要对于电子式互感器以及智能电能表的发展状况以及基本原理入手, 针对其校验技术进行研究和阐述, 以期能对未来该方面的发展有一定的促进作用。

关键词：电子式互感器,智能电能表校验技术

参考文献

[1]罗志坤.电能计量在线监测与远程校准系统的研制[D].湖南大学2011.

[2]张志.电子式电流互感器在线校验关键技术及相关理论研究[D].华中科技大学, 2013.

[3]黄亮.新型智能电能表的设计与开发[D].武汉科技大学, 2013.

互感器移动校验平台运用 篇2

关键词：互感器现场校验平台,人机功效

1 前言

规程[1,2]要求:“高压互感器每10年现场校验一次”;“电磁式电流、电压互感器的检定周期不超过10年, 电容式电压互感器的检定周互感器周期不得超过4年”需要现场校验电压、电流互感器数量越来越多, 工作量越来越大, 互感器现场校验试验设备重复搬运, 难固定。需要一种能够便捷、可靠的互感器现场检测方式完成互感器现场校验工作。

2 互感器移动校验平台

根据某供电局互感器现状, 互感器移动校验平台须满足110kV及以下电压互感器、2000A级以下电流互感器、 (10-35) kV三相组合互感器现场校验以及电子互感器现场校验。根据互感器现场校验需要, 互感器移动校验平台主要由四部分组成:车辆单元、试验单元、数据测量管理单元、辅助单元。

2.1 车辆单元设计与改装

选用高顶客车进行改装, 车体分为驾驶室、操作控制室及试验设备室三个区域, 见图1。

基于互感器移动校验平台的“一种互感器移动校验车”在侧开门处安装液压折叠升降装置, 用于试验设备 (校验单元、TV单元、TA单元) 上下车, 该装卸装置可折叠, 侧门处下方安装隐藏式活动梯, 校验单元可装载在车上, 不下车即可进行户外的互感器校验工作;在车右侧中门安装设备上下装置, 方便重设备上下车;

试验区试验设备按照最优布局原则, 将校验单元、35/10kV TV单元和TA单元以及110kV试验单元安放固定于车厢相应的位置。110kV试验单元可以将标准TV和谐振升压装置平移伸出车体外, 满足试验时的安全距离要求。110kV试验单元有锁紧机构, 避免设备在运行过程晃动。试验设备室内设备全部采取减震和固定措施, 试验设备室两侧设有附件柜和储物柜。

2.2 试验单元配置

采用一体化车载式设计, 配置包括0.05级 (6～110) kV标准电压互感器、0.05s级2000A标准电流互感器、车载式互感器校验柜、单三相升压、升流试验电源、电子互感器校验仪等设备。

2.3 数据测量管理单元

开发互感器移动校验系统软件, 实现测试过程智能化, 试验项目微机程控, 自动完成电源调节、数据采集、数据换算、结果判别及数据管理, 并可实现试验结果的分析判断、试验报告的打印、显示及试验结果的查询, 提高测试精度和测试速度, 提高试验的准确性、可靠性、安全性。

2.4 辅助单元

在车厢内壁顶部设置有吸顶灯, 满足现场照明条件环境控制;在车厢的外顶部设置有顶置空调、试验操作区设温湿度监测设备, 满足现场试验环境监测和控制;在车厢的外顶部设置有场地照明灯。

在车厢右后部设置电源进线插座;在车厢右部设置电缆盘柜, 并在电缆盘柜内设有电缆盘。外接电源供电系统采用分路控制, 主回路及车载计量设备供电、插座等支路均分别配置空气开关, 供电回路设有漏保和紧急停止按钮, 设置醒目的警示灯提示, 为安全用电提供良好条件。

3 测量能力验证

3.1 比对及数据

在满足标准器量值传递要求的基础上, 选取测试盲样在互感器移动校验平台进行试验, 数据与本局实验室、中国计量科学研究院、国家计量站测试数据进行比对。

3.2 比对验证结果

undefined

, 判定为满意;|En|>1, 判定为不满意。

互感器移动校验平台的电压、电流互感器校验数据比对, |En|<1, 且均小于0.5, 比对获得满意结果, 互感器移动校验平台现校验能力得到验证, 互感器移动校验平台校验数据准确、可靠。

4 结束语

互感器移动校验平台研究作为科技项目实施以来, 在多座110kV及以下变电站、客户处的互感器现场校验中运用, 提高互感器现场校验任务反应速度、人机功效、工作效率, 减少人员劳动强度, 减少工作错误, 互感器移动校验平台应用取得很好效果。

参考文献

[1]DL/T448-2000, 电能计量装置技术管理规程[S].

[2]JJG1021-2007, 电力互感器[S].

[3]CNAS-GL02:2006, 能力验证结果的统计处理和能力评价指南[S].

电子式互感器校验新方法 篇3

琴韵变电站是南方电网首个数字化最彻底的220kV变电站,某网络结构采用双套独立双网、网采网跳模式,数据由电子式互感器采集。电子式互感器是琴韵变电站的重要设备,是琴韵变电站数字化、智能化的基础,所以其校验工作显得尤为重要。

1 变电站电子式互感器简介

1.1 基本结构

琴韵变电站采用与气体绝缘开关(GIS)配套使用的有源电子式互感器(电流、电压组合型互感器)。电流互感器采用低功率铁芯线圈(LPCT)传感测量电流,采用空芯线圈(罗氏线圈)传感保护电流,这样可使电流互感器具有较高的测量准确度、较大的动态范围及较好的暂态特性;电压互感器采用同轴电容分压器传感测量电压。

琴韵变电站电子式互感器的远端模块及合并单元采用双重化冗余配置,以保证互感器的可靠性;电子式互感器利用光纤传送信号,不仅抗干扰能力强,而且减少了变电站二次电缆,适应了数字化变电站技术发展要求。电子式互感器结构如图1所示。

1.2 电流传感器

电流互感器利用低功率铁芯线圈及空芯线圈传感被测一次电流。低功率铁芯线圈的工作原理与常规TA相同,仅输出功率很小,因此铁芯截面较小。空芯线圈是一种密绕于非磁性骨架上的螺线管,如图2所示;它不含铁芯,具有很好的线性度。空芯线圈的输出信号e与被测电流i的关系为:

式中,μ0为真空磁导率;n为线圈匝数密度;S为线圈截面积。

根据式(1),利用电子电路对线圈的输出信号进行积分变换可求得被测电流。

1.3 电压传感器

电压互感器利用同轴电容分压器测量电压。如图3所示,为了提高电压测量精度,改善电压测量暂态特性,在电容分压器的输出端并联一精密小电阻。电容分压器的输出信号uo(t)与被测电压ui(t)的关系为:

式中,C1为高压电容;C2为低压电容。

根据式(2),利用电子电路对电压传感器的输出信号进行积分变换可求得被测电压。

1.4 远端模块

电流传感器和电压传感器的输出信号均是被测量的微分。远端模块的主要作用是同时采集电流传感器和电压传感器的输出信号,转换成数字信号后进行积分变换,还原被测电流和被测电压信号,最后按约定格式以串行数字光信号的形式输出。远端模块的供电电压为DC110V;接有1根光缆,用于传送采集处理后的电流、电压信号。

2 电子式互感器校验方案

2.1 同一间隔电子式互感器的校验

在220kV琴韵变电站中,同一间隔有两种互感器配置方式:两组完全独立的电子式互感器分别用于同一间隔的主Ⅰ和主Ⅱ保护;电子式互感器加常规互感器。对于第一种配置方式,因两组电子式互感器采集的一次模拟量均来自同一间隔,故相同,且两组电子式互感器的变比通常也相同(即使变比不同,在实施比较过程中,也可通过软件乘以倍数来解决),因此,根据这些特点,可对同一间隔不同组别的电子式互感器进行比较校验。

2.2 不同间隔电子式互感器的校验

在220kV琴韵变电站中,同一段母线上不同间隔的电子式电压互感器测量的一次电压相同,均为该段母线电压。根据该特点,可对同一母线上不同间隔的电子式电压互感器进行比较校验。此外,母联开关合上时,并列运行的两段母线上的不同间隔的电子式电压互感器同样可进行比较校验。

3 电子式互感器校验实例

(1)同一间隔的不同组电子式电流互感器的数字量实时自动比较。此方案的原理构成如图4所示,P1、P2为保护组,M1、M2为计量组。对于同一间隔的两组电子式电流互感器,它们采用完全独立的传感单元、采集单元及合并单元。比较两组采集单元中的保护组、计量组数据,可达到自动诊断的目的。若比较结果偏差较大,则立即向后台传送报警信号,提示工作人员处理。两组合并单元输出比较如图5所示。

(2)同一间隔的一组电子式电流互感器的数字量和一组常规电流互感器的模拟量(经测控装置采集后转换为数字量)的实时自动比较。此方案的原理构成如图6所示。由于220kV琴莲甲线间隔既有电子式电流互感器,又有常规电流互感器,因此将电子式电流互感器的数字量和一组常规电流互感器的模拟量(经测控装置采集后转换为数字量)进行实时自动比较,达到自动诊断的目的。若比较结果偏差较大,则立即向后台传送报警信号,提示工作人员处理。两组合并单元与常规互感器输出比较如图7所示。

(3)母联开关在合位时,同一电压等级的Ⅰ、Ⅱ段母线的数字式电压互感器的数字量实时自动比较。此方案的原理构成如图8所示。当母联开关在合位时,两段母线电压一次值应相等,因此可将不同母线的电子式电压互感器输出数字量进行实时比较,达到自动诊断的目的。若比较结果偏差较大,则及时通知运维人员检查。两段母线电压互感器合并单元输出比较如图9所示。

4 结束语

基于一次侧同源测量比较的实时自动诊断技术,是对电子式互感器校验技术的有效补充。该技术有效解决了实时监测运行中电子式互感器测量误差的问题,实现了自动报警的功能,大幅提高了电子式互感器运行的可靠性和安全性,为智能变电站的大规模建设和运行提供了可能,同时促进了电子式互感器运行可靠性、稳定性研究工作的开展,将产品的可靠度量化,为产品的实用化、市场化发展提供理论及试验依据。

参考文献

[1]高翔.数字化变电站应用技术[M].北京:中国电力出版社, 2008

[2]凌平,沈冰,周健.全数字化变电站系统的检测手段研究[J].华东电力,2009(6):952-955

[3]邱智勇,陈建民,朱炳铨.基于IEC 61850标准的500kV三层结构数字化变电站建设[J].电力系统保护与控制,2009 (12):12-15

[4]王锐,曹丽璐,杨东海,等.数字化变电站网络化二次系统研究与应用[J].电力系统保护与控制,2010,38(12):12-14

[5]李瑞生,李燕斌,周逢权.智能变电站功能架构及设计原则[J].电力系统保护与控制,2010,38(21):24-27

[6]Q/GDW 383—2009智能变电站技术导则[S]

[7]李孟超,王允平,李献伟,等.智能变电站及技术特点分析[J].电力系统保护与控制,2010,38(18):59-62

[8]刘娇,刘斯佳,王刚.智能变电站建设方案的研究[J].华东电力,2010,38(7):0975-0977

[9]刘有为,邓彦国,吴立远.高压设备智能化方案及技术特征[J].电网技术,2010,34(7):1-4

电子式互感器数字输出校验技术 篇4

为适应数字化接口的发展,数字输出的电子式互感器(ET)开始在数字化变电站中得到应用,同时对其校验技术也提出了更高的要求。由于输出是数字形式,其校验系统和传统互感器[1]的校验系统有着显著差异,即不能采用模拟输出的测差原理来进行校验。数字输出电子式互感器的校验大多采用绝对测量法。本文重点研究数字输出电子式互感器的校验原理、校验系统构成、关键技术以及在线校验系统。

1 数字输出电子式互感器校验基本原理

与模拟输出相比,数字输出电子式互感器的输出不是时间t的函数,而是离散序列函数,其误差测试系统与传统互感器完全不同。从测量方法来看,由于数字输出电子式互感器的二次装置需要完成采样、同步等功能,和一次侧存在时延,因此不能使用差值法进行测量,只能用绝对测量法。一般需构建一个数字化的标准电流或电压互感器校验通道(标准通道信号仍然由电磁式互感器提供),该通道通过同步脉冲的控制,和被校验的电子式互感器同步实现模拟量到数字量的变化,再进行2路数字量的比对求得被校互感器的误差,校验系统组成如图1所示。

从互感器输出接口来看,数字输出电子式互感器的二次侧输出为合并单元(MU),它将同一时刻不同协议规定的三相电流、电压互感器的12路信号按标准规定的数据格式组成帧内容,以特定的格式发送给计量和保护装置。通过合并单元输出的数字信号有2种以太网输出方式,分别为IEC60044-8中FT3格式采用的曼切斯特编码发送方式和IEC61850-9-1中IEEE8802.3的发送方式。前者传输速率为2.5 Mbit/s,后者传输速率达到100 Mbit/s,应用更为广泛[2,3,4]。

数字输出电子式互感器校验的基本原理如图2所示。将升流器/升压器、待测电子式互感器一次端子、标准互感器一次端子接成闭环,分为标准通道和待测通道2路。标准通道中的标准互感器通过标准A/D转换器输出数字信号接入计算机;待测通道中待测电子式互感器通过合并单元输出数字信号接入计算机。外部同步脉冲发生器发出触发信号至电子式互感器合并单元和标准A/D转换器,使得2路信号同步。调节调压器,使测量值覆盖标准要求的每个测量点。上位机校验系统软件分别对2路采样后的数字信号提取信号有效值和相位信息并计算误差。目前国内外采用的数字输出电子式电流互感器校验系统多采用该原理。

目前已有的数字输出电子式互感器校验仪主要研究对象为高精度的A/D转换器、适用于数字化变电站的数字接口、便于现场使用的便携式结构以及适用于各种互感器的多种功能集成化。下文详细阐述针对以上对象的关键技术。

2 数字输出电子式互感器校验关键技术

2.1 标准信号的数字化变换

标准通道信号的采集在校验系统中起着重要作用,标准通道A/D的实现方式直接关系到整套校验系统的精度。影响标准信号变换精度的主要因素有4点。

a.高分辨率:对于校0.2S级的电子式互感器,校验系统标准通道的精度至少要达到0.05级,这就要求A/D具有高分辨率。A/D的高分辨率是影响校验系统精度的主要因素之一,最好在24位以上。

b.高动态范围:对于测量用电子式电流(电压)互感器的校验,标准要求在额定电流的5%~120%之间(在额定电压的20%~120%之间)都要准确测量;对于0.2S级准确度,更要求在额定电流的1%~120%之间都要准确测量,所以必须要求采集卡的高动态范围,即对万分之一伏到几伏范围内任何波动都可以准确采集。

c.高采集速度和高带宽。

d.带有至少2路同步采样通道,以便进行传统及模拟输出互感器的校验。

目前校验系统主要有2种:实验室使用的以高精度8位半表HP3458A作为标准的A/D转换器[5]和现场使用的以便携式NI数据采集卡[6]作为标准的A/D转换器。HP3458A虽然精度高但不易于现场校验,且价格昂贵。NI数据采集卡结构简单,便携性强,已经成为现场校验发展的趋势,但是同步方法实现较为复杂。

2.2 信号的同步

2路信号的同步是校验系统的关键:即标准互感器信号与被校电子式互感器信号必须同步采样,否则校验计算的结果不能满足误差精度要求。根据国家电网公司物资采购标准,同步误差要小于1μs。而对于0.2S级的电子式互感器的误差精度,在额定电流、电压下相位误差要求在10′(不足10μs)以内。若仅同步误差就大于1μs,整个校验系统就难以满足校验等级要求。保证同步误差小于1μs需要高精度同步脉冲源和同步实现方法。

解决同步问题有插值计算法和同步脉冲法:插值计算法由二次设备完成,根据互感器提供的若干时间点上的采样值,插值计算得到需要的时间点上的电压、电流值;同步脉冲法则使用统一的同步脉冲信号,电子式互感器在送出的采样值中打上时标,提供给二次设备。对于目前的数字输出电子式互感器校验系统,大多采用同步脉冲法实现2路信号的同步。

2.3 信号提取的精度

由于构成标准电流或电压通道的一次变换器仍然为传统互感器,与被校验的电子式互感器的频带宽度有较大差别,所以校验软件需要在2个不同的频带下准确提取基波信号,特别是基频变化时,采用普通的快速傅里叶变换(FFT)算法难以满足校验要求。为了准确提取基波信号,消除非同步采样与数据截断所引起的频谱泄漏和栅栏效应带来的误差,文献[7]采用了加窗插值FFT分析算法,在一定程度上抑制了频谱泄漏,提高了信号提取的准确度。

文献[8]提出了基于对称窗的离散频谱相位差校正算法,不依赖窗谱函数表达式即可求解信号参数。由于经典窗的旁瓣特性不够理想,对频谱泄漏的抑制作用有限,谐波间的相互干扰不可忽略,为此文献[9-11]采用了加多阶卷积窗的FFT算法。与常用的FFT算法相比,该算法可以有效减少因非同步采样造成的频谱泄漏误差,针对有频率波动的电网有更高的准确度。为了消除电网中间谐波以及谱间干扰的影响,文献[12]采用了加四阶矩形卷积窗插值的FFT算法,在抑制非同步采样和间谐波所引起的测量误差方面,四阶矩形卷积窗比其他相同宽度的传统窗函数效果更好。

2.4 MU输出数据帧捕获

在数字输出电子式互感器校验系统中,校验系统与MU的通信是必不可少的。MU的通信规约采用IEC61850-9标准,目前大多采用IEC61850-9-1协议进行通信。虽然IEC61850-9-1协议的数据帧格式是固定的,但不同生产厂家生产的MU数据帧中ASDU的个数不同,计数器零点的位置也不同,所以要针对不同厂家开发MU的数据帧捕获程序。目前数据帧捕获程序有的采用Labview编写,有的采用C++编写。为了快速得到稳定准确的数据帧格式,应采用执行效率更高的C++。

IEC61850-9-2除了支持直接映射到数据链路层的“Send MSVMessage”服务外,还支持向制造报文的映射。可重新配置输入通道数、采样频率等参数和帧格式。为了适应IEC61850-9-1和IEC61850-9-2通信协议,在设计数据帧捕获程序时,应兼容以上2种规约协议,通过软件的选择可灵活校验各种通信方式的电子式互感器。

3 电子式互感器在线校验系统

根据用途不同,电子式互感器校验系统可以分成实验室用、现场用及在线校验用等几类。前面两类在特定的离线情况下使用于传统互感器。由于对电子式互感器校验技术的研究较少,特别是对其现场带电校验技术的研究更是一片空白,也没有相应的标准出台。电子式互感器在线校验技术可以针对高压传统互感器和电子式互感器进行不断电监测,符合数字化变电站的发展趋势,其优点主要有:

a.可以更有效地使用电子式互感器,提高设备的利用率和可靠性;

b.有目标地进行维修,提高维修水平,保证被校互感器运行更安全、可靠;

c.可以系统地了解电子式互感器一次传感头及数据采集部分的运行信息,从而提高产品的可靠性。

下面对已经研制成功并挂网运行的电流互感器在线校验系统的构成和关键技术进行详细介绍[12,13]。

3.1 系统构成

在线校验系统是针对电磁式电流互感器、模拟输出电子式电流互感器和数字输出电子式电流互感器3种基本电流互感器设计的。其中数字输出电子式电流互感器校验最为复杂,是根据电子式电流互感器标准IEC60044-8中对于数字输出电子式互感器误差测量的实验要求设计的,即计算机在同一时间取一次电流的2种样本,一路来自标准电流互感器,另一路来自被测电流互感器,2路分别送入计算机计算幅值和相位,再做比较运算。该校验原理适用于数字输出电子式互感器,也同样适用于模拟输出电子式电流互感器和电磁式电流互感器,在线校验系统如图3所示。

在线校验系统包括标准通道、被校通道和校验平台3部分,其基本原理为:将标准电流互感器和被校电流互感器的输出分别通过标准通道和被测通道发送到校验平台。校验平台得到2路信号同一时刻的输出信号,分别提取其幅值和相位,计算出比差和相差。

3.2 关键技术

在线校验方式可以实现现场不断电情况下电流互感器的实时校验,能够合理、真实地反映电流互感器在电磁干扰环境下的实际运行情况,同时也可以缩短电流互感器的检测周期。其关键技术主要有2点。

a.适用于现场带电操作的高准确度标准传感头。本系统采用了便于现场安装的基于PCB板的钳形空心线圈作标准传感头,通过对该标准传感头进行数学建模和原理推导,并且针对其开口气隙大小、位置影响、邻相干扰、温度性能等进行详细实验研究以及挂网试验,证明该传感头具有准确度高、动态范围宽、实现方便及不断电安装的特点。

b.针对现场一次电流源谐波成分复杂的高准确度电力参数估算算法。采用绝对比较法测量原理的校验系统需要分别提取同一时刻一次导线电流的2种样本值,即标准电流互感器输出值和待测电流互感器输出值。改进的误差理论算法能更精确地提取2路信号基频参数值以便于比较运算。

4 结论

针对电子式互感器的广泛应用,对数字输出电子式互感器校验的关键技术进行了详细介绍和研究。研究结果表明以下2点。

a.信号同步、标准通道采集单元的A/D位数和信号提取算法是数字输出电子式互感器校验系统的关键技术。在满足校验精度前提下,今后研究的重点应该放在电子式互感器校验系统的高度集成性及便携性上,为校验系统构建一个操作方便的工作平台。

b.由于在线校验系统能够实现现场不断电情况下电子式互感器的实时校验,所以其为观察了解电子式互感器长期运行稳定性提供了一种可行的技术手段,是今后的一个重要发展方向。

摘要：针对电子式互感器与传统互感器的原理性差异和电子式互感器数字输出的新特点,分析了数字输出电子式互感器校验的基本原理,指出了其与传统互感器校验的区别并介绍了数字输出校验系统的构成。分析得出标准通道的信号变换、同步方法、校验算法和合并单元的数据帧捕获是数字量输出电子式互感器校验系统的关键技术。在此基础上,提出了电子式互感器在线校验的必要性,对已经研制成功并挂网运行的电子式互感器在线校验的构成特点和关键技术进行了详细分析。分析表明:在线校验系统为观察了解电子式互感器长期运行稳定性提供了一种可行的技术手段。

电子式互感器极性校验的实用方法 篇5

CT、PT的极性校验是变电站调试、验收的重要项目之一,几乎所有差动保护(如母线差动、变压器差动、线路光纤差动保护等)都需要CT极性的配合。在综合自动化变电站中,改变CT、PT二次极性指向,只需改变CT、PT二次回路接线。而智能变电站的采样通道由光纤构成,电子式互感器输出的FT3和合并单元输出的IEC61850-9-2都是每个周期80点采样的数字量,要修改CT的二次极性指向,只能改变CT顶部罗氏线圈至采集卡的接线,或调整CT的一次方向,非常麻烦。因此,在智能变电站调试中,研究电子CT、PT的校验方法是非常必要的,具有重要的现实意义。

1 智能变电站系统构成

1.1 电子式互感器结构

罗氏原理电子式CT结构如图1所示[1]。采集卡装在CT顶部,罗氏线圈输出的弱电压信号在CT头部经采集卡转换为光信号(FT3),再经光缆传输至合并单元转换为IEC61850 9-1或IEC61850 9-2规约的光信号供间隔层IED使用[2,3]。只有在升流试验时对比一次电流和采集卡输出的FT3或合并单元输出的9-2 SMV量的角度,才能对其极性进行校验。

1.2 智能变电站IED采样通道

智能变电站IED二次采样值通道如图2所示。PT的采集卡将PT的二次采样值以FT3报文的形式发给PT合并单元,先经PT合并单元将三相电压合并成一路FT3报文发给间隔合并单元;CT采集卡将CT的采样值以FT3报文的形式发给间隔合并单元,间隔合并单元将PT采样值与CT采样值合并为1路IEC61850 9-2报文,发至本间隔过程层交换机(或直接上送给IED)。各间隔层IED从本间隔过程层交换机获得所需的电流电压采样值。

2 110 kV及以上电子式CT极性校验方法

对于常规CT可以用直流法进行校验,即用电池的正负极连接CT的两侧,同时观察指针万用表二次电流的方向,从而确定CT的二次极性。而电子式CT二次输出的弱电压信号在CT内部就由采集卡转成了光信号,所以无法用直流法来校验CT极性。在这里,我们研究、分析采用比较法精确校验电子式CT的极性,其核心是通过比较CT一次侧电流和二次侧SV采样值角度差来确认CT极性,具体如下:

3𥰜й°œ3 0š

(1)通过升流器二次电流得出加在CT一次侧电流的角度;

(2)用常规继电保护测试仪输出一个工频电压,并和升流器二次电流核对角度,同时将这个电压输出至AD转换模块,转换为FT3电压信号输出至PT合并单元,经间隔合并单元转换为IEC61850 9-2输出至过程层网络,利用间隔层IED和CT二次电流进行角度对比;

(3)根据角度差确认极性的正确性。

2.1 试验准备

试验接线方法如图3所示,升流器的一次侧极性端挂于CT的P1侧,非极性端挂于CT的P2侧,升流器原理图及等值电路图如图4所示。钳形相位表用于测量升流器二次电流和继电保护试验仪的输出电压。继电保护试验仪输出模拟电压Ua给A/D转换装置,A/D转换装置将Ua转换为FT3数字量输入PT合并单元内。

将220 V交流电源加至升流器的二次侧,并调节升流器一次电流,使大于CT一次额定电流的10%。设置继电保护测试仪,使其输出电压为57∠0。用钳形相位表读出的相位差θ1。在间隔层IED上读出CT二次侧电流和母线电压的角度差θ2。

2.2 一次电流角度计算

升流器二次电流的角度为

根据图4可知

其中:N1为升流器一次线圈的匝数;N2为升流器二次侧线圈匝数;为励磁电流。

如图4所示,Z2为升流器二次线圈的电阻,角度为0°,大小可由万用表测出;Zm为升流器二次线圈电抗,角度为90°;ZL为升流器一次侧负载。

的大小可由如下方法得出:将升流器一次侧空载,二次侧加上220 V交流电源,设用钳型相位表测出此时二次电流的大小和相位,就是升流器的额定电压下的额定二次电流。

ZL无穷大时,为0,,此时

变换得

的大小和它们之间的夹角可由钳型相位表测得,带入上式后可算出Zm的大小和角度。

由图4等值电路可知在升流时的励磁电流为

式中,为交流电源大小为220 V,角度可用钳型相位表和继电保护测试仪输出的电压对比得出。

将代入式(2)得

由此计算出了一次电流的幅值和角度。

2.3 二次电流角度计算

CT采集卡延时、间隔合并单元延时、PT合并单元延时、AD转换模块延时都为常数[4,5],可以在装置参数中查到。设CT采集卡延时为T1,间隔合并单元延时为T2,AD转换模块延时为T3,PT合并单元延时为T4。

合并单元输出的IEC61850 9-2报文是每周期(20 ms)80点采样的数字量[6],所以,它们的延时会对采样值的角度造成偏差,每毫秒延时造成的偏差为360°/20 ms=18°/ms[7,8],经过AD转换模块后的角度为

经过PT合并单元后的角度为

式(7)经过间隔合并单元后Ua·的角度为

经过间隔合并单元后的角度为

而经间隔合并单元前为

经采集卡延时前为

2.4 CT极性确认

分别算出后,可知它们的差值接近0°或180°,因为从一次极性端P1流入。如果的差值接近0o,则CT的二次极性指向为CT一次的P1侧,即一次电流若从P1流入,则CT的二次电流角度与该一次电流相同。如果的差值接近180°,则CT的二次极性指向为CT一次的P2侧,即一次电流若从P1流入,则CT的二次电流角度与该一次电流相反。

3 35 kV及以下电子式CT极性校验方法

35 kV及以下的电子式CT一般直接将罗氏线圈的弱电压信号输出至保护装置,CT和采样值通道的结构和110 k V及以上的CT不同,所以第2节所述的比较法需做相应的改动,才能应用于35 kV及以下电子式CT的校验。

3.1 35 kV及以下电压等级电子式CT的结构

35 kV及以下电压等级的保护装置一般是CT采集卡、合并单元、保护、测控四合一的、电子式CT的罗氏线圈输出的弱电压信号可直接接至保护装置,为保护装置提供采样值[9,10,11]。要确认CT的极性可用钳型相位表测量出升流器二次电流和弱电压信号的角度差,装置中CT二次电流和输入的弱电压信号的角度差可通过计算得出,从而可得出CT一次电流和二次电流的角度差。

3.2 试验接线方法

试验接线方式如用图5所示,在升流时用钳型相位表测量升流器二次电流和,输入至保护测控装置弱电压的角度差。

3.3 计算方法

设CT罗氏线圈输出至保护装置的弱电压信号的角度为0°,用钳型相位表测出升流器二次电流的大小,以及的角度差。则的角度为θ。要根据升流器二次电流计算出升流器一次电流,计算方法与式(6)相同。其中分别为升流器一次、二次线圈匝数,为升流器二次所加的电源电压为220 V,为升流器二次线圈电抗可通过2.4小节中的方法计算得出,为升流器二次线圈电阻可通过用万用表测量得出。根据式(6)计算出的大小和角度。

再根据U2·计算除CT二次电流的角度。的关系可通过罗氏线圈和采集쀤卡的原理得出。罗氏线圈的原理如图6所示。

如图6所示罗氏圈中的磁通变化量使线圈两端产生一个电动势,就是我们测量到的弱电压信号可由对磁通Φ求导得出,罗氏线圈中的磁通与一次电流成正比[12],比例系数k与罗氏线圈相对于一次导体的位置及线圈大小等因素有关,是一个常数[13]。

保护装置中对弱电压信号进行积分算出电流其原理可用公式表示。由向量法可知对一个正向量积分所得的正弦量比该正弦量超前90o。所以。

3.4 CT极性确认

采用3.3小节的方法,分别求出,它们的差值应该接近与0o或180o,因为从一次极性端P1流入,如果的差值接近0o则CT的二次极性指向为CT一次的P1侧,就是说一次电流从P1流入,则CT的二次电流角度与该一次电流相同。如果的差值接近180o,则CT的二次极性指向为CT一次的P2侧,也就是说一次电流从P1流入,则CT的二次电流角度与该一次电流相反。

4 电子式PT极性校验方法

电子式PT的极性校验方法与110 kV及以上电子式CT的极性校验方法类似,用试验变压器对电子式PT进行一次升压,用常规继电保护测试仪输出一个电压和试验变压器,用钳型相位表测量出它和试验变压器电源电压(及试验变压器的二次电压)的角度差,并通过计算得出该电压和升流器一次电压的角度差。将该电压输出至PT合并单元,在间隔层IED上读出该电压和PT二次电压的角度差,从而计算出PT一次电压和PT二次电压的角度差。

5 结束语

电子式互感器的应用是智能变电站的重要标志,其极性是保证数字化继电保护装置正确动作的重要环节。本文提出采用比较法精确校验电子式互感器的极性,电子式电流互感器通过在升流试验中比较一次侧电流和二次侧SV采样值角度差来确定其极性;电子式电压互感器在加压试验中用类似的方法确定其极性。

本文提出的方法在河南省内第一个数字化变电站,鹤壁淇县220 kV数字化变电站的调试工作中得到成功应用,实践证明本文提出的方法是可行的,并且具有很高的效率。

摘要：在智能变电站调试工作中,研究出一套实用且易于现场实现的电子式CT、PT极性效验方法。在对电子式CT升流试验时,用继电保护测试仪输出一个工频模拟量,基于此模拟量测量升流器二次电流、二次系统中SMV采样值的角度。根据测量所得数据和升流器、合并单元等设备的参数,计算出电子式CT一次电流和其二次输出的角度差,从而确定电子式CT二次极性的指向。电子式PT的极性效验可在加压试验中进行,方法与电子式CT类似。实践证明所提出的方法是可行的,并且具有很高的效率。

电子式互感器校验仪的算法研究 篇6

随着电力系统的容量和传输电压等级的增大, 传统的电磁式互感器呈现出一些缺陷, 如绝缘问题、电磁干扰问题、体积大造价高问题, 电磁式互感器已经不能满足当代电力工业的发展要求。电子式互感器能很好地解决电磁式互感器的缺点, 电子式互感器替代电磁式互感器是电力系统的发展方向。由于电子式互感器结构的特殊性, 难以应用电磁式互感器校验装置进行校验, 因此电子式互感器校验方法及其装置的研究一直是国内外的研究热点。

目前常用的电子式互感器校验方法是数字校验法, 该方法借助数据采集装置将标准电磁式互感器和待测电子式互感器输出信号读入计算机, 通过软件分析得出电子式互感器的精度等级[1]。这种方法是采用傅里叶变换求取各路采集信号的基波分量, 但由于电网信号的频率具有波动性, 用傅里叶变换求基波分量产生了较大的误差, 这不利于校验过程的实时实现。

据此, 本文提出一种新型校验方法, 基于DFT算法和准同步算法相结合进行信号基波分量的提取, 两者的结合有效解决了因电网频率波动而导致的非同步采样对校验结果的影响的问题, 论文最后的实验结果验证了该方法的有效性和高效率。

1 电子式互感器校验系统的构造与设计

为克服电源频率不稳带来的误差, 电子式互感器校验一般采用比较法原理, 如图1:被测电子式互感器和参考电磁式互感器串联在同一条回路上, 通过调节输入电流大小进行测试。信号经A/D采样装置, 采集到DSP中进行处理。本装置用的DSP芯片是TMS320F206, 采样芯片用MAX125。通过A/D采集的标准信号和待测信号利用校准算法可计算出信号的基波分量, 进而得到待测电子式互感器的精度指标。

2 检验算法的研究

国家标准规定电网频率可在49.5~50.5 Hz之间波动, 若不进行信号频率的实时测量, 并且仍然按照固定采样率采样的数据进行傅里叶变换以求取基波分量, 则校验精度将受到很大影响。因此, 本文提出DFT算法和准同步算法相结合进行基波分量的提取, 以解决电网频率波动而带来的问题。

2.1 DFT算法设计

研制的电子式互感器校验仪为了配合所研制的电子式互感器的时序, 采用的是一个周期内固定采集26个点的采样方式。对于每周期26点的DFT算法, 我们可以把它分解成2×13个点, 进行DFT计算。DFT算法化简是根据系数WNnK的周期性和对称性, 化简后可以提高算法的效率。

2.2 准同步算法的基本原理

对于一个周期为T的周期函数f (t) , 它的平均值为, 其中t是积分起点。若在一周期内等分成N段, 由梯形求积公式可知:

如果增加N的值, 可以使f (t) 的平均值达到很高的精度, 这就是准同步采样的基本原理[2]。如果区间长度不是T而是T±Δ, Δ为波动误差, 则由式 (1) 计算的f (t) 的平均值与f (t) 真正的平均值之间存在一定的误差。如果通过提高每周期的采样次数, 再用DFT算法分析, 这样增加了计算量, 并且误差随波动误差Δ的增加而增加, 所以增加采样次数很难达到目的。而准同步采样在允许不大的误差Δ存在的情况下, 通过适当增加采样区间来消除非同步误差带来的影响。

假设被测信号f (t) 处于稳定状态, 将宽度为n× (T+Δ) 的积分区间[t0 t0+n× (T+Δ) ]等分为n×N段, 由此得到n×N+1个采样数据f (ti) (i=i0, i0+1, …, i0+n×N) , 有如下定义式:

经过n层递推运算, F1n可以最终表示为如式 (4) 所示的形式, ai为权系数。在式 (2) 和式 (3) 中, ρi (i=i0, i0+1, …, i0+n×N) 为对应的数值求积公式所确定的权系数, 一般通过复化梯形求解, c为递推计算所在的层数, k为序号, k=1, …, (n-c) ×N+1, 从公式中可以看出, 从第1层到第n层的递推计算中各层中的F的个数是逐渐以N为公差递减的, 这样, 可以计算出系数ai。在实际运用中, n=4已经可以达到很高的精度要求, 本算法取n=4, N=26, 所以, 采样26×4+1=105个点。计算出准同步窗函数的表达式为:

再把窗函数归一化, 就可以得到准同步窗, 对存在采样误差的原始数据进行加窗处理, 就实现了对数据的准同步化处理。

2.3 DFT算法和准同步算法相结合

当电网频率波动时, 若采用固定采样率采样, 会导致非整周期采样的情况出现, 如图2。

因此, 若对采样数据按离散傅里叶变换进行处理必然会带来误差, 并且随着误差的增加而增加, 因此, 用准同步算法进行校正是有必要的。我们用DFT算法和准同步算法相结合来对信号实现高精度的分析。由DFT可知道, 系数:

, 令g (t) =f (t) cos (kwt) , 由式 (1) 可以知道, 所以, 因此, 只要精确求出, 就可以精确的求出ak的值。

如果把所采样的105个点进行加准同步窗处理后, 再用DFT计算。所以可以得到DFT与准同步算法结合的谐波分析公式 (5) , (6) :

其中:N, n, η, , W都是常数或已经求出, 所以, ak、bk可以通过采样值fi乘以相应系数再累加的方法得到。这样就可以实现对信号的高准确度分析。

3 实验结果

利用DFT算法和准同步算法相结合后对信号的分析精度比普通的DFT算法对信号分析的精度要高许多。我们的实验如下:

假定信号的表达式为:

, 其中, A=1, a1到a20全部取2, f0取49.5~50.5 Hz, 把这个信号分别用准同步算法与DFT算法相结合和普通DFT算法进行检测分析, 在准同步算法中, n=4, N=26, 国家标准规定, 公用电网谐波次数最多考虑到20次, 因此我们也就考虑在20次以内的谐波影响下的本文所提的算法精度。比较结果如表1所示。

实验测试结果表明, DFT算法和准同步算法相结合后的测量精确度比普通的DFT算法的测量精确度提高了近20倍, 校验的精确度得到了很大的提高。并且加入准同步算法后, 电子式互感器校验系统的实验精确度可以满足0.05级[3]的国家标准精度要求。

在此系统中, 我们分析发现, A/D采样环节的量化误差比较大, 为改善系统的精确度, 改善A/D采样环节的量化误差是提高系统精度的最好方法, 为此, 在做硬件电路时, PCB布局的优化可以大大降低这种量化误差。

4 结论

国家标准规定电网频率可在49.5~50.5 Hz之间波动, 电网的波动会使采样不能严格同步, 在对电子式互感器的高精度测量中为解决这个问题, 本文提出了DFT算法和准同步算法相结合的基本原理来对电子式互感器进行校验。最后, 我们设计了实验, 对该方案进行了验证。实测结果表明基于所提校验方法的校验装置的精度满足0.05级电子式互感器的国家校验精度要求, 为以后的研究提供了很好的理论依据。

参考文献

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互感器校验 篇7

1 传统互感器极性校验系统

传统电磁式互感器采用法拉第电磁感应原理,一次侧和二次侧通过同一个磁通链路进行能量传递和电流/电压大小的转换。目前,一般采用干电池“点极性法”对其进行极性校验,如图1所示。

互感器一次引出端与干电池相连,通过开关S控制电流/电压的通断,互感器二次引出端接至高灵敏度双向直流指示表。闭合/打开开关S,通过观察直流指示表的指针偏转方向即可判断互感器的极性。由传统互感器的原理、结构及接线方式可知,其二次输出的极性可以方便地通过改变二次引出端的接线方式而调整。

2 电子式互感器特点

电子式互感器主要包含一次传感元件、数据采集转换模块以及合并单元三大部分。一次传感元件采集一次大电流/高电压,并转换为小电压信号或光信号。数据采集转换模块将一次传感元件输出信号转换为与一次量相关的数字量信号,并通过光纤传输给低压侧合并单元,彻底隔离一次高压系统和二次低压系统。合并单元是电子式互感器与保护、测控等二次设备的接口,它收集相关一次电流/电压采样数据,并进行同步处理后输出[2](下文提及电子式互感器输出数据即指其合并单元输出的数据)。

根据高压侧元件是否需要电源供电,电子式互感器可以分为有源式和无源式。无论是有源式还是无源式,电子式互感器最终输出都是统一的数字量方式,类似传统互感器的二次引出端已不存在,无法使用传统的直流指示表对电子式互感器的输出进行观察、校验。电子式互感器的原理也发生了变化,传统的互感器极性校验方法已经不再适用于电子式互感器,必须针对电子式互感器的特点采用新方法对其极性进行校验。

有源电子式电流互感器工作原理是法拉第电磁感应原理,可以测量周期性交变的电流量和突变的直流量,且稳定性好、不易受外界环境因素影响[3];对稳态的直流量有滤除效果。

无源电子式电流互感器主要指采用光学测量原理的电流互感器,又称光学电流互感器(OCT),其原理主要基于法拉第磁光效应。它可通过测量线性偏振光沿外加磁场方向或磁化强度方向通过磁光介质时的偏振面偏转角度来计算被测电流[4]。

基于法拉第磁光效应的光学电流互感器测量频带宽,暂态性能好,可以测量稳态和暂态的交流,也可以测量直流电流,但其测量精度及稳定性容易受外界环境影响,且其自身存在固有的白噪声。

3 电子式互感器极性校验系统

3.1 电子式互感器数据分析软件

传统电磁式互感器,采用万用表或者交/直流指示表即可方便测得其二次输出,通过比例换算即可得到其一次量。电子式互感器的数字量输出,使得传统仪表不能对其进行测量,必须开发专用的数据分析软件才能对其输出数字量进行解析、处理和监视。

电子式互感器数据分析软件具有数字报文捕获功能,能按照IEC61850-9-2标准或FT3格式对报文进行解析,并在此基础上完成采样数据分析、波形和信息显示、谐波分析、数据录波、数据存储、格式转换等应用功能[5]。电子式互感器数据分析软件功能结构如图2所示。数据分析软件各功能模块可用不同的任务实现,利用操作系统提供的多线程技术实现不同任务之间的并行工作。

电子式互感器数据分析软件采用实时波形的方式直观反映一次电流/电压的变化情况,可以替代万用表等传统仪表对电子式互感器输出采样波形实时监视,从而判断其极性的正确性。

3.2 极性校验系统组成

传统电磁式互感器采用干电池法校验极性,校验时,干电池的阶跃输入使互感器产生冲击响应,利用此响应的特征即可判断互感器的极性。光学互感器可测直流信号,但其自身存在一定的白噪声,小电流情况下可能湮没其真实电流。若采用干电池法对其进行极性校验,将由于电流较小而无法正确判断。实际应用中可用大功率直流源替代干电池,提供较大的直流电流对电子式互感器进行极性校验,如图3所示,数据分析软件接收合并单元采样值数据,实时监视电子式互感器输出波形变化情况。

考虑到光学互感器的噪声、有源电子式互感器的电磁响应特性以及校验系统的安全性,直流源DC应能输出30 A以上直流电流,而校验时最大输出直流电流控制在100 A以内。直流源的输出容量应考虑校验系统的回路阻抗,在实验室校验时,其输出容量达到500 W以上即可;而在现场测试时,其输出容量需达到1 000 W以上。直流源可以是具有大功率直流电流输出的继电保护测试仪,也可以是便携式大功率直流恒流源。直流源DC和数据分析软件都是便携式设备,因此,该校验系统适用于实验室和现场的极性校验。

3.3 极性校验系统应用

极性校验时,接线方式如图3,根据电子式互感器的极性标注,将DC的正极与互感器P1相连,负极与互感器P2相连,控制DC的输出,通过数据分析软件显示的波形判断互感器极性的正确性。此极性校验法主要采用直流对电子式互感器极性进行校验,可称为直流法。

校验Rogowski线圈原理的互感器极性时,控制DC输出,使阶跃的直流电流从Rogowski线圈P1端流入,此时若数据分析软件显示波形为图4(a)所示:从0正向冲激至一定大小后又逐渐衰减至0,则被校电子式互感器标注的极性是正确,DC正极相连一端为P1;若数据分析软件显示的波形为图4(b)所示:从0负向冲激至一定大小后又逐渐衰减至0,则被校电子式互感器标注的极性是错误的,与DC负极相连的一端为P1。

校验LPCT互感器极性的方法与校验Rogowski线圈互感器极性相同。

校验光学互感器的极性时,控制DC输出,使稳态的直流电流从互感器P1端流入,光学互感器能测直流量,若数据分析软件显示的波形偏向0的上方并保持稳定,如图5(a)所示,则被校电子式互感器标注的极性是正确,与DC正极相连一端为P1;若数据分析软件显示的波形偏向0的下方并保持稳定,如图5(b)所示,则被校电子式互感器标准的极性是错误的,与DC负极相连一端为P1。

在实验室进行极性校验时,将DC的输出通过导线直接接至被校互感器的一次输入端。在现场校验时,被校电子式互感器已接入一次系统,由于DC的输出能力有限,为使数据分析软件显示的波形尽量利于观察,应使校验回路的电阻尽可能小。

4 工程应用实例

国家电网公司某智能变电站试点工程大范围应用了光学原理的全光纤电流互感器,采用双敏感环方式实现采样数据双AD的要求。变电站投运前,工作人员采用上述的直流法对全光纤电流互感器进行了极性校验,以保证保护、测控、计量等后端应用采样数据的正确性。现场全光纤电流互感器极性校验的一次接线如图6所示,合上开关以及开关两侧的地刀1GD和2GD;地刀2GD的“接地排”拆除,使其与大地断开连接;直流源DC正极输出接至大地,负极输出接至2GD;直流源、大地、1GD、开关、2GD构成了穿越电子式互感器的回路。直流源DC为最大可恒定输出90 A直流电流的继电保护测试仪Doble,通过输出按钮可方便控制其输出。

测试过程中,Doble通过2GD和大地为系统提供恒定的30 A直流电流。校验时,数据分析软件实时监视全光纤电流互感器的输出波形。互感器输出波形大部分都与图5(a)所示波形相同,说明大部分电流互感器的安装、接线都是正确的。但校验过程中也发现了一些互感器极性错误或相序错误的问题,如图7所示。

图7(a)为某220 kV线路间隔B相极性校验时,B相AD1的波形偏向0上方,而AD2的波形偏向0下方,这说明B相AD1的敏感环极性是正确的,而AD2的敏感环极性是错误的,需要调整。电子式互感器不能通过更改二次输出的接线来改变极性,只有通过改变一次接线方式或修改数据采集模块、合并单元、后端应用等数据处理算法来改变其极性。更改互感器一次接线难度大且经济性差;修改合并单元或后端应用的数据处理算法不利于以后的管理、检修、设备更换;修改数据采集模块的数据处理算法涉及设备少且易于以后的维护。因此,工程中通过修改全光纤电流互感器数据采集模块的数据处理算法达到了改变极性的目的。

图7(b)为某110 kV线路间隔B相极性校验时,B相AD1的波形偏向0上方,B相AD2的波形为0,而C相AD1的波形偏向0上方,C相AD2的波形为0。由此看出,B相AD2与C相AD1的2个敏感环数据相互交叉,这说明2个敏感环相序反了,需要调整。工程中最终通过更改全光纤电流互感器敏感环至其数据采集模块的光纤接线而达到互感器正确接线的目的。

5 结束语

随着智能变电站建设的不断推进,各种类型的电子式互感器在变电站中逐步得到应用。电子式互感器极性的正确性直接关系到智能变电站二次设备能否正确运行,因此对其极性校验非常必要。由于电子式互感器原理、结构以及输出方式都发生了变化,传统的互感器极性校验方式已不再适用于电子式互感器。文中提出的电子式互感器极性校验系统及方法适应了电子式互感器的变化,满足实验室和现场对其极性校验的要求。在电子式互感器逐步推广应用阶段,该极性校验系统为开展电子式互感器试验提供了良好的条件。该极性校验系统已在工程应用中对现场的光学互感器进行了极性校验,及时发现了互感器存在的极性、光纤接线问题,保证了工程的顺利推进。该极性校验系统也在实验室对有源电子式互感器开展了极性校验,取得了一定效果。

参考文献

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