专利名称：一种基于iec 61850标准的电流互感器校验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电流互感器校验仪，特别是一种采用同步采样、时间一致性 好和IEC 61850标准输出的电流互感器校验仪装置。
背景技术：
电子式电流互感器在现场长期工作过程中，其性能指标由于环境因素的影响而改 变，因此，必须研制电子式电流互感器校验仪装置，对现场的电子式电流互感器进行定期校 验，以修正其测量参数，保障其长期稳定的工作。目前，传统的采用模拟电桥的方法来得到电流互感器的比差和相差的电流互感器 校验仪不能用于校验数字式电流互感器。其次，现有的数字式电流互感器校验仪在校验过 程中，存在数据传输延时以及器件固有延时，为简化设计，通常忽略同步之后的额外时间延 迟，导致校验结果不准。此外，现有数字式电流互感器校验仪的数据输入输出格式均由厂家 自行定义，设备之间兼容性较差。
实用新型内容本实用新型的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种时间一致性好、 通用性强的采用基于IEC 61850标准的电流互感器校验仪。本实用新型的技术解决方案是一种基于IEC 61850标准的电流互感器校验仪， 包括电阻、A/D转换器、同步单元、处理单元和IEC61850标准收发单元；IEC61850标准收发 单元接收变电站主时钟输出的IEEE1588同步报文，并将所述IEEE1588同步报文直接送至 同步单元，变电站主时钟输出的Ipps同步信号或者IRIG-B同步信号直接输入至同步单元； 当有且仅有一种同步信号有效时，同步单元同步本地时钟并向处理单元输出同步信息；处 理单元根据所述同步信息产生同步采样脉冲和A/D采样脉冲，待测电流互感器的电流经同 步采样脉冲采样后送至处理单元，标准电流互感器的电流经电阻转换为电压后由A/D转换 器按照A/D采样脉冲进行采样并送至处理单元；处理单元从采样电压中获取标准电流互感 器的电流，并将标准电流互感器的电流及对应的采样时间Tm以及待测电流互感器的电流及 对应的采样时间Ts共同发送至IEC61850标准收发单元；IEC61850标准收发单元将接收到 的数据按照IEC 61850-9-1标准或者IEC 61850-9-2标准进行组帧后输出至外部。所述的采样时间Ts大于采样时间Tm。所述的采样时间 Ts = Timestamp/Entrytime-tb，其中 Timestamp/Entrytime 为处 理单元接收到待测电流互感器电流采样值的本地时间，tb为待测电流互感器传输电流采样 值所需的时间。所述的采样时间Tm = Timestamp/Entrytime-ts-tb+tm, tm为标准互感器输出的采 样时间、ts为待测电流互感器的采样时间，Timestamp/Entrytime为处理单元接收到待测电 流互感器电流采样值的本地时间，tb为待测电流互感器传输电流采样值所需的时间。所述的电阻的阻值为0. 5欧姆，精度为0. 1%，温度稳定性为10ppm/K。[0010]所述的A/D转换器的线形度为0. 05%，重复性为0. 05%，输出数据位数16bit。本实用新型与现有技术相比的优点是(1)本校验仪兼容数字化变电站常用的三种同步对时方式，对lpps、IRIG-B输入信号采用数字同步滤波以及似然性检测技术提高信号抗干扰能力；(2)本校验仪采用先同步成功再开始工作的方式，对标准电流互感器和待测电流 互感器进行同步采样并准确计算标准电流互感器和待测电流互感器的采样时间，时间一致 性好；(3)所有传输数据均采用数字化变电站所应用的相关标准规定的标准数据结构， 其中待测电流互感器输入的SAV值遵循IEC 60044-8 2002 (GB/T20840. 8 2007)标准数 据结构，输出数据遵循 IEC 61850-9-1 2003 (DL/T860. 91)或 IEC 61850-9-2 2004 (DL/T 860. 92)标准数据结构，通用性强。
图1为本实用新型的结构原理图；图2是本实用新型的处理单元结构示意图；图3为本实用新型的IEC 61850标准收发单元结构示意图；图4为本实用新型的IEEE 1588同步报文收发方式示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型由高精度电阻1、A/D转换器2、同步单元3、处理单元4、 IEC61850标准输出单元5构成。标准电流互感器6的输出端与高精度电阻1的一端连接， 高精度电阻1的另一端与A/D转换器2连接，A/D转换器2与处理单元3连接，待测电流互 感器7与处理单元4连接，处理单元4与IEC61850标准输出单元5连接，IEC61850标准输 出单元5与同步单元3连接、同步单元3与处理单元4连接。同步单元3兼容现有的lpps、IRIG-B和IEEE1588三种同步方式，同步单元采用 FPGA实现，在FPGA内部，对lppS、IRIG_B输入信号进行数字同步滤波以及似然性检测。同 步单元3等待变电站主时钟输入的Ipps或IRIG-B同步信号，或者经由IEC61850标准输出 单元5接收变电站主时钟输入的IEEE1588的同步报文。当且仅当一种同步信号有效时，同 步单元3使能处理单元4，并将同步后的本地时钟信息一并发送给处理单元4。处理单元4 依据同步单元3发送的同步后的本地时钟信息产生待测电流互感器同步采样脉冲和A/D采 样脉冲，使待测电流互感器7和A/D转换器2按照同步状态进行工作。A/D转换器2依照处 理单元4发送的A/D采样脉冲，对高精度电阻1的电压值进行采样，并等待处理单元4进行 读取，处理单元4读取到A/D转换器2的采样值后，根据高精度电阻1的阻值即可换算出进 入高精度电阻1的电流值，即标准电流互感器6输出的电流值。待测电流互感器7依据处 理单元4发送的待测电流互感器同步采样脉冲进行采样工作，并将采样值发送到处理单元 4。处理单元4接收完成后，将相对应的A/D转换器2的采样值和对应的采样时间进行整合 后，一并发送给IEC 61850标准收发单元5。IEC 61850标准收发单元5将接收到的数据按 照 IEC 61850-9-1 :2003(DL/T 860. 91)或 IEC 61850-9-2 :2004 (DL/T 860. 92)标准进行 组帧，并经由100BASE-TX或100BASE-FX接口进行发送。[0021]本实用新型系统整体是基于同步完成后开始工作，即本地时钟已完成同步，A/D采 样脉冲和待测电流互感器同步采样脉冲均为处理单元4基于同步信息所产生的，这样在采 样起始前即经过同步信息同步，避免了在非同步系统采样完成后再进行同步所引入的延时 误差，提高了有关数据的可对比性，和采样数据所对应时间的准确性。A/D转换器2的采样值和待测电流互感器7发送的电流采样值(SAV)之间的相位 延时取决于标准互感器的采样时间tm、待测互感器的采样时间ts、以及待测互感器传输电 流采样值所需的时间tb = Nbit/baudrate，其中Nbit为SAV值传输帧的总位数，bandrate为 SAV值传输时所使用的波特率，处理单元4从产生采样脉冲到接收到所对应的SAV值的时 间大于读取相应A/D采样值的时间，在IEC61850标准收发单元组帧的过程中使用的是接 收到SAV值时的时标Timestamp/Entrytime。SAV值对应的本地时间为Ts = Timestamp/ Entrytime-tb, A/D 采样值对应的本地时间为 Tm = Timestamp/Entrytime-ts_tb+tm。高精度电阻1的阻值为0. 5欧姆，精度0. 1%，温度稳定性10ppm/K。A/D转换器2 的线形度0. 05 %，重复性0.05%，输出数据位数16bit。以保证标准互感器数据的采集精度 和长期稳定性。同步单元3采用FPGA实现，在FPGA内部，对lppS、IRIG_B输入信号进行数字同步 滤波以及似然性检测，FPGA选用ALTERA公司的EP2C8Q208I8N。处理单元的结构如图2所示，基于FPGA设计的数据读取器41、SAV脉冲发生器42、 串行接收器43、A/D脉冲发生器44、同步信息处理模块45、整合模块46。系统启动后，同步 信息处理模块45等待同步单元3发送的同步成功信号、及同步后的本地时钟信息，当收到 同步信息处理模块45的相关信息后，同步本地时钟，使能SAV脉冲发生器42和A/D脉冲发 生器44，串行接收器43接收待测互感器7发送的SAV值，加入时标(Timestamp/Entrytime) 后发送给整合模块46，数据读取器41读取A/D转换器2的采样值，并发送给整合模块46， 整合模块46在接收到相关数据后进行数据拼接整合，发送给IEC61850标准收发单元5。图3为本实用新型的IEC 61850标准收发单元结构示意图，包括DSP51、网络控制 器52、基于FPGA设计的同步协调模块53。系统使能前，网络控制器52监听网络上是否有 IEEE 1588标准所规定的网络时钟同步报文，当接收到同步报文后，由同步协调模块53驱 动网络控制器52完成IEEE 1588网络时钟同步的相关报文发送及接收，同步过程如图4所 示。图4中，变电站主时钟以广播方式发布同步报文SYNC，等SYNC报文发出后，主时钟发送 准确记录SYNC报文发送时间的Follow-Up报文，从时钟通过记录报文接收的准确时间计算 主时钟和从时钟之间的时间偏移量；从时钟通过向主时钟发送延迟请求报文Delay-Req， 并接收主时钟的延迟响应报文Delay-Resp，计算出网络延时，以此实现主从时钟同步。完成IEEE 1588标准同步后，同步协调模块53将相关同步信息发送给同步单元 3，由同步单元完成相关同步设定。系统使能后，DSP51接收到处理单元4发送的带有时标 的整合数据后，将依据 IEC 61850-9-1 2003 (DL/T860. 91)或 IEC 61850-9-2 :2004(DL/T 860. 92)标准进行组帧。本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
权利要求一种基于IEC 61850标准的电流互感器校验仪，其特征在于包括电阻(1)、A/D转换器(2)、同步单元(3)、处理单元(4)和IEC61850标准收发单元(5)；IEC61850标准收发单元(5)接收变电站主时钟输出的IEEE1588同步报文，并将所述IEEE1588同步报文直接送至同步单元(3)，变电站主时钟输出的1pps同步信号或者IRIG B同步信号直接输入至同步单元(3)；当有且仅有一种同步信号有效时，同步单元(3)同步本地时钟并向处理单元(4)输出同步信息；处理单元(4)根据所述同步信息产生同步采样脉冲和A/D采样脉冲，待测电流互感器(7)的电流经同步采样脉冲采样后送至处理单元(4)，标准电流互感器(6)的电流经电阻(1)转换为电压后由A/D转换器(2)按照A/D采样脉冲进行采样并送至处理单元(4)；处理单元(4)从采样电压中获取标准电流互感器(6)的电流，并将标准电流互感器(6)的电流及对应的采样时间Tm以及待测电流互感器(7)的电流及对应的采样时间Ts共同发送至IEC61850标准收发单元(5)；IEC61850标准收发单元(5)将接收到的数据按照IEC 61850 9 1标准或者IEC 61850 9 2标准进行组帧后输出至外部。
2.根据权利要求1所述的一种基于IEC61850标准的电流互感器校验仪，其特征在于 所述的电阻(1)的阻值为0. 5欧姆，精度为0. 1%，温度稳定性为10ppm/K。
3.根据权利要求1所述的一种基于IEC61850标准的电流互感器校验仪，其特征在于 所述的A/D转换器(2)的线形度为0.05%，重复性为0.05%，输出数据位数16bit。
专利摘要一种基于IEC 61850标准的电流互感器校验仪，由高精度电阻、高精度A/D、同步单元、处理单元、IEC61850标准收发单元组成。同步单元确认外部输入的同步信号1pps或IRIG-B或IEEE 1588有且仅有一路有效后，依据经过同步的本地时钟，产生待测互感器同步采样脉冲和高精度A/D同步采样脉冲，标准互感器的电流经高精度电阻转换为电压值后供高精度A/D进行采样。处理单元同步读取待测互感器发送的电流采样数据和高精度A/D的采样数据并将数据交由IEC61850标准输出单元完成同步数据的装帧及发送，在装帧过程中加入相应的时标。本实用新型具有时间一致性好，通用性强的特点。
文档编号G01R35/02GK201740861SQ20092024677
公开日2011年2月9日 申请日期2009年11月2日 优先权日2009年11月2日
发明者任楠楠, 刘东伟, 孙征宇, 张志鑫, 李永兵, 王利清 申请人:南瑞航天(北京)电气控制技术有限公司