一种电子式电流互感器的大电流暂态特性检测装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种电子式电流互感器的大电流暂态特性检测装置，包括控制器单元、变压器、直流充电电源以及与ECT试品连接的波形输出单元；波形输出单元包括稳态波形输出单元和暂态波形输出单元；控制器单元包括充电控制模块、选相合闸控制模块、波形监测模块和波形调节模块；控制器单元向波形输出单元中电子器件输出调整工作状态的信号以控制波形输出单元向ECT试品输出稳态波形和暂态波形。与现有技术相比，本发明提供的一种电子式电流互感器的大电流暂态特性检测装置，能够对输出的暂态电压波形和暂态电流波形的电流峰值、衰减时间常数进行精确调整，以满足不同型号电子式电流互感器试品的检测要求。
【专利说明】—种电子式电流互感器的大电流暂态特性检测装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种电子式电流互感器检测装置，具体涉及一种电子式电流互感器的大电流暂态特性检测装置。
【背景技术】
[0002]电子式电流互感器的暂态试验包括直接法和等安匝法。直接法通过一个大容量且具备选相合闸功能的电流源进行试验，同时试验过程需要满足一次回路对时间常数的要求。然而目前尚不具备进行长时间的电流互感器大电流暂态试验设施；如当额定电流为2kA，对称短路电流为40kA时不能对其进行暂态试验，经本发明人长期大量观察、研究发现目前尚无可以满足特高压电网电流互感器的暂态误差试验要求的现有技术。
[0003]电子式电流互感器暂态试验过程中由于一次电流太大，在产品出厂检查、试验室检验和现场交接环境下的检查难于直接产生稳定的一次额定试验电流。因此采用一次导体均绕等安匝的方法，用软导线在试品线圈沿圆周方向均匀绕制数匝线圈，作为一次等安匝线圈，使单匝较小电流通过等安匝即能产生等效的一次大电流作为试验电源。等安匝法适用于大电流互感器生的出厂试验、大容量GIS配套电流互感器现场交接试验和GTA的现场校验，但是，在采用等安匝法进行电流互感器误差试验过程中，其测量误差与直接法的测量误差存在偏差。
[0004]分析直接法和等安匝法可知，其试验偏差均是由于计量级和测量级的电流互感器引起的；计量级和测量级电流互感器的铁芯磁密取值高于保护级电流互感器，且铁芯截面积也更小。在电子式电流互感器实际运行时，一次母线置于电流互感器中心位置，一次电流产生的磁场在铁芯内部分布较均匀，误差性能满足设计要求。在采用等安匝法进行等效误差试验时，虽然多匝一次导线在绕组圆周上均等分布，其产生的磁场整体上分段均匀，但在每匝线圈平面附近的磁场最强，造成其对应的铁芯局部的磁密增高，甚至出现局部磁饱和，铁损增加，一次励磁电流加大，最终造成电流互感器误差也相应出现偏差。因此通过适当增加电流互感器铁芯截面、减小磁密取值、增加屏蔽绕组、优化一次导线布置等改进措施改善直接法与等安匝法的不等效问题。
[0005]电子式电流互感器合成试验除了采用等安匝方法实现一次大电流输出外，还要进行稳态工频电流和直流暂态电流的合成，输出符合标准要求的故障电流；因此，提供一种能够对电子式电流互感器的暂态电流峰值、衰减时间常数等重要参数进行精确调整的暂态特性检测装置显得尤为重要。
【发明内容】
[0006]为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种电子式电流互感器的大电流暂态特性检测装置，所述装置包括控制器单元，所述装置包括变压器、直流充电电源以及与ECT试品连接的波形输出单元；所述波形输出单元包括稳态波形输出单元和暂态波形输出单元；
[0007]所述控制器单元包括充电控制模块、选相合闸控制模块、波形监测模块和波形调节模块；
[0008]所述控制器单元向所述波形输出单元中电子器件输出调整工作状态的信号以控制波形输出单元向所述ECT试品输出稳态波形和暂态波形。
[0009]优选的，所述稳态波形输出单元接入所述ECT试品的工频分量回路，向所述工频分量回路输出交流电压波形和交流电流波形；
[0010]所述暂态波形输出单元接入所述ECT试品的暂态分量回路，向所述暂态分量回路输出暂态电压波形和暂态电流波形；
[0011]优选的，所述稳态波形输出单元包括与所述变压器连接的升流器单元；所述升流器单元的一个输出端直接接入所述ECT试品的工频分量回路，另一端依次通过双向可控硅、电流传感器和低感分流器接入所述工频分量回路；
[0012]所述升流器单元包括与所述变压器连接的调压器，以及连接于所述调压器和升流器之间的补偿电容；
[0013]优选的，所述暂态波形输出单元包括连接于所述直流充电电源的正极端的充电晶闸管、双掷开关、放电晶闸管、可调电阻和可调电感；低感分流器与所述直流充电电源的负极端连接；
[0014]优选的，续流二极管反向并联在所述直流充电电源两端；所述续流二极管的一端连接于所述放电晶闸管和可调电阻之间，另一端连接于所述直流充电电源的负极端和低感分流器之间；
[0015]优选的，所述充电晶闸管、双掷开关和放电晶闸管的数目均为2 个所述充电晶闸管、双掷开关和放电晶闸管的串联支路连接于所述直流充电电源的正极端与所述可调电阻之间；另一个所述充电晶闸管、双掷开关和放电晶闸管的串联支路也连接于所述直流充电电源的正极端与所述可调电阻之间；
[0016]优选的，所述双掷开关分别通过储能电容连接与所述直流充电电源的负极端和低感分流器之间；
[0017]当所述充电晶闸管通过所述双掷开关与所述储能电容连接时，所述直流充电电源、充电晶闸管和储能电容组成充电电流回路，对所述储能电容进行充电；
[0018]当所述放电晶闸管通过所述双掷开关与所述储能电容连接时，所述放电晶闸管、储能电容和所述续流二极管组成放电电流回路，所述储能电容放电；
[0019]优选的，所述续流二极管在暂态电压波形的电压过零极性反转时正向导通，从而使得在电压过零点时谐振停止，放电电流呈指数衰减，满足暂态电压波形的输出要求；
[0020]优选的，所述充电控制模块，用于控制所述双掷开关动作使得所述充电电流回路对储能电容进行充电或放电；
[0021]所述选相合闸控制模块，用于控制波形输出单元输出满足不同相位要求的合成波形；
[0022]所述波形监测模块，采集所述稳态波形输出单元和暂态波形输出单元的低感分流器的电流，从而监测所述稳态波形和暂态波形；
[0023]所述波形调节模块，用于调节暂态波形输出单元的可调电阻和可调电感，从而对暂态电压波形和暂态电流波形进行调整；
[0024]优选的，所述选相合闸控制模块包括电流环和数字信号处理器；所述电流环采集稳态波形输出单元的电流传感器发送的电流值数字信号、暂态波形输出单元的电流信号和电压信号以及上位机发送的相位设定值；
[0025]所述数字信号处理器依据所述电流值数字信号计算得到稳态波形输出单元输出波形的工频电压零点和电流零点；
[0026]所述数字信号处理器以所述工频电压零点和电流零点为参考点，计算满足所述相位设定值要求的合成波形所需的延迟时间，延时结束后电流环分别向所述双掷开关和所述双向可控硅发送动作指令，从而输出满足所述相位设定值要求的合成波形。
[0027]与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是:
[0028]1、本发明技术方案中，采用直流充电电源向储能电容充电，通过控制直流电源的大小，从而控制暂态波形输出单元输出的暂态电流的大小；
[0029]2、本发明技术方案中，在直流充电电源的两端反向并联一个续流二极管，使得在暂态电压波形中的电压过零极性反转时，正向导通该续流二极管，谐振在电压过零点停止，从而暂态电流波形和暂态电压波形均符合试验要求；
[0030]3、本发明技术方案中，采用双掷开关控制充电晶闸管和放电晶闸管的导通或断开，从而实现暂态电流波形和暂态电压波形的合成控制；
[0031]4、本发明技术方案中，分别采用两个充放电晶闸管，能够实现电子式电流互感器大电流合成试验的重合闸控制；
[0032]5、本发明技术方案中，采用可调电阻和可调电感对稳态电压波形、稳态电流波形、暂态电流波形和暂态电压波形进行精确调整；
[0033]6、本发明技术方案中，采用升流器可以将从变压器得到的电流进行升流，每个升流器单独可输出达数百安培电流，多个升流器组合起来可以输出大电流满足监测装置的需要；
[0034]7、本发明技术方案中，采用双向可控硅可以实现对稳态波形中交流电流进行导通。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0036]图1是:本发明实施例中一种电子式电流互感器的大电流暂态特性检测装置的结构图；
[0037]图2是:图1中续流二极管D5的工作原理图；
[0038]图3是:图1中暂态波形输出单元结构图；
[0039]图4是:图1中续流二极管D5闭锁时储能电容器放电的谐振波形图；
[0040]图5是:图4所示谐振波形图的局部放大图；
[0041]图6是:图1中续流二极管D5导通时储能电容器放电的谐振波形图；
[0042]图7是:本发明实施例中选相合闸控制模块工作原理图。
【具体实施方式】
[0043]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0044]本实施例中提供的电子式电流互感器的大电流暂态特性检测装置结构如图1所示，所述检测装置包括控制器单元、变压器、直流充电电源和波形输出单元；
[0045]1、如图1所示，波形输出单元包括稳态波形输出单元和暂态波形输出单元；稳态波形输出单元连接于变压器和ECT试品的工频分量回路，向工频分量回路输出交流电压波形和交流电流波形；暂态波形输出单元连接于直流充电电源和ECT试品的暂态分量回路，向暂态分量回路输出暂态电压波形和暂态电流波形；
[0046](I)稳态波形输出单元；
[0047]如图所示稳态波形输出单元包括升流器单元、双向可控硅、电流传感器CT和低感分流器L2 ;升流器单元的调压器与变压器二次侧绕组连接，补偿电容连接于调压器与升流器之间；
[0048](2)暂态波形输出单元；
[0049]①:如图2所示暂态波形输出单元连接于直流充电电源和ECT试品之间，包括:充电晶闸管Dl和D2，放电晶闸管D3和D4，续流二极管D5，双掷开关Kl和K2，储能电容Cl和C2可调电阻，可调电感和低感分流器；
[0050]充电晶闸管D1、双掷开关K1、放电晶闸管D3、可调电阻和可调电感依次连接于直流充电电源的正极端与ECT试品之间；充电晶闸管D2、双掷开关K2、放电晶闸管D4、可调电阻和可调电感同样依次连接于直流充电电源的正极端与ECT试品之间；
[0051]续流二极管D5反向并联在直流充电电源两端，续流二极管D5的反向端分别与放电晶闸管的反向端连接，续流二极管D5的正向端与直流充电电源的负极端连接；
[0052]双掷开关Kl和K2分别通过储能电容Cl和C2连接于直流充电电源与低感分流器之间。
[0053]②:暂态波形输出单元包括充电电流回路和放电电流回路，具体为:
[0054]当双掷开关Kl与充电晶闸管Dl连接，双掷开关K2与充电晶闸管D2连接，此时直流充电电源、充电晶闸管、双掷开关和储能电容组成充电电流回路，对储能电容进行充电；
[0055]当双掷开关Kl与放电晶闸管D3连接，双掷开关K2与放电晶闸管D4连接，此时放电晶闸管、双掷开关、储能电容和续流二极管组成充电电流回路，储能电容进行放电；
[0056]图3示出了续流二极管D5在放电电流回路中的工作原理，其中续流二极管D5的作用包括:
[0057](I)当暂态波形输出单元为放电电流回路状态时，向电路中续流，保护电路中的电子器件。
[0058](2)当暂态波形输出单元为放电电流回路状态时，续流二极管D5在暂态电压波形的电压过零极性反转时正向导通，从而使得在电压过零点时谐振停止，放电电流呈指数衰减，满足暂态电压波形的输出要求；
[0059]①、图2中双掷开关K包括双掷开关Kl和K2，储能电容C包括储能电容Cl和C2 ；当双掷开关K与放电晶闸管连接时，储能电容、可调电阻R1、可调电感L构成典型的RLC 二阶电路，由于可调电阻为毫欧级电阻，因此该RLC 二阶电路为欠阻尼二阶电路；图4示出了储能电容向可调电阻和可调电感放电，波形输出单元输出的暂态电压波形和暂态电流波形，由于RLC 二阶电路为欠阻尼二阶电路，所以上述两个波形均逐步衰减；
[0060]②、图4所示的暂态电压波形和暂态电流波形不符合本实施例试验的波形输出要求，其暂态电压波形和暂态电流波形的第一个峰值后的波形振荡时间长、稳定性差；在实际电子式电流互感器大电流合成试验中，依据不同电压等级的电子式电流互感器设定第一个峰值的大小和第一个峰值后的波形时间长度。通过图5可以确定暂态电压波形的电压过零点时，暂态电流波形的谐振电流达到最大值，若此时让谐振停止，放电电流就会以一定的时间常数呈指数衰减，则暂态电流波形符合试验要求；
[0061 ] 在暂态电压波形的电压过零极性反转时，正向导通续流二极管D5，储能电容被短路，破坏谐振条件，使谐振在电压过零点停止，此时RLC 二阶电路转变为RL —阶电路，如图6所示，暂态电流波形在电流达到最大值后按照RL—阶电路的零输入响应衰减，该暂态电流波形即符合试验要求；
[0062]其中，谐振电流指的是储能电容释放的放电电流。
[0063](3)控制器单元；
[0064]控制器单元向波形输出单元中电子器件输出调整工作状态的信号以控制波形输出单元向ECT试品输出稳态波形和暂态波形；如图1所示，包括充电控制模块、选相合闸控制模块、波形监测模块和波形调节模块，具体为:
[0065]①:充电控制模块控制双掷开关Kl和K2同时动作，双掷开关Kl与充电晶闸管Dl连接，双掷开关K2与充电晶闸管与D2连接，直流充电电源分别对储能电容Cl和C2进行充电；充电控制模块通过采集板对充电电压和充电电流进行实时采集并发送到上位机，上位机将充电电压与电压设定值进行比较，将充电电流与电流设定值进行比较，若所述充电电压和充电电流满足设定值的要求，则上位机向充电控制模块控制发送放电指令；充电控制模块控制双掷开关进行重合闸，包括:
[0066]a、双掷开关Kl与放电晶闸管D3连接后，双掷开关K2再与放电晶闸管D4连接；
[0067]b、双掷开关K2与放电晶闸管D4连接后，双掷开关Kl再与放电晶闸管D3连接。
[0068]②:如图7所示，选相合闸控制模块用于控制波形输出单元输出满足不同相位要求的合成波形；包括电流环和数字信号处理器；
[0069]电流环用于a、采集稳态波形输出单元的电流传感器CT发送的电流值数字信号；
[0070]b、采集暂态波形输出单元输出波形的电流信号和电压信号；电流信号包括电流瞬时值、电流零点，电压信号包括电流瞬时值和电压零点；
[0071]C、接收上位机发送的相位设定值，该相位设定值由技术人员依据不同电子式电流互感器的实际工况要求设定。
[0072]数字信号处理器依据电流值数字信号计算得到稳态波形输出单元输出波形的工频电压零点和电流零点；同时，数字信号处理器以上述工频电压零点和电流零点为参考点，计算满足相位设定值要求的合成波形所需的双掷开关动作和双向可控硅动作的延迟时间，延时结束后电流环分别向双掷开关和双向可控硅发送动作指令，从而输出满足相位设定值要求的合成波形。最后电流环采集所述合成波形的电压信号和电流信号并发送到上位机，便于技术人员对大电流暂态特性检测装置进行故障分析。
[0073]③:波形监测模块，通过DSP电路采集波形输出单元的低感分流器的电压和电流，并发送到上位机，从而监测暂态电压波形、暂态电流波形、稳态电压波形和稳态电流波形；若波形输出单元发生过电压或过电流，则停止检测装置工作；
[0074]③:波形调节模块，用于调节暂态波形输出单元的可调电阻和可调电感，从而对暂态电压波形和暂态电流波形进行调整；操作人员依据上位机采集的电压信号和电流信号，向暂态波形调节模块发送参数调整指令，从而调节可调电阻的电阻值和可调电感的电感值，远距离改变电路参数，控制暂态电流的峰值和衰减时间常数以满足试验要求。
[0075]如图3所示的RLC欠阻尼二阶电路的零输入响应参数计算公式为:
[0076]①:暂态电流计算公式为
【权利要求】
1.一种电子式电流互感器的大电流暂态特性检测装置，所述装置包括控制器单元，其特征在于，所述装置包括变压器、直流充电电源以及与ECT试品连接的波形输出单元；所述波形输出单元包括稳态波形输出单元和暂态波形输出单元； 所述控制器单元包括充电控制模块、选相合闸控制模块、波形监测模块和波形调节模块； 所述控制器单元向所述波形输出单元中电子器件输出调整工作状态的信号以控制波形输出单元向所述ECT试品输出稳态波形和暂态波形。
2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述稳态波形输出单元接入所述ECT试品的工频分量回路，向所述工频分量回路输出交流电压波形和交流电流波形； 所述暂态波形输出单元接入所述ECT试品的暂态分量回路，向所述暂态分量回路输出暂态电压波形和暂态电流波形。
3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述稳态波形输出单元包括与所述变压器连接的升流器单元；所述升流器单元的一个输出端直接接入所述ECT试品的工频分量回路，另一端依次通过双向可控硅、电流传感器和低感分流器接入所述工频分量回路； 所述升流器单元包括与所述变压器连接的调压器，以及连接于所述调压器和升流器之间的补偿电容。
4.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述暂态波形输出单元包括连接于所述直流充电电源的正极端的充电晶闸管、双掷开关、放电晶闸管、可调电阻和可调电感；低感分流器与所述直流充电电源的负极端连接。
5.如权利要求4所述的检测装置，其特征在于，续流二极管反向并联在所述直流充电电源两端；所述续流二极管的一端连接于所述放电晶闸管和可调电阻之间，另一端连接于所述直流充电电源的负极端和低感分流器之间。
6.如权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述充电晶闸管、双掷开关和放电晶闸管的数目均为2 ;—个所述充电晶闸管、双掷开关和放电晶闸管的串联支路连接于所述直流充电电源的正极端与所述可调电阻之间；另一个所述充电晶闸管、双掷开关和放电晶闸管的串联支路也连接于所述直流充电电源的正极端与所述可调电阻之间。
7.如权利要求6所述的检测装置，其特征在于，所述双掷开关分别通过储能电容连接与所述直流充电电源的负极端和低感分流器之间； 当所述充电晶闸管通过所述双掷开关与所述储能电容连接时，所述直流充电电源、充电晶闸管和储能电容组成充电电流回路，对所述储能电容进行充电； 当所述放电晶闸管通过所述双掷开关与所述储能电容连接时，所述放电晶闸管、储能电容和所述续流二极管组成放电电流回路，所述储能电容放电。
8.如权利要求7所述的检测装置，其特征在于，所述续流二极管在暂态电压波形的电压过零极性反转时正向导通，从而使得在电压过零点时谐振停止，放电电流呈指数衰减，满足暂态电压波形的输出要求。
9.如权利要求1或7所述的检测装置，其特征在于，所述充电控制模块，用于控制所述双掷开关动作使得所述充电电流回路对储能电容进行充电或放电； 所述选相合闸控制模块，用于控制波形输出单元输出满足不同相位要求的合成波形； 所述波形监测模块，采集所述稳态波形输出单元和暂态波形输出单元的低感分流器的电流，从而监测所述稳态波形和暂态波形； 所述波形调节模块，用于调节暂态波形输出单元的可调电阻和可调电感，从而对暂态电压波形和暂态电流波形进行调整。
10.如权利要求9所述的检测装置，其特征在于，所述选相合闸控制模块包括电流环和数字信号处理器；所述电流环采集稳态波形输出单元的电流传感器发送的电流值数字信号、暂态波形输出单元的电流信号和电压信号以及上位机发送的相位设定值； 所述数字信号处理器依据所述电流值数字信号计算得到稳态波形输出单元输出波形的工频电压零点和电流零点； 所述数字信号处理器以所述工频电压零点和电流零点为参考点，计算满足所述相位设定值要求的合成波形所需的延迟时间，延时结束后电流环分别向所述双掷开关和所述双向可控硅发送动作指令，从而输出满足所述相位设定值要求的合成波形。
【文档编号】G01R35/02GK104181490SQ201410406242
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】汪本进, 徐思恩, 吴士普, 邱进, 王晓琪, 余春雨, 毛安澜, 冯宇, 杜砚, 李璿, 王玲, 陈晓明, 陈江波, 李辉, 许晶, 何妍, 周翠娟, 朱丝丝, 金逸, 袁宇波, 卜强生 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 江苏省电力公司