电子式互感器与合并单元暂态测试的暂态采样前置单元的制作方法
【专利说明】电子式互感器与合并单元暂态测试的暂态采样前置单元
[0001]
技术领域
本发明涉及一种电子式互感器与合并单元暂态测试的暂态采样前置单元，属电力计量测试技术领域。
【背景技术】
[0002]目前，智能变电站以及数字化变电站的发展已经进入到大面积工程应用阶段，随着电子式互感器、传统互感器+合并单元模式的大量应用，合并单元将正式成为智能变电站以及数字化变电站的智能设备。随着国家电网公司Q/GDW 441-2010《智能变电站继电保护技术规范》的发布，合并单元的特性测试变得异常重要。目前国内合并单元主要是在稳态层面进行测试即使是暂态测试基本都是以小电流的暂态过程测试为主，而大电流的暂态冲击由于受制于校验仪本身能力限制以及人身安全等因数的限制一直没有得到很好的开展。而合并单元在故障情况下的暂态大电流是否能够正确传变直接影响到智能变电站数字化继电保护的安全。电子式互感器由于暂态测试时电流值比较大会影响到人身安全。
[0003]所以从目前现状来看，迫切需要一种装置来精确测量故障电流的暂态过程并将测量结果上送至合并单元测试仪以测试合并单元在暂态过程中的传变精度，并兼容电子式互感器的暂态输入测试。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是，为了解决智能变电站以及数字化变电站对于合并单元以及电子式互感器在暂态情况下的暂态传变特性等方面的测试要求，并针对目前现有电子式互感器及合并单元应用的技术现状，开发出电子式互感器与合并单元暂态测试的暂态前置单元，以满足合并单元测试仪对于智能变电站电子式互感器及合并单元在故障情况下的暂态传变特性测试。
[0005]本发明的技术方案是，本发明一种电子式互感器与合并单元暂态测试的暂态采样前置单元由精密电流转换器、信号处理电路、同步AD转换器、恒温晶振以及FPGA现场可编程门阵列组成。
[0006]精密电流转换器，用于实现暂态电流的精确转换，将暂态电流信号转换为暂态小电压信号；
信号处理电路，用于对不同来源的小电压信号进行信号调理后按照相同的带宽抑制实现信号采集，以确保暂态过程电流及其衰减常数的保真性；
同步AD转换器，用于实现多路信号的同步采集；
FPGA现场可编程门阵列，用于实现数据转化和定时发送；以及，
用于保证FPGA时序的精确性的恒温晶振。
[0007]精密电流转换器连接信号处理电路；信号处理电路连接同步AD转换器；同步AD转换器连接FPGA ；FPGA通过光纤串行发送器输出；恒温晶振连接FPGA。
[0008]本发明的信号处理电路包括经精密电流转换器转换的标准源暂态电流信号的信号调理、标准源的暂态小电压信号的信号调理和电子式互感器试品的小电压信号的信号调理；三路信号调理后进入同步AD转换器。
[0009]本发明为同时采集标准源暂态电流信号、标准源的暂态小电压信号以及电子式互感器试品的小电压信号，利用高精度抗饱和CT将原始大电流信号转变成可被采集的小电压信号，对以上三个不同来源的小电压信号进行信号调理后按照相同的带宽抑制实现信号采集，截止频率为10kHz，以确保暂态过程电流及其衰减常数的保真性。
[0010]本发明采用同步采集方式，由同一片AD的多路采集实现多路信号的同步采集，AD采样速率为每周波400点。
[0011]本发明采用FPGA作为测试系统的终端核心CPU，所以具有很好的实时性测试，快速响应，时间分辨率可以达到20ns，实现采集前置的精确时间传输。本发明由FPGA来实现数据转化以及定时发送，用恒温晶振来保证FPGA时序的精确性；FPGA按照串行方式发送数据采用曼彻斯特编码实现同步数据发送，采样带宽为10M，数据带宽为5M，以确保能传输高速米样数据的实时发送。传输报文中在报文头标定额定延时值，以便于电子式互感器及合并单元测试仪来实现暂态采样前置的数据与合并单元试品的数字量信号之间的数据时间同步。
[0012]本发明精密电流转换器用于实现暂态电流的精确转换，将暂态电流信号转换为暂态小电压信号，采用高精度抗饱和铁芯，使得前置单元可以承受50倍额定交流叠加50倍直流在衰减常数200ms下的暂态电流精确转变。
[0013]采用内置电池供电，浮地设计，光纤数据传输，实现人机分离，以提高整个系统的安全性以及可靠性。
[0014]本发明的有益效果是，本发明兼容电子式互感器与合并单元暂态测试的暂态采样前置单元，能精确测量故障电流的暂态过程并将测量结果上送至合并单元测试仪以测试合并单元在暂态过程中的传变精度，本发明装置具有以下特点:采样高速，采用20k的采样速率，完全满足合并单元试品4k采样速率的暂态测试需求；测试精度高，采用分回路设计，按照IA额定与5A额定电流不同暂态电流大小进行分回路设计，可以确保不同合并单元都可以被测试，同时满足不同量程下的暂态电流精度；饱和特性好，采用抗饱和铁芯，使得前置单元可以承受50倍额定交流叠加50倍直流在衰减常数200ms下的暂态电流精确传变。实时性好。因为采用FPGA作为测试系统的终端核心CPU，所以具有很好的实时性测试，快速响应，时间分辨率可以达到20ns，实现采集前置的精确时间传输。时间精度高，内置恒温精振，其时间的温度稳定度达到0.0lppm0抗干扰性能优越，采用电池供电，浮地设计，杜绝干扰信号对采样系统的影响。安全性好，采用串行光纤将采样前置与合并单元校验仪连接，使得暂态测试远离操作人员，避免了暂态大电流冲击造成的人身伤害，可以兼容电子式互感器。
[0015]本发明装置可以精确地测试合并单元基于离散数据传输的数字量暂态精度，为智能变电