检测罗氏线圈电子式电流互感器附加动态分量的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能变电站试验技术领域，是一种检测罗氏线圈电子式电流互感器附 加动态分量的方法。
【背景技术】
[0002] 智能变电站利用电子式电流互感器将高压输电线路电流转换为数字化信号，供变 电站继电保护装置使用。基于罗氏线圈原理的电子式电流互感器在我国智能变电站中已经 应用。
[0003] 图1给出罗氏线圈电子式电流互感器典型原理框图。图中，穿过罗氏线圈的一次 电流i在罗氏线圈上感应出与一次电流的微分成正比的电压信号U，采集器对罗氏线圈输 出的电压信号进行滤波处理和模拟/数字转换后用光纤将数字信号传送到合并单元，合并 单元对数字信号做数值积分，获得测量电流i'。理想情况下，电子式电流互感器的测量值 i'与i的实际值相等。
[0004] 运行实践证明，输电线路带电操作过程中，罗氏线圈电子式电流互感器测量信号 i'中可能出现输电线路电流i原本没有的附加动态分量，该附加动态分量可能导致继电保 护装置误动作。
[0005]目前国内外主要针对电子式电流互感器测量工频信号时的延时特性和精度特性 进行检测方法研宄和仪器开发，未见对电子式电流互感器附加动态分量产生原因和检测方 法开展研宄的报道。
[0006] 基于电子式互感器在变电站中的重要地位和应用前景，以及因电子式电流互感器 附加动态分量使继电保护装置误动作造成的严重后果，研宄罗氏线圈电子式电流互感器附 加动态分量产生原因和检测附加动态分量的方法，具有重要技术价值。
[0007] 本发明使用的技术术语：
[0008] 电子式电流互感器：一类装置，采用电流传感器和信号处理电路将电网一次电流 转换成数字信号，通过光纤将数字信号传送到继电保护装置。
[0009] 罗氏线圈：一种由均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈构成的电流传感器，是 罗氏线圈电子式电流互感器的一个组成部分。输电线路电流垂直穿过线圈圆心，线圈输出 电压信号是输电线路电流对时间的微分。
[0010] 采集器：电子式电流互感器的组成部分，用于将罗氏线圈输出的模拟量电压信号 转换为数字信号。
[0011] 合并单元：电子式电流互感器的组成部分，将多台电子式互感器采集器采集的信 号进行合并处理，并将处理后的信号传送给继电保护装置使用。
[0012] 附加动态分量：一种动态响应行为，指电子式电流互感器在数据采集处理过程中 产生的不属于被测电流原有信息的附加信号分量。
[0013] 智能变电站：变电站的一种型式，利用电子式互感器将变电站高压侧电压、电流信 号转换成数字信号，供变电站继电保护装置使用。
[0014] 电流行波：以一定速度沿着输电线路行进的电磁波。
【发明内容】
[0015] 罗氏线圈电子式电流互感器是一种具有动态响应行为的设备。由于电网结构和变 电站结构的复杂性以及电网操作和故障形态的多样性，检测罗氏线圈电子式电流互感器动 态响应行为的最大困难是难以获取激发电子式电流互感器动态响应过程的大电流试验条 件，以及没有可控、可测的检测电子式电流互感器动态响应行为的手段。
[0016] 为解决罗氏线圈电子式电流互感器动态响应行为和宽频域稳态测量特性检测方 法问题，本发明提出一种利用仿真方法计算输电线路电流^和罗氏线圈输出电压u 2、用模 拟量再现方法将数字表达的罗氏线圈电压u2转换为模拟量电压u2'，将模拟量电压u 2'输入 到被检测电子式电流互感器采集器，分析电子式电流互感器合并单元测量的h'与被测电 流h的差别，实现检测罗氏线圈电子式电流互感器动态响应行为的目的。
[0017] 实现本发明目的的技术方案如下：
[0018] 一种检测罗氏线圈电子式电流互感器附加动态分量的方法，所述罗氏线圈电子式 电流互感器包括罗氏线圈、采集器和合并单元；检测试验装置还包括数字/模拟转换器和 宽频放大器；包括以下步骤：
[0019] 构造罗氏线圈模型和采集器等效负载模型的步骤；
[0020] 构建电网仿真模型的步骤：将罗氏线圈模型和采集器等效负载模型输入PSCAD电 网电磁暂态仿真软件，构建包含罗氏线圈和输电线路的电网仿真模型并以200ns的步长完 成电磁暂态仿真，得到包含输电线路电流值序列h (t)和罗氏线圈电压值序列u2 (t)的数据 文件File ;
[0021] 确定自动扫描试验次数的步骤：自动扫描试验的试验次数
其中，Fs是采 集器采样频率；
[0022] 连接自动扫描试验装置的步骤：将数字/模拟转换器、宽频放大器、采集器和合并 单元依次连接；
[0023] 在GPS秒脉冲发出时刻，进行自动扫描试验的步骤：将数据文件File中仿真的罗 氏线圈电压值序列u 2 (t)写入数字/模拟转换器，通过宽频放大器向采集器输出模拟量电 压112'（t)，接收合并单元测量的输电线路电流值序列i/ (t);计算得到附加动态分量的数 值序列Aijt) = i/ (O-iJt-At)，其中，At是所述罗氏线圈电子式电流互感器延迟时 间；
[0024] 重复进行自动扫描试验的步骤：在GPS秒脉冲发出时刻延时n y s，重复进行自动 扫描试验的步骤，其中，n = 1，2，...，M-1。
[0025] 进一步地，还包括以下步骤：计算每次自动扫描试验中罗氏线圈电子式电流互感 器附加动态分量的最大值Max| A ijt) |彡k*Ie，其中，Ie为所述罗氏线圈电子式电流互感 器额定电流，k为允许的附加动态分量最大值占额定电流的比例；统计M次自动扫描试验中 附加动态分量超过允许值的次数。
[0026] 其中，所述允许的附加动态分量最大值占额定电流的比例k = 0. 05。
[0027] 上述技术方案中，所述罗氏线圈模型由感应电势
、罗氏线圈电阻R,、罗 氏线圈电感L及罗氏线圈互感I串联后，再与罗氏线圈对屏蔽层电容Q并联，其中i是罗 氏线圈的输入电流，t是时间；所述采集器等效负载模型为串联的等效输入电阻ri和等效 输入电容ci;
[0028] 获取罗氏线圈模型参数的方法是：
[0029] 利用PH02行波测距测试仪输出幅值为5A、频率为50Hz的方波信号作为被试罗氏 线圈输入电流，利用fluckl98示波器记录被试罗氏线圈输出电压，并测取罗氏线圈输出电 压中自由振荡信号的频率f z;
[0030] 利用升流器将取自220V交流电源的试验电流升高至被试罗氏线圈电子式电流 互感器额定电流I作为标准电流互感器和罗氏线圈的输入电流，利用NORMA 5000功率 测量仪测量得到标准电流互感器输出电流I*和罗氏线圈输出电压U，计算罗氏线圈互感
[0031] 将被试罗氏线圈两端连接到安捷伦E4980A，利用安捷伦E4980A输出频率为 1. 0kHz、幅值为1. 0V的试验信号，测量得到罗氏线圈电感L,;
[0032] 将被试罗氏线圈两端连接到安捷伦E4980A，利用安捷伦E4980A输出频率为fz、幅 值为1.0V的试验信号，测量得到罗氏线圈电阻艮；
[0033] 将被试罗氏线圈两端并联后连接到安捷伦E4980A，将被试罗氏线圈屏蔽层也连接 到安捷伦E4980A，利用安捷伦E4980A输出频率为1. 0kHz、幅值为1. 0V试验信号，测量得到 罗氏线圈对屏蔽层电容(；。
[0034] 获取采集器等效负载模型参数的方法是：
[0035] 将被试采集器两端连接到安捷伦E4980A，利用安捷伦E4980A输出频率为1. 0kHz、 幅值为1. 0V试验信号，测量得到采集器的等效输入电阻^和等效输入电容Ci。
[0036] 本发明的技术效果在于，利用本发明提出的方法，可以模拟输电线路电流的各种 暂态现象，检测罗氏线圈电子式电流互感器的动态响应行为。该方法可用于检验罗氏线圈 电子式电流互感器适应变电站运行需求的能力，为改善罗氏线圈电子式电流互感器性能提 供帮助。
【附图说明】
[0037] 图1是罗氏线圈电子式电流互感器的原理框图；
[0038] 图2是罗氏线圈模型图；
[0039] 图3是测取罗氏线圈自由振荡频率的试验接线图；
[0040] 图4是测量罗氏线圈互感的试验接线图；
[0041] 图5是测量罗氏线圈电阻、电感的试验接线图；
[0042] 图6是测量罗氏线圈对屏蔽层电容的试验接线图；
[0043]图7是采集器等效负载模型图；
[0044]图8是测量采集器输入电阻和输入电容的试验接线图。
【具体实施方式】
[0045] 高压输电线路进行空载合闸操作时，输电线路会出现电流行波。电流行波在波阻 抗发生变化的输电线路边界会形成波的折射和反射，电流行波的波长与电子式电流互感器 采集器的采样频率呈一定关系时，由于电子式电流互感器积分环节的作用，会使罗氏线圈 电子式电流互感器产生动态附加分量。
[0046] 为解决罗氏线圈电子式电流互感器附加动态分量检测问题，本发明提出利用包含 罗氏线圈模型、采集器等效负载模型和输电线路模型的小步长电磁暂态仿真方法模拟输电 线路电流行波h和罗氏线圈输出电压u 2，用模拟量再现方法将仿真的数值结果112还原成罗 氏线圈的模拟量电压信号u 2'，将u2'接到被测电子式电流互感器采集器的信号输入端，分 析被测电子式电流互感器合并单元测量电流i/与仿真电流h的差别，判断罗氏线圈电子 式电流互感器测量结果中是否含有附加动态分量。
[0047] 本发明采用的罗氏线圈模型见图2。
[0048]用下述方法获取罗氏线圈模型参数：
[0049] 1)按照图3接线，利用PH02行波测距测试仪输出幅值为5A、频率为50Hz的方波 信号作为罗氏线圈的输入电流，利用fluckl98示波器记录罗氏线圈输出电压，并测取罗氏 线圈输出电压中自由振荡信号的频率f z。
[0050] 2)按照图4接线，利用升流器将取自220V交流电源的试验电流升高至被试罗氏线 圈电子式电流互感器额定电流I作为标准电流互感器和罗氏线圈的输入电流，利用NORMA 5000功率测量仪测量标准电流互感器电流I*和罗氏线圈电压U，利用下式计算罗氏线圈互 感M r:
[0052] 式中：
[0053] JT :常数，31 = 3. 14159 ;
[0054] N:变流比，
[0055] 3)按照图5接线，利用安捷伦E4980A输出频率为1. 0kHz、幅值为1.