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
【技术领域】
[0001]本实用新型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]本实用新型的目的是，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]本实用新型的技术方案是，本实用新型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；
[0007]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；
[0008]同步AD转换器，用于实现多路信号的同步采集；
[0009]FPGA现场可编程门阵列，用于实现数据转化和定时发送；以及，
[0010]用于保证FPGA时序的精确性的恒温晶振。
[0011]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。
[0012]本实用新型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。
[0013]本实用新型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。
[0014]本实用新型采用同步采集方式，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。
[0015]本实用新型采用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。本实用新型由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。
[0016]本实用新型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。
[0017]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。
[0018]本实用新型的有益效果是，本实用新型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，本实用新型装置具有以下特点: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。
[0019]本实用新型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，为智能变电站的大面积推广提供检测依据。
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型电子式互感器与合并单元暂态测试的暂态采样前置单元结构框图。
【具体实施方式】
[0021]本实用新型【具体实施方式】如图1所示。本实施例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，如图1所示的虚线内部分。
[0022]本实施例中，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至合并单元测试仪；恒温晶振连接FPGA ;被试合并单元通过光纤串行发送器连接合并单元测试仪。图1中的框图虚线部分以外是合并单元测试仪的主机以及试品合并单元，合并单元测试仪的主机负责接收来自暂态采样前置单元的采集信号，并接受来自试品合并单元的IEC61850-9-2的数字量信号，完成对于试品合并单元的暂态测试。
[0023]本实施例精密电流转换器采用带气隙的铁芯来实现暂态电流的确转换，在50倍交流叠加50倍衰减直流，衰减时间常数小于200ms的情况下暂态瞬时精度达到1%，暂态复合误差精度高于0.2%。信号调理回路采用4阶贝塞尔滤波，其截止频率为10kHz。可以保证暂态信号的高保真性。AD芯片采用AD公司18位多路AD芯片AD7982保证其全范围的暂态采样精度，多路同时采集实现精确同步。
[0024]本实施例光纤串行发送器采用Agilent的HFBR-1414，保证有足够的带宽和响应速度，采用1M波特率的曼彻斯特编码，数据带宽为5M。FPGA采用Xilinx的Spartan3系列产品XC3S1500，来实现暂态采样前置单元的数据串行发送。FPGA基于0.0lppm恒温晶振，对每个采样值进行精确时间标定，FPGA良好的时序控制能力能将接收环节的时间抖动控制在纳秒级别。恒温晶振采用JK0C36其温度频率稳定度达到±5E-9。
[0025]本实施例内置充电电池，充电电池采用220V交流充电，输出为5V直流，一次充电可以让采样前置单元工作7X24小时。保证暂态前置单元无需外部供电与人为干涉的情况下完成整个测试过程。
【主权项】
1.一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，其特征在于，所述前置单元包括:精密电流转换器、信号处理电路、同步AD转换器、FPGA现场可编程门阵列和恒温晶振； 所述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。
2.根据权利要求1所述的电子式互感器与合并单元暂态测试的暂态采样前置单元，其特征在于，所述精密电流转换器采用高精度抗饱和铁芯。
3.根据权利要求1所述的电子式互感器与合并单元暂态测试的暂态采样前置单元，其特征在于，所述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；三路信号调理电路分别连接同步A/D转换器；所述信号调理回路采用4阶贝塞尔滤波，其截止频率为1kHz。
4.根据权利要求1所述的电子式互感器与合并单元暂态测试的暂态采样前置单元，其特征在于，所述FPGA通过光纤串行发送器按照串行方式发送数据，采样带宽为10M，数据带宽为5M，以确保能传输高速采样数据的实时发送。
5.根据权利要求1所述的电子式互感器与合并单元暂态测试的暂态采样前置单元，其特征在于，所述同步AD转换器采用18位多路AD芯片AD7982，保证其全范围的暂态采样精度，多路同时采集实现精确同步；AD采样速率为每周波400点。
【专利摘要】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。本实用新型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；同步AD转换器连接FPGA并通过光纤串行发送器输出。本实用新型具有采样高速、测试精度高、饱和特性好、实时性测试性好、抗干扰性能优越和安全性好等特点。本实用新型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，为智能变电站的大面积推广提供检测依据。
【IPC分类】G01R35-02
【公开号】CN204405825
【申请号】CN201520025044
【发明人】舒展, 陈波, 苏永春, 周宁
【申请人】国家电网公司, 国网江西省电力科学研究院
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年1月15日