专利名称：一种电压互感器在线精度检测方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高压电压互感器的精度测量技术，尤其是一种电压互感器在线精
度检测方法和系统。
背景技术：
目前，随着我国电网工业的发展，特别是电力行业体制改革而推行的发、输电的分离，电能计量的准确、公平和公正性愈发引起各方的关注。根据互感器的相关检定规程，目前对电网整个计量系统检定是分元件进行的，即分别检定电压互感器比差和角差，对电压互感器二次压降独立进行检定，其中的电压互感器的比差和角差现场检定是在停电条件下进行，用标准电压互感器与被检的电压互感器并联，采用现场同一 电压源，把标准互感器和被检互感器的二次输出接至比较仪，得到被检互感器的比差和角差，参照相关检定规程判断被检互感器是否满足标准规程要求。而电压互感器二次压降的现场检定是在设备运行中用电压互感器二次压降测试仪测量电压互感器二次侧至控制室电压小母线之间电缆的压降是否满足标准规程要求。 根据电能计量检测中心计量装置周期检定管理标准规定"运行中的电压互感器二次回路压降应每两年测试一次"。然而作为测量设备的互感器现场检定周期却相应较长，标准JJG1021-2007电力互感器规程6. 5规定"电磁式电压互感器的检定周期不得超过10年，电容式电压互感器的检定周期不得超过4年"。在检定周期内，运行中的互感器精度特性一般不再进行其他精度检定或测量，突发性事故以及设备更换后进行的测量除外。大量的电压互感器现场测试数据统计表明，有相当比例的电压互感器在停电检测时发现误差超标。误差超标对于计量来说将造成电量计费的争议，对于继电保护来说将造成保护动作的紊乱甚至其他更为严重的后果。因此，互感器的准确测量至关重要。随着电网发展和负荷侧对电能需求的提高，短时停电也将可能带来非常巨大的损失。因此，为确保电能计量的准确和公平而采取縮短互感器检定周期的办法，不是解决问题的有效途径，因此对互感器精度校验的最佳解决办法是开展互感器精度的带电检测工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于带电测量的电压互感器的在线精度检测的方法和系统，实现了电压互感器精度的在线比对。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种电压互感器在线精度检测方法，
其特征在于将高压标准电容器一端与输电导线连接，通过高压标准电容传感器测量输电
导线上的电压信号，输电导线上的电压信号和被测互感器的电压信号均由各自的信号采集
处理系统采集并进行计算处理，得出被测电压互感器的误差情况。
所述的计算处理包括以下步骤 (1)判断接收到的电压信号的采样点数是否达到标准采样点数； (2)对采样得到的输电导线的电压数据和被测电压互感器的电压数据进行快速傅里叶变换； (3)计算输电导线上的电压有效值、起始相角和被测电压互感器的电压有效值、起 始相角； (4)根据输电导线及被测电压互感器的各自的电压有效值以及起始相角，进行比 差及角差的计算； —种实现电压互感器在线精度检测方法的系统，其特征在于包括电容分压回路、 信号采集处理器和数据处理系统，电容分压回路的输出端与第一信号采集处理器的输入端 连接，被测电压互感器的输出端与第二信号采集处理器的输入端连接，第一信号采集处理 器与第二信号采集处理器的输出端与数据处理系统的信号输入端连接。 所述的电容分压回路包括高压标准电容器和低压臂电容机箱，高压标准电容器的 低压尾输出端通过双屏蔽同轴电缆与低压臂机箱的输入端连接。 所述的高压标准电容器的低压尾输出端与第一信号采集处理器的信号输入端还 连接有驱动电缆电路。 所述的驱动电缆电路包括第一放大器与起跟随器作用的第二放大器，第一放大器 的正级信号输入端、负极信号输入端分别与电缆的芯线与内屏蔽层连接；第一放大器的第 一输出端与第二放大器的正极信号输入端连接，第二输出端连接接地电位器，电位器的动 触点与第二放大器的检测端连接；第一放大器的第二输出端的另一路连接两串联电阻后接 地；第二放大器的输出端、检测端与负极信号输入端连接后与电缆的外屏蔽层连接；第一 放大器的输出端与第一信号采集处理器的信号输入端连接。 所述的第一放大器与第二放大器的正极电源端与电源地之间连接有电阻与发光
二极管串联的指示电路；所述的第一放大器的正极信号输入端与负极信号输入端之间还连
接有并联的两个TVS管、一压敏电阻，其中第一 TVS管的正极连接负极信号输入端，负极连
接正极信号输入端；第二 TVS管的正极连接正极信号输入端，负极连接负极信号输入端。 所述的第一信号采集处理器和第二信号采集处理器均还连接有GPS模块。 所述的第一信号采集处理器与第二信号采集处理器的信号输出端均设置连接有
无线传输天线。 所述的数据处理系统由无线控制接收器和主机构成，无线控制接收器的输入端设 置有无线传输天线，无线控制接收器的输出端通过串口与主机连接。 本发明电压互感器在线精度检测方法和系统，采用了基于无线传输和GPS同步系 统，各供能模块相对独立，现场连接方便，在带电运行情况下对被测电压互感器进行数几十 小时的不间断测量，接入和退出时均不会对电网运行造成影响，从而可以实现对电压互感 器不同运行工况和环境特性下的评价，补充和改进了互感器传统检定方法和规程。灵活实 现电压互感器精度的在线评估，具有良好的效果。 本发明中采用高精度的高压标准电容传感器，使其满足测量信号高精度的要求； 在高压检测端还采用驱动电缆电路，不受现场设备摆放位置、连接电缆长度以及环境温湿 度变化的影响，并且消除了连接电缆对装置测量结果的影响，确保了电容分压回路的输出 精度；标准端和被测试端的信号采集处理器均应用高精度时钟GPS模块，来确保采集信号
的同步；信号的传输采用无线传输天线进行，方便快捷有效。
图1为本发明的电路原理框图； 图2为本发明中驱动电缆电路原理图； 图3为本发明中信号采集处理的流程图； 图4为本发明中PC机处理的流程图； 图5为本发明带电接入的地面连接示意图； 图6为图5中的步骤一的示意图； 图7为图5中的步骤一的示意图； 图8为本发明带电退出的示意图； 图9为图8中步骤一的示意图。
具体实施例方式
以220KV的电压互感器为例对本发明电压互感器在线精度检测的方法和系统进 行详细的描述。 如图1所示，本发明一种电压互感器在线精度检测系统包括电容分压回路、信号 采集处理器、无线控制接收器和数据处理系统(PC机)，电容分压回路包括高压标准电容器 和低压臂电容机箱，高压标准电容器的低压尾输出端输出端通过双屏蔽同轴电缆与低压臂 电容机箱的输入端连接，高压标准电容器的低压尾输出端还连接有驱动电缆电路，驱动电 缆电路的输出端和低压臂电容机箱的输出端连接第一信号采集处理器的信号输入端；被测 电压互感器的二次输出端与第二信号采集处理器的输入端连接，第一信号采集处理器与第 二信号采集处理器的信号输出端分别通过无线传输天线与无线控制接收器连接，无线控制 接收器的通信端通过RS232与数据处理系统(PC机)连接；第一信号采集处理器与第二信 号采集处理器的通信端连接有高精度GPS模块以确保两回路的同步。第一信号采集处理器 与第二信号采集处理器的信号采集输入端还连接有测温模块，用于测量周围环境温度。本 实施例中所采用的无线控制接收器为(NRF905A);第一信号采集处理器与第二信号采集处 理器均为(DSP 2407);高精度GPS模块为(LK 10GPS);测温模块采用DS1820数字温度传感 器。 本实施例中对高压标准电容器利用专业软件进行设计，通过调节电容器的高度、 电极间距等，使其绝缘强度达到冲击耐压1050kV、工频耐压460kV的绝缘水平。通过选择 弹性模量较好、厚度15mm的不锈钢材料作电极，以改善电容器自身的抗振性能。结合实际 需求，还可以为标准电容器设计制作运输保护装置，能够有效改善和减轻实际运输过程中 振动对高压标准电容器的影响。 高压标准电容器的低压尾输出端与低压臂电容机箱的输入端通过电缆连接，此电 缆为双屏蔽同轴电缆，但是在电压测量回路中，屏蔽层与芯线间的分布电容将会对所传输 电压信号的精度有一定影响，尤其在高精度电压信号传输过程中，这是绝对不允许的。为了 消除连接电缆对装置测量结果精度的影响，因此在标准电容器的低压尾输出端连接驱动电 缆电路。如图2所示，驱动电缆电路包括放大器，标准电容器的低压尾输出端通过双屏蔽 电缆输入驱动电缆电路，双屏蔽电缆的芯线连接高精度仪表放大器IC1(INA101)的正极信 号输入端+Input (12脚)，此信号输入端+Input还连接电阻Rl接地；双屏蔽电缆的内屏蔽连接高精度仪表放大器IC1的负极信号输入端-Input (3脚)。高精度仪表放大器IC1的 第一输出端A10utput与差分放大器IC2(INA105)的正极信号输入端+In(3脚)连接；高 精度仪表放大器IC1的A2输出端A20utput连接一端接地的电位器R2，此电位器R2的动 触点与差分放大器IC2的基准端Ref (1脚)连接；高精度仪表放大器IC1的第二信号输出 端A20utput的另一路通过连接串联电阻R3、 R4后接地。差分放大器IC2的负极信号输入 端-In (2脚)、检测端Sense (5脚)、输出端Output (6脚)相互连接后与双屏蔽电缆的外 屏蔽连接；高精度仪表放大器IC1的signal+输入信号端与signal-输入信号端之间还连 接有并联的TVS管(瞬态电压抑制器)Tl、 TVS管T2与压敏电阻预l，其中TVS管T2的正 极连接signal+输入信号端，负极连接signal-输入信号端；TVS管Tl正极连接signal输 入信号端，负极连接signal+输入信号端。驱动电缆电路板的输出端即高精度仪表放大器 IC1的信号输出端(l脚)与第一信号采集处理器的信号输入端连接。J1、J2分别为此驱动 电缆电路板接线端子，电源+VCC端与电源地FN之间还串接有电阻R5和发光二极管Dl，电 源-VCC端与电源地FN之间还串接有电阻R6和发光二极管D2 ;高精度仪表放大器IC1、差 分放大器IC2的其它端分别与接线端子的对应端口连接。 标准电容器的低压尾输出端的信号通过双屏蔽电缆芯线和内屏蔽输入高精度仪 表放大器IC1，芯线信号经R1泄放输入信号中的直流分量，由高精度仪表放大器IC1对输入 信号进行放大处理；由高精度仪表放大器IC1的第一输出端、第二输出端输出的信号输入 差分放大器IC2，差分放大器IC2在本电路中启跟随器的作用，使双屏蔽电缆的内屏蔽与芯 线的电位同幅值同电位，存在于双屏蔽电缆内屏蔽层和芯线之间的分布电容两端将无电位 差，因而也无分流，不会产生压降，从而不会对分压臂二次输出的精度产生影响。电路中的 TVS管、压敏电阻YM组成的保护电路，是用来在过电压时保护电路中的主要器件；发光二极 管LED和电阻R是指示信号电路，指示电路当前的工作状态。通过此驱动电缆电路的作用， 消除了芯线对内屏蔽的容性漏电，克服了寄生电容的影响，保证了分压臂二次输出的精度， 使其能够不受高、低压臂间连接电缆长度、设备摆放位置以及环境温湿度变化的影响，提高 了电压互感器在线精度检测系统的可靠性和精度。 如图1所示，本发明电压互感器在线精度检测系统中，高压标准电容器、低压臂电
容机箱和驱动电缆电路组成的回路将输电导线上22GkV/22G/V^kV的高压信号转变为可 供测量的4V/4/v^V输入到第一信号采集处理器；被测电压互感器的二次输出电压信号一
般为100V/1G()/^3V，直接输入到第二信号采集处理器；第一信号采集处理器和第二信号
采集处理器通过各自连接的高精度GPS模块来确保信号的同步性；PC机连接无线控制接收
器，无线控制接收器连接有无线传输天线，用于和远端的第一信号采集处理器和第二信号
采集处理器进行通信，无线传输距离在500米之内。当第一信号采集处理器和第二信号采 集处理器接收到PC机通过无线控制接收器、无线传输天线发送的开始测量的信号后，第一
信号采集处理器和第二信号采集处理器进行采集信号，并将各自采集到的电压幅值、电压 相位、环境温度等信号进行处理计算，处理计算后的数据分别经由各自的无线传输天线传
输至无线控制接收器，无线控制接收器通过串口通讯将接收到的数据传输至PC机，由PC机
完成对两路数据的分析，得出被测电压互感器的误差情况，并进行显示与存储。 如图3所示，第一信号采集处理器与第二信号采集处理器对接收到的数据进行的数据处理计算均包括以下步骤 (1)、接收数据判断接收到的电压信号的采样点数是否达到标准采样点数(本实 施例中以IO个周期的采样点数为标准)； (2)、以10个周期的信号采样点数进行FFT变换，来得到电压工频幅值和初始相 角。 W1=atan(|^M) Im------FFT变换后基波的实部(基波即为50Hz); Rm------FFT变换后基波的虚部； V1------计算得到测量点电压基波的起始相角即初相的相对值(0° < —
< 90° ); 相对值V1并不是最终的相角测量结果，最终测量结果V还要考虑Im、Rm的极性， 以判定V(单位为分)所在象限，同时还要补偿FFT所引入的相角90。超前特性，计算过程 如下 Im > 0， Rm > 0 V = V1-(90X60) (V为第一象限)； Im < 0， Rm > 0 V = V1( V为第二象限)； Im < 0， Rm < 0 V = 11^+(90X60) (V为第三象限)； Im > 0， Rm < 0 V = 一+(180X60) (V为第四象限); 测量点两端电压差及相角差的滑窗滤波即AU1 = Ual_Ua2 ; A u;1 = Val_ Va2，由 于信号处理器每秒钟完成一次采样及处理工作，即主机每秒钟获得一个新的数据AU1和 A 1^，是当前节点某一时刻的单点测量数据，为进一步提高测量精度，采用分别对A^和 A —进行N点(实际取样为5点)的滑窗滤波方式，计算过程如下所示 AU1" AU、......AU;， AU;， AU、。， A ......A U、 则各时刻最终测量结果可表示为 = AU\ ; A U2 = (A U1, A U1》/2 ; A U29 = (A U\+ A U、+......+ A "28+ A U;) /29 A U30 = (A UV A U、+......+ A "28+ A "29+ A U、。) /30 A U31 = (A U、+......+ A UV A "29+ A UV A /30 A Un = (A UV29+ A U、—28+......+ A U、—, A U1》/30 同样，A Wn的计算过程和AUn完全相同。
A U、-------n时刻测量点单电压差测量数据； A W、---------n时刻测量点角差测量数据；
AUn----------------n时刻最终压差测量数据； A Wn为n时刻最终角差测量结果数据； AUn， A^包括AU、， A W、，最后全部要进行数据保存，AUn， AWj乍为最终压
差角差测试数据数据，要提供给用户，而AU、， A W、是计算过程的中间变量。 第一信号采集处理器和第二信号采集处理器分别将计算得到的起始相角及电压
有效值上传给PC机，如图4所示，PC机对接收到的数据的分析包括以下步骤 (1)数据测量根据得到的起始相角及电压有效值对被测电压互感器进行角差 S和比差f的计算，计算公式如下所述 f = (Un2-Unl)/Un 1*100 S = W l Unl——输电导线端的电压有效值；
——被测电压互感器端的电压有效值； Wnl——输电导线端的起始相角；
——被测电压互感器端的起始相角； PC机端采用VB作为软件开发平台，系统启动时先进入启动界面，在此界面设置 相关参数，然后进入自检界面，自检界面将显示当前两端的电压值和一次电压值，每2秒中 左右更新一次，同时一些状态信息如GPS、电池、通信等状态是否正常也将在自检界面有显 示。在自检界面，当两端GPS收到的卫星4颗以上时可以进行测量，点击数据测量，在弹出 的二级菜单中点击开始测量，系统将进入测量状态，系统将按预先设置的测量的时间间隔， 每隔一定的时间测量一次。测量过程中如发生通讯故障，系统将会提示通讯失效，等到通讯 恢复后，测量继续。可以通过"停止"键终止测量过程。GPS无效时，界面将显示GPS当前 状态，此时测量结果准确性不能保证。在测量过程中点击停止测量，系统将结束当前测量过 程。 该发明电压互感器在线精度检测系统的现场带电作业的接入及退出的方法如下 操作步骤所示 1、了解被测互感器所在变电站的出线状况(包括导线架设的高度、型号以及排列 情况)，收集被试电压互感器的型号、参数及运行状况。选择合适的作业场地，检查拟接入段 线路的情况，确保线路满足带电作业的工作条件； 2、到现场后分别对高压标准电容器以及所带校验系统进行检查，确保设备经长途 运输后没有造成功能的损坏和精度的降低；同时检查所需的带电作业工器具确保其绝缘性 能良好，以免造成不必要的危害； 3、现场工作负责人对所有试验人员(包括委托方配合人员)进行安全和技术交 底，并在试验区域设立安全警示带； 4、根据测高仪或已掌握资料来确定标准电容器上端距被试相导线间的距离，根据 需要调节高压引线的长度，一般以引线长度=线路对地高度_标准电容器高度2。如果波纹 管过长则需进行裁剪；过短则需要对其做相应的加长； 5、带电作业人员将两个跟斗滑车接入线路被试相导线，如图5所示，具体操作可 参考如下步骤 a)将4 4mm绝缘绳抛过导线；
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b)将带有4 10mm循环绳的跟头滑车挂在导线上；
c)绝缘绳将两个跟斗滑车接入带电线路。
6、进行地面接线工作，如图6所示，具体步骤如下
a)将标准电容器上端与高压引线连接并固定； b)并根据预先测量的导线高度将波纹管的中段(据标准电容器上端约三分之一 处)通过绝缘绳与第一跟斗滑车相连，在波纹管的末端加将其通过消弧绳与跟第二跟斗滑 车相连； c)完成高压标准电容器尾端与二次低压臂以及电子回路的连接； d)就近寻找可靠的接地装置连接地线，并完成地面各设备相应接地端子与地线的
连接； e)检查地面系统各处接线包括电源接线，经检查接线无误后方可进行下一步操 作； 7、高压标准电容器带电接入被试相导线，如图7所示，具体步骤如下 a)作业人员1控制第一跟斗滑车的牵引端，缓慢提升高压引线至拉直状态，作业
人员2控制第一跟斗滑车的位置在整个作业过程中固定； b)作业人员3控制第二跟斗滑车的牵引端，缓慢提升高压引线，提升到距离第二 跟斗滑车附近时，迅速提升消弧绳，使消弧绳与跟斗滑车导电部分迅速接触，作业人员4控 制第二跟头滑车的位置在整个作业过程中固定。 8、在标准电容器顺利接入电网后，再次确认地面二次系统接线无误后，关闭低压 臂机箱中的"保护开关"，依次打开总开关、电源开关。待+12V和-12V信号灯亮后，启动测 试查看二次系统工作是否正常。如果二次系统工作出现异常，相关试验人员应立即将二次 系统关闭并打开低压臂机箱中的"保护开关"，对二次测试系统和低压臂进行检查(必要时 进行修复)，直至确认二次系统正常工作。 9、在二次系统正常工作后，再次关闭二次系统并打开低压臂机箱中的"保护开 关"。相关带电作业人员将手持的绝缘绳拉紧固定在地面四周打入的地锚上，并确保高压引 线上端与被试相导线连接牢靠。 10、关闭低压臂机箱中的"保护开关"，打开二次系统的总开关、电源开关。待+12V 和12V信号灯亮后，启动二次系统开始测试。 11、在被试电压互感器二次输出连接二次系统，与测试回路二次系统之间通过GPS 同步，并将数据无线传输至后台处理系统进行必对。 12、在测试工作结束后，首先将二次系统关闭，并打开测试回路低压臂开关。然后 通过分别控制第一跟斗滑车和第一跟斗滑车的绝缘绳将标准电容器上端高压引线从被试 相导线上拆除，如图8、图9所示。 13、拆除地面系统引线及被试相导线上的带电作业工器具。
权利要求
一种电压互感器在线精度检测方法，其特征在于将高压标准电容器一端与输电导线连接，通过高压标准电容传感器测量输电导线上的电压信号，输电导线上的电压信号和被测互感器的电压信号均由各自的信号采集处理系统采集并进行计算处理，得出被测电压互感器的误差情况。
2. 根据权利要求1所述的电压互感器在线精度检测方法，其特征在于所述的计算处理包括以下步骤(1) 判断接收到的电压信号的采样点数是否达到标准采样点数；(2) 对采样得到的输电导线的电压数据和被测电压互感器的电压数据进行快速傅里叶变换；(3) 计算输电导线上的电压有效值、起始相角和被测电压互感器的电压有效值、起始相角；(4) 根据输电导线及被测电压互感器的各自的电压有效值以及起始相角，进行比差及角差的计算。
3. —种电压互感器在线精度检测系统，其特征在于包括电容分压回路、信号采集处理器和数据处理系统，电容分压回路的输出端与第一信号采集处理器的输入端连接，被测电压互感器的输出端与第二信号采集处理器的输入端连接，第一信号采集处理器与第二信号采集处理器的输出端与数据处理系统的信号输入端连接。
4. 根据权利要求3所述的一种电压互感器在线精度检测系统，其特征在于所述的电容分压回路包括高压标准电容器和低压臂电容机箱，高压标准电容器的低压尾输出端通过双屏蔽同轴电缆与低压臂机箱的输入端连接。
5. 根据权利要求4所述的一种电压互感器在线精度检测系统，其特征在于所述的高压标准电容器的低压尾输出端与第一信号采集处理器的信号输入端还连接有驱动电缆电路。
6. 根据权利要求5所述的一种电压互感器在线精度检测系统，其特征在于所述的驱动电缆电路包括第一放大器与起跟随器作用的第二放大器，第一放大器的正级信号输入端、负极信号输入端分别与电缆的芯线与内屏蔽层连接；第一放大器的第一输出端与第二放大器的正极信号输入端连接，第二输出端连接接地电位器，电位器的动触点与第二放大器的检测端连接；第一放大器的第二输出端的另一路连接两串联电阻后接地；第二放大器的输出端、检测端与负极信号输入端连接后与电缆的外屏蔽层连接；第一放大器的输出端与第一信号采集处理器的信号输入端连接。
7. 根据权利要求6所述的一种电压互感器在线精度检测系统，其特征在于所述的第一放大器与第二放大器的正极电源端与电源地之间连接有电阻与发光二极管串联的指示电路；所述的第一放大器的正极信号输入端与负极信号输入端之间还连接有并联的两个TVS管、一压敏电阻，其中第一 TVS管的正极连接负极信号输入端，负极连接正极信号输入端；第二 TVS管的正极连接正极信号输入端，负极连接负极信号输入端。
8. 根据权利要求3至7任一所述的一种电压互感器在线精度检测系统，其特征在于所述的第一信号采集处理器和第二信号采集处理器均还连接有GPS模块。
9. 根据权利要求8所述的一种电压互感器在线精度检测系统，其特征在于所述的第一信号采集处理器与第二信号采集处理器的信号输出端均设置连接有无线传输天线。
10.根据权利要求9所述的一种电压互感器在线精度检测系统，其特征在于所述的数据处理系统由无线控制接收器和主机构成，无线控制接收器的输入端设置有无线传输天线，无线控制接收器的输出端通过串口与主机连接。
全文摘要
本发明公开了一种电压互感器在线精度检测方法和系统，其特征在于包括电容分压回路、信号采集处理器和数据处理系统，电容分压回路的输出端与第一信号采集处理器的输入端连接，被测电压互感器的输出端与第二信号采集装置的输入端连接，第一信号采集处理器与第二信号采集处理器的输出端与数据处理系统连接，输电导线上的电压信号和被测互感器的电压信号均由各自的信号采集处理系统采集并进行计算处理，得出被测电压互感器的误差情况。在带电运行情况下对被测电压互感器进行数几十小时的不间断测量，接入和退出时均不会对电网运行造成影响，从而可以实现电压互感器不同运行工况和环境特性下的评价，灵活实现电压互感器精度的在线评估。
文档编号G01R35/00GK101762799SQ20091017227
公开日2010年6月30日 申请日期2009年9月27日 优先权日2009年9月27日
发明者丁涛, 乔利红, 刘昊, 刘韶林, 张嵩阳, 张景超, 时晨, 沈强, 王英杰, 王雍, 谢凯, 阎东, 马飞 申请人:河南电力试验研究院