多方式电子式互感器校验仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种多方式电子式互感器校验仪，包括模拟信号调理模块、差值检测模块、平衡调节模块、高精度D/A转换模块、高精度数据采集模块和工控机；所述工控机作为本系统的核心，其根据用户的配置完成对高精度D/A转换模块、高精度数据采集模块等的控制，并采用相应的算法得到待测电子式互感器的比差和相差等参数。本实用新型采用工控机+PCI插卡的结构，为满足不同场合的应用，提供了直接法与差值法两种校验方式，兼容数字输出型与模拟输出型电子式互感器的校验，而且携带方便。
【专利说明】多方式电子式互感器校验仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力系统数字化中的互感器校验【技术领域】，特别涉及一种对电子式电力互感器的测量精度进行校验的多方式电子式互感器校验仪。
【背景技术】
[0002]电力对一个国家的重要性不言而喻，作为电力的载体，电力系统的稳定运行是必须保证的。电力互感器在电网中起着电能计量和继电保护的作用，这对保证电网的正常运行至关重大。互感器校验仪是用来测试互感器误差的专用精密仪器，因此高精度互感器校验仪的研制显得尤为重要。
[0003]在电力系统数字化浪潮的推动下，现今处于电子式电力互感器和电磁式电力互感器的新旧交替之际。两者在输出方式和传感原理上均存在很大区别，主要表现在以下三个方面:1)电磁式电力互感器按量测参数类别可分为电压互感器和电流互感器，它们的二次侧输出的标准值分别为57.7疒100V和IA飞A，电子式电力互感器虽然也可以分为电压互感器和电流互感器，但它们的二次侧输出分为模拟量输出和数字量输出两种类型，对于模拟输出的电子式电力电压/电流互感器而言，它们输出的标准值分别为1.625V~6.5V和22.5mV^4V,由此可见新旧两种互感器的输出信号强度差别巨大。2)电子式电力互感器具有数字量输出接口，而传统的电磁式电力互感器则不具备数字接口。3)电磁式互感器和电子式互感器的测试原理不同，电磁式互感器基于电磁感应原理制造，但是存在一些致命的缺点，如体积庞大笨重、磁饱和、动态范围小和绝缘设计困难等，电子式互感器基于现代的传感技术和光电子技术，体积小巧，测试精度高，便于数字化组网安装。电子式互感器必将取代电磁式互感器是世界的共识。
[0004]由以上的分析可知， 由于电子式互感器的模拟输出为弱电压信号，与电磁式互感器的输出差异巨大，并且电子式互感器还具有数字输出方式，传统的互感器校验仪无法完成对电子式互感器的校验。因此，研制一种新型的能同时兼容数字输出型和模拟输出型电子式互感器检验的系统是十分必要的。
[0005]目前国内有关电子式互感器的校验尚无统一标准，但常用的电子式互感器校验方法可分为两种:直接法和差值法。前者的优势在于标准互感器的额定变比不必一定要和待测互感器的额定变比相一致，从而方便了标准互感器的选取，而且不仅可以得到比差和角差，还可以得到基波幅值、谐波幅值等附加信息，但其对信号采集电路的要求很高，并且必须采用同步采样方式；后者的优势在于对采集装置的要求不高，只要测差装置灵敏度高且稳定，两个被比较量越接近，则测量准确度越高，但其要求标准互感器和待测互感器的额定变比须严格相等。
[0006]虽然市场上电子式互感器校验仪种类丰富，技术也日渐成熟，但是纵观市场，还没有能同时兼容直接法和差值法的电子式互感器校验设备。
实用新型内容[0007]本实用新型目的在于，提供一种多方式的电子式互感器校验仪，克服现有电子式互感器校验仪所采用校验方案单一，适用范围受限的问题，集成直接法和差值法两种校验方案于一体，扩展设备的适用范围，同时便于不同检验方案之间的对比。
[0008]为了达到上述目的，本实用新型提供一种多方式电子式互感器校验仪，包括模拟信号调理模块、差值检测模块、平衡调节模块、高精度D/A转换模块、高精度数据采集模块和工控机；
[0009]模拟信号调理模块的一路输出通过高精度数据采集模块送至工控机，工控机的输出分别送至高精度数据采集模块和高精度D/A转换模块；
[0010]高精度D/A转换模块的输出通过平衡调节模块送至差值检测模块，模拟信号调理模块的另一路输出也同时送至差值检测模块；
[0011]差值检测模块的输出送至高精度数据采集模块。
[0012]其中，所述模拟信号调理模块包括标准侧电压信号接入电路、标准侧电流信号接入电路、待测信号接口电路和选择开关，标准侧电压信号接入电路、标准侧电流信号接入电路、待测信号接口电路分别通过选择开关输出信号。
[0013]所述高精度D/A转换模块通过PCI接口插入工控机机箱，待测电子式互感器所提供的数字信号经算法插值后由高精度D/A转换模块转换为模拟电压信号EDI。
[0014]所述平衡调节模块包括模拟滤波电路、相位幅值补偿电路，信号输入依次经模拟滤波电路和相位幅值补偿电路后输出。
[0015]所述差值检测模块包括模拟滤波电路和取差电路，信号经模拟滤波电路送至取差电路后输出，若用户选择差值法进行模拟/数字输出型电子式互感器的校验，标准信号ST和待测信号ET/ED2分别接入差值检测模块，差值检测模块的输出为差值电压信号DV。
[0016]所述高精度数据采集模块通过PCI接口插入工控机机箱，用于对标准信号31\待测信号ET和差值电压信号DV的转换，若用户选择差值法进行模拟/数字输出型电子式互感器的校验，差值电压信号DV同标准信号ST —起接入高精度数据采集模块，若用户选择直接法进行模拟输出型电子式互感器的校验，标准信号ST和待测信号ET —起接入高精度数据采集模块，
[0017]若用户选择直接法进行数字输出型电子式互感器的校验，标准信号ST接入高精度数据采集模块，待测数字信号直接通过网口输入工控机。
[0018]本实用新型在认真分析两种常见的互感器校验方法的基础上遵循着直接设计的思想，采用工控机+PCI数据采集卡的一体化架构，依靠虚拟仪器技术，出色地完成了设计目标，在校验对象为电子式电流互感器时精确度等级为0.2S级，在校验电子式电压互感器时精度为0.2级。与同类仪器相比，本实用新型具有如下优点:
[0019]1.采用工控机+PCI插卡的一体化架构，成本低，体积小，便于携带，适于数字化变电中现场使用。
[0020]2.本实用新型能兼顾对数字输出和模拟输出的电子式电流互感器和电子式电压互感器进行校准。
[0021]3.本实用新型兼容直接法和差值法两种校验方式，方便用户在不同校验方法之间进行对比，同时，用户可根据现场条件选者不同的校验方式进行电子互感器的校验，扩展了设备的适用范围。[0022]4.本实用新型采用智能信号处理方法，对被测信号的频率波动不敏感。
[0023]5.本实用新型完全符合IEC61850标准，与各种基于IEC61850标准的数字化变电站设备接口兼容。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型实施例的总体结构示意图；
[0025]图2为本实用新型实施例的模拟信号调理模块结构示意图；
[0026]图3为本实用新型实施例的平衡调节模块结构示意图；
[0027]图4为本实用新型实施例的差值检测模块结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]参照附图，以下将结合实施例对本实用新型作进一步说明。
[0029]图1所示为本实用新型的总体结构示意图。本实用新型的多方式电子式互感器校验仪主要包括模拟信号调理模块、差值检测模块、平衡调节模块、高精度D/A转换模块、高精度数据采集模块、工控机等模块，其中高精度D/A转换模块与高精度数据采集模块通过PCI插槽与工控机相连。
[0030]为了对电磁式电压互感器、电磁式电流互感器、电子式电流互感器、电子式电压互感器的模拟信号进行处理，信号源输出端所提供模拟量信号输入到模拟信号调理模块，经模拟信号调理模块调理转换后输出到高精度数据采集模块，最终转换成数字信号输入到工控机。
[0031]为了将电子式互感器的数字信号从网络接口输入到本实用新型，电子式电压互感器或电子式电流互感器所提供符合IEC61850标准的数字信号通过网口送入工控机。
[0032]将标准互感器与待测模拟输出型电子式电压互感器或电子式电流互感器输出端所提供模拟量信号输入到模拟信号调理模块，经模拟信号调理模块调理转换后，通过选择开关选定标准信号和待测信号，根据用户所选定的校验方式将信号输出到差值检测模块或者高精度数据采集模块；
[0033]待测的数字输出型电子式电压互感器或电子式电流互感器所提供符合IEC61850标准的数字信号输入工控机网口，由工控机完成数据的接收与解析，并根据用户所选定的校验方式由应用程序做进一步分析或者经算法插值后输入高精度D/A转换模块；
[0034]高精度D/A转换模块的输出连接到平衡调节模块，由平衡调节模块完成信号滤波以及幅值与相位的补偿，所述高精度D/A转换模块通过PCI接口插入工控机机箱，待测电子式互感器所提供的数字信号经算法插值后由高精度D/A转换模块转换为模拟电压信号EDl ；
[0035]所述平衡调节模块包括模拟滤波电路、相位幅值补偿电路，所述模拟电压信号EDl经模拟滤波电路的输出，再经相位幅值补偿电路后输出为待测信号ED2 ；
[0036]差值检测模块主要接收来自平衡调节模块或者模拟信号调理模块的输出信号，完成两路信号的差值运算，并将差值信号输入高精度数据采集模块，所述差值检测模块包括模拟滤波电路和取差电路，若用户选择差值法进行模拟/数字输出型电子式互感器的校验，标准信号ST和待测信号ET/ED2分别接入差值检测模块，差值检测模块的输出为差值电压信号DV ；
[0037]经高精度数据采集卡转换后的数字信号输入工控机，由工控机根据用户所选定的校验方式采用不同的算法得到角差与比差。
[0038]其中，所述模拟信号调理模块包括标准侧电压信号接入电路、标准侧电流信号接入电路、待测信号接口电路，所述信号源输出端包括电磁式电压互感器、电磁式电流互感器、电子式电压互感器和电子式电流互感器；
[0039]传统电磁式电压互感器作为标准源提供的交流电压信号输入到标准侧电压信号接入电路，经标准侧电压信号接入电路转换为可供高精度数据采集模块采样的小电压信号SV ；
[0040]传统电磁式电流互感器作为标准源提供的交流电流信号输入到标准侧电流信号接入电路，经标准侧电流信号接入电路转换为可供高精度数据采集模块采样的小电压信号SI ；
[0041 ] SV与SI统记为标准信号ST ；
[0042]待测电子式电压互感器所提供模拟电压信号，通过待测信号接口电路接入，该模拟信号标不为电压信号EV ；
[0043]待测电子式电流互感器所提供模拟电压信号，通过待测信号接口电路接入，该模拟信号标不为电压信号EI ；
[0044]EV与EI统记为待测信号ET。
[0045]所述高精度数据采集模块通过`PCI接口插入工控机机箱，用于对标准信号31\待测信号ET和差值电压信号DV的转换，若用户选择差值法进行模拟/数字输出型电子式互感器的校验，差值电压信号DV同标准信号ST —起接入高精度数据采集模块，若用户选择直接法进行模拟输出型电子式互感器的校验，标准信号ST和待测信号ET —起接入高精度数据采集模块，
[0046]若用户选择直接法进行数字输出型电子式互感器的校验，标准信号ST接入高精度数据采集模块，待测数字信号直接通过网口输入工控机。
[0047]模拟信号调理模块对模拟量的电压/电流信号进行合适的调理转换，并提供阻抗匹配功能来隔绝信号源输出端和本实用新型的高精度数据采集模块，增强信号源的稳定性。参见图2，实施例的模拟信号调理模块对4种输入进行处理。其中，电磁式电压互感器的输出是有效值为57.7V的模拟电压信号，将其输入至模拟信号调理模块的标准侧电压信号接入电路单元转换成有效值为4V的电压信号SV ;电磁式电流互感器的输出是有效值为5A/1A的电流信号，将其输入至标准侧电流信号接入电路，经过标准侧电流信号接入电路单兀转换成有效值为4V的电压信号SI ;电子式电压互感器的模拟输出为1.625V~6.5V的电压信号，电子式电流互感器的模拟输出为22.5mV^4V的电压信号，将其接入待测信号接口电路不做调理，标示为EV和EI。
[0048]在利用差值法对数字输出型电子式互感器进行校验时，首先应该将其数字输出通过算法插值和高精度D/A转换模块转换为模拟待测信号EDI。为了补偿在转换过程中产生的相位延迟和幅值误差，EDl需经过平衡调节模块的调理。平衡调节模块结构示意图如图3所示，EDl经模拟滤波电路后再经相位幅值补偿电路后输出，记为待测信号ED2。
[0049]当用户选择采用差值法进行电子式互感器的校验时，需要将利用差值检测模块，以得到标准信号与待测信号的差值。如图4所示，标准信号ST和待测信号ET/ED2同时输入到模拟滤波电路，经滤波后送入取差电路，取差电路获得两路信号的差值，并将差值电压DV输出。
[0050]所述工控机作为本系统的核心，其根据用户的配置完成对高精度D/A转换模块、高精度数据采集模块等的控制，并采用相应的算法得到待测电子式互感器的比差和相差等参数。本实用新型采用工控机+PCI插卡的结构，为满足不同场合的应用，提供了直接法与差值法两种校验方式，兼容数字输出型与模拟输出型电子式互感器的校验，而且携带方便。
[0051]本实用新型的保护范围不限于以上实施例。
[0052]本实用新型在认真分析两种常见的互感器校验方法的基础上遵循着直接设计的思想，采用工控机+PCI数据采集卡的一体化架构，依靠虚拟仪器技术，出色地完成了设计目标，在校验对象为电子式电流互感器时精确度等级为0.2S级，在校验电子式电压互感器时精度为0.2级。与同类仪器相比，本实用新型具有如下优点:
[0053]1.采用工控机+PCI插卡的一体化架构，成本低，体积小，便于携带，适于数字化变电中现场使用。
[0054]2.本实用新型能兼顾对数字输出和模拟输出的电子式电流互感器和电子式电压互感器进行校准。
[0055]3.本实用新型兼容直接法和差值法两种校验方式，方便用户在不同校验方法之间进行对比，同时，用户可根据现场条件选者不同的校验方式进行电子互感器的校验，扩展了设备的适用范围。
[0056]4.本实用新型采用智能信号处理方法，对被测信号的频率波动不敏感。
[0057]5.本实用新型完全符合IEC61850标准，与各种基于IEC61850标准的数字化变电站设备接口兼容。
【权利要求】
1.一种多方式电子式互感器校验仪，其特征在于:包括模拟信号调理模块、差值检测模块、平衡调节模块、高精度D/A转换模块、高精度数据采集模块和工控机； 模拟信号调理模块的一路输出通过高精度数据采集模块送至工控机，工控机的输出分别送至高精度数据采集模块和高精度D/A转换模块； 高精度D/A转换模块的输出通过平衡调节模块送至差值检测模块，模拟信号调理模块的另一路输出也同时送至差值检测模块； 差值检测模块的输出送至高精度数据采集模块。
2.根据权利要求1所述的多方式电子式互感器校验仪，其特征在于:所述模拟信号调理模块包括标准侧电压信号接入电路、标准侧电流信号接入电路、待测信号接口电路和选择开关，标准侧电压信号接入电路、标准侧电流信号接入电路、待测信号接口电路分别通过选择开关输出信号。
3.根据权利要求1所述的多方式电子式互感器校验仪，其特征在于:所述高精度D/A转换模块通过PCI接口插入工控机机箱。
4.根据权利要求3所述的多方式电子式互感器校验仪，其特征在于:所述平衡调节模块包括模拟滤波电路、相位幅值补偿电路，信号输入依次经模拟滤波电路和相位幅值补偿电路后输出。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的多方式电子式互感器校验仪，其特征在于:所述差值检测模块包括模拟滤波电路和取差电路，信号经模拟滤波电路送至取差电路后输出。
6.根据权利要求5所述的多方式电子式互感器校验仪，其特征在于:所述高精度数据采集模块通过PCI接口插入工控机机箱。
【文档编号】G01R35/02GK203376467SQ201320165132
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年4月3日 优先权日:2013年4月3日
【发明者】潘宝祥, 毛朔南, 李林, 赵峰 申请人:江苏省计量科学研究院