零起升压测试系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种零起升压测试系统，包括：组合光电式互感器、合并器和上位机，组合光电式互感器同时采集被测装置加压侧的电压和电流，然后将电压转化为二次侧电压、电流转化为二次侧电流通过合并器上传至上位机，上位机通过将二次侧电压还原为被测装置加压侧的电压、二次侧电流还原为被测装置加压侧的电流，实现了对被测装置加压侧电压、电流的测量。由于组合光电式互感器具有将高电压或大电流按比例变换成低电压、小电流的特性，因此，可以满足各种电压等级装置的零起升压测试的测试要求，从而解决了现有技术中的难题。
【专利说明】零起升压测试系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及零起升压测试【技术领域】，更具体地说，涉及一种零起升压测试系统。
【背景技术】
[0002]零起升压是针对变压器、较长线路及母线事故后，为检测是否还存在故障，或是针对一些可以零起升压、防止全电压加上有问题的设备。传统的零起升压测试系统由多个设备组合搭建，包括:组合电流电压互感器、电流电压测量仪器(例如:多功能表、电流表、电压表、功率表等)，电流电压互感器测量电压和电流，电流表、电压表和功率表用于读取测量得到的电流、电压以及功率。
[0003]但是，传统的零起升压测试系统测量的范围较小，仅能够达到35kV等级，对更高电压等级(例如IOOOkV)传统的零起升压测试系统并不适用，因此，如何提供一种零起升压测试系统以适用各种电压等级装置的零起升压的测试要求是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提供一种零起升压测试系统，以实现对各电压等级装置零起升压的测试。
[0005]一种零起升压测试系统，包括:
[0006]组合光电式互感器，所述组合光电式互感器的一次侧与被测装置的电源引线连接，所述组合光电式互感器用于以接收到的采集同步信号为触发信号，同时采集被测装置加压侧的电压和电流，并将所述电压转化为二次侧电压、所述电流转化为二次侧电流输出；
[0007]与所述组合光电式互感器的二次侧连接的合并器，所述合并器用于以接收到的控制信号为触发指令，向所述组合光电式互感器输出所述采集同步信号；用于同步接收所述组合光电式互感器在采集周期输出的所有的所述二次侧电压和所述二次侧电流，并将同一时刻的所述二次侧电压和所述二次侧电流进行汇总并输出，其中，所述采集周期与所述采集同步信号的频率相对应；
[0008]与所述合并器连接的上位机，所述上位机用于向所述合并器输出所述控制信号；用于获取所有的所述二次侧电压和所述二次侧电流，并将各所述二次侧电压转化为所述被测装置加压侧的电压，各所述二次侧电流转化为所述被测装置加压侧的电流。
[0009]优选的，所述组合光电式互感器是一种将光电式电流互感器和光电式电压互感器组合在一个结构体内，具有双电量测量功能的组合电器。
[0010]优选的，所述组合光电式互感器包括:罗氏线圈、分压装置、采集电路、采集触发电路和数|吴转换电路；
[0011]所述采集触发电路的输入端与所述合并器的输出端连接，所述采集触发电路的输出端与所述采集电路的输入端连接，所述采集触发电路用于将接收到的所述采集同步信号转化为所述触发信号，并将所述触发信号输出至所述采集电路；
[0012]所述采集电路的电流采集端与所述罗氏线圈连接，所述采集电路的电压采集端与所述分压装置连接，所述采集电路接收到所述触发信号后，同时获取所述罗氏线圈输出的所述二次侧电流和所述分压装置输出的所述二次侧电压，并输出所述二次侧电流和所述二次侧电压；
[0013]所述数模转换电路的输入端与所述采集电路的输出端连接，所述数模转换电路的输出端与所述合并器的输入端连接，所述数模转换电路用于获取所述二次侧电压和所述二次侧电流，分别将所述二次侧电压转化为光纤数字信号形式的所述二次侧电压并输出至所述合并器，将所述二次侧电流转化为光纤数字信号形式的所述二次侧电流并输出至所述合并器。
[0014]优选的，所述合并器包括:中央控制单兀、第一光电转换器和第二光电转换器；
[0015]所述中央控制单元与所述上位机连接，用于接收所述上位机输出的所述控制信号，并以所述控制信号为所述触发指令，输出所述采集同步信号；将同步接收的同一时刻的所述二次侧电压和所述二次侧电流进行汇总并输出；
[0016]所述第一光电转换器的输入端与所述中央控制单元连接，所述第一光电转换器的输出端与所述组合光电式互感器连接，所述第一光电转换器用于将所述采集同步信号转化为光纤数字信号形式的所述采集同步信号，并输出至所述组合光电式互感器；
[0017]所述第二光电转换器的输入端与所述组合光电式互感器连接，所述第二光电转换器输出端与所述中央控制单元连接，所述第二光电转换器用于将所述组合光电式互感器在采集周期输出的所有的所述二次侧电压转化为数字信号形式的所述二次侧电压，并输出至所述中央控制单元，所有的所述二次侧电流转化为数字信号形式的所述二次侧电流，并输出至所述中央控制单元。
[0018]优选的，所述中央控制单元包括:现场可编程门阵列控制芯片和控制器；
[0019]所述现场可编程门阵列控制芯片用于输出所述采集同步信号；
[0020]所述控制器用于将同步接收的同一时刻的所述二次侧电压和所述二次侧电流进行汇总并输出。
[0021 ] 优选的,所述第一光电转换器和所述第二光电转换器的型号、大小相同。
[0022]优选的，所述组合光电式互感器分别通过数字光纤、同步光纤与所述合并器连接，所述组合光电式互感器通过所述数字光纤向所述合并器输出所述二次侧电压和所述二次侧电流，所述合并器通过所述同步光纤向所述组合光电式互感器输出所述采集同步信号。
[0023]优选的，所述上位机为个人计算机。
[0024]优选的，所述上位机还用于依据所述被测装置加压侧的电压、所述被测装置加压侧的电流，计算得到所述被测装置加压侧的电压平均值、电压有效值、功率、功率因数以及频率。
[0025]优选的，所述上位机还用于将获取的所有的所述被测装置加压侧的电压绘制成相应的电压波形，将所有的所述被测装置加压侧的电流绘制成相应的电流波形。
[0026]从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种零起升压测试系统，包括:组合光电式互感器、合并器和上位机，组合光电式互感器同时采集被测装置加压侧的电压和电流，然后将电压转化为二次侧电压、电流转化为二次侧电流通过合并器上传至上位机，上位机通过将二次侧电压还原为被测装置加压侧的电压、二次侧电流还原为被测装置加压侧的电流，实现了对被测装置加压侧电压、电流的测量。由于组合光电式互感器具有将高电压或大电流按比例变换成低电压、小电流的特性，因此，可以满足各种电压等级装置的零起升压测试的测试要求，从而解决了现有技术中的难题。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为本发明实施例公开的一种零起升压测试系统的结构示意图；
[0029]图2为本发明实施例公开的一种组合光电式互感器的组成结构示意图；
[0030]图3为本发明实施例公开的一种合并器的组成结构示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]参见图1，本发明实施例公开了一种零起升压测试系统的结构示意图，包括:组合光电式互感器(Electronic Current Voltage Transformer, ECVT) 11、合并器 12 和上位机13 ；
[0033]其中:
[0034]ECVTll的一次侧与被测装置的电源引线001连接，ECVTll的二次侧与合并器12连接，ECVTll用于以接收到的合并器12输出的采集同步信号为触发信号，同时采集被测装置加压侧的电压和电流，并将所述电压转化为二次侧电压、所述电流转化为二次侧电流输出。
[0035]ECVTll 是一种将光电式电流互感器(Emission Computed Tomography,ECT)和光电式电压互感器(Electronic Voltage Transformer,EVT)组合在一个结构体内，具有双电量测量功能的组合电器。ECVTll可以依据接收到的采集同步信号，同时获取EVT采集到的被测装置的电压和ECT采集到的被测装置的电流。
[0036]ECVTlI的功能是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压(例如100V)或标准小电流(5A或10A，均指额定值)，以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化。
[0037]合并器12与上位机13连接，合并器12用于以接收到的上位机13输出的控制信号为触发指令，向ECVT11输出所述同步采集信号；用于同步接收ECVT11在采集周期输出的所有的所述二次侧电压和二次侧电流，并将同一时刻的所述二次侧电压和所述二次侧电流进行汇总并输出。
[0038]其中，采用周期与采集同步信号的频率相对应，即采集频率受采集同步信号频率的控制。
[0039]上位机13获取所有的所述二次侧电压和二次侧电流，并将各所述二次侧电压转化为被测装置加压侧的电压，各所述二次侧电流转化为被测装置加压侧的电流。
[0040]优选的，上位机13可以为PC(Personal Computer,个人计算机)机。
[0041 ] 综上可以看出，本发明中的ECVTl I可以同时采集被测装置加压侧的电压和电流，然后将电压转化为二次侧电压、电流转化为二次侧电流通过合并器12上传至上位机13，上位机13通过将二次侧电压还原为被测装置加压侧的电压、二次侧电流还原为被测装置加压侧的电流，实现了对被测装置加压侧电压、电流的测量。由于ECVTll具有将高电压或大电流按比例变换成低电压、小电流的特性，因此，可以满足各种电压等级装置的零起升压测试的测试要求，从而解决了现有技术中的难题。
[0042]而且，相对于现有技术需要电压表、电流表、功率表等联合布置，测量精度难以控制而言，本发明提供的零起升压测试系统是同时采集被测装置加压侧的电压和电流，然后由上位机13计算得到被测装置加压侧的电压和电流，测试结果准确性高，测试速度快，并且，本发明采用的组合光电式互感器不存在油气结构的泄、漏、燃、爆等危险。
[0043]其中，ECVTll分别通过数字光纤、同步光纤与合并器12连接，ECVTll通过所述数字光纤向合并器12输出二次侧电压和二次侧电流，合并器12通过所述同步光纤向ECVTll输出采集同步信号。
[0044]需要说明的一点是，ECT是利用光纤将一次侧的电流信号传输到低压侧的数据处理系统，相对于传统的电流互感器是将一次侧电流信号通过电磁感应传到二次侧而言，ECT对电流信号的传输不受电压等级的控制，能够对各电压等级装置的电流进行测量。
[0045]EVT是利用光纤将一次侧的电压信号传输到低压侧的数据处理系统，相对于传统的电压互感器是将一次侧电压信号通过电磁感应或分压原理传到二次侧而言，EVT对电压信号的传输不受电压等级的控制，能够对各电压等级装置的电压进行测量。
[0046]需要说明的一点是，ECT根据传感器类型可分为罗氏线圈型(Rogowski CoilTransformer,RCT)和高精度电流传感器型(Low Power Current Transformer,LPCT),由于罗氏线圈具有宽频带、大范围的特点，因此，本实施例中的ECT选用RCT。
[0047]需要说明的一点是，当对被测装置三相(A相、B相和C相)各自的电压和电流进行测量时，零起升压测试系统需采用三个ECVT11(具体参见图1)。
[0048]参见图2，本发明提供了一种组合光电式互感器的组成结构示意图，包括:罗氏线圈111、分压装置112、采集电路113、采集触发电路114和数模转换电路115 ；
[0049]其中:
[0050]采集触发电路114的输入端与合并器12的输出端连接，采集触发电路114的输出端与采集电路113的输入端连接，采集触发电路114用于将接收到的采集同步信号转化为触发信号，并将触发信号输出至采集电路113。
[0051]采集电路113的电流采集端与罗氏线圈111连接，采集电路113的电压采集端与分压装置112连接，采集电路113接收到所述触发信号后，同时获取罗氏线圈111输出的二次侧电流和分压装置112输出的二次侧电压，并输出所述二次侧电流和所述二次侧电压。
[0052]需要说明的是，罗氏线圈111是一种均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈。罗氏线圈111具有对电流可实时测量、响应速度快、不会饱和、没有相位误差的特点，故其可应用于继电保护、可控硅整流、变频调速等信号严重几遍以及电炉、短路测试等大电流的场
口 O
[0053]分压装置112是一种由电容器组成的分压器，属于光电式电压互感器的一个组件。
[0054]数模转换电路115的输入端与采集电路113的输出端连接，数模转换电路115的输出端与合并器12的输入端连接，数模转换电路115用于获取二次侧电压和二次侧电流，分别将所述二次侧电压转化为光纤数字信号形式的二次侧电压并输出至合并器12，将二次侧电流转化为光纤数字信号形式的二次侧电流并输出至合并器12。
[0055]需要说明的一点是，在整个采样控制循环中，采集电路113始终处在采样保持状态，直到接收到合并器12发送的采集同步信号。采集电路113在接收到并正确识别采集同步信号后，采集电路113释放保持状态，开始对被测装置加压侧的电压和电流进行采集，运行采样循环。采样数值(被测装置加压侧的电压和电流)经由数模转换电路115转化为光纤数字信号形式的采样数值后，传输到合并器12，完成一个采样循环。
[0056]在采样循环执行中，采集电路113将不再接受由合并器12发送的采集同步信号。
[0057]在实际使用中，零起升压测试系统的最高采样率已经测试并设置上限，用户不会出现超频采样的情况。
[0058]参见图3，本发明实施例公开了一种合并器的组成结构示意图，合并器包括:中央控制单兀121、第一光电转换器122和第二光电转换器123 ；
[0059]中央控制单元121与上位机13连接，用于接收上位机13输出的控制信号，并以所述控制信号为触发指令，输出采集同步信号；将同步接收的同一时刻的二次侧电压和二次侧电流进行汇总并输出；
[0060]其中，中央控制单兀121 包括:FPGA(Field — Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)控制芯片和控制器，FPGA控制芯片用于输出采集同步信号，控制器用于将同步接收的同一时刻的二次侧电压和二次侧电流进行汇总并输出。
[0061]第一光电转换器122的输入端与中央控制单兀121连接,第一光电转换器122的输出端与ECVTll连接，第一光电转换器122用于将采集同步信号转化为光纤数字信号形式的所述采集同步信号，并输出至ECVTll ；
[0062]具体的，第一光电转换器122的输出端与ECVTll的采集触发电路114连接，第一光电转换器122将采集同步信号转化为光纤数字信号形式的所述采集同步信号，并输出至采集触发电路114。
[0063]第二光电转换器123的输入端与ECVTll连接，第二光电转换器123的输出端与中央控制单元121连接，第二光电转换器123用于将ECVTll在采集周期输出的所有的二次侧电压转化为数字信号形式的二次侧电压，并输出至中央控制单元121，所有的二次侧电流转化为数字信号形式的二次侧电流，并输出至中央控制单元121。
[0064]具体的，第二光电转换器123的输入端与ECVTll的数模转换电路115连接，第二光电转换器123将数模转换电路115在采集周期输出的所有的二次侧电压转化为数字信号形式的二次侧电压，并输出至中央控制单元121，所有的二次侧电流转化为数字信号形式的二次侧电流，并输出至中央控制单元121。
[0065]其中，第一光电转换器122和第二光电转换器123的型号、大小相同。[0066]第一光电转换器122和第二光电转换器123均设置有光纤接口和RJ45接口，光纤接口用于连接ECVT11，RJ45接口用于连接中央控制单元121。
[0067]需要说明的一点是，中央控制单元121中的控制器为基于Vxworks实时系统的PowerPC控制器，FPGA控制芯片为Xilinx百万门FPGA控制芯片。
[0068]中央控制单元121主要实现以下控制与数据功能:
[0069]变频数据采集功能:
[0070]零起升压测试系统中，对暂态与稳态的采样频率要求不一样，零起升压测试系统要求200kS/s的高采样率记录短时间内的暂态波形并进行分析上传，这种情况下，中央控制单元121将根据上位机13设定采集模式，自适应调整采集同步信号的发送频率，ECVTll的采集电路113在采集同步信号的控制下，将以响应采集速度完成采集和数据回传任务，数据回传至中央控制单元121处理打包后，经由Vxworks实时控制零起升压测试系统从以太网控制器上传至上位机13。
[0071]其中，中央控制单元121与上位机13之间采用61850数据通讯。
[0072]由于零起升压测试系统要求多通道、大数据、以及高频率采样，中央控制单元121采用了 40Mhz高频板载时钟(最高支持分频至200Mhz)，512Mb大容量RAM构建模式，以确保暂态采集时16通道200kS/s的大数据流量能顺利完成采样接收。
[0073]在高速数据传输采集中，中央控制单元121根据上位机13下传的采样状态，降低采用同步信号发送频率，采集电路113在采集同步信号的控制下，在采集同步信号相应频率下，进行稳态采用并上传采集数据(被测装置加压侧的电压和电流)，中央控制单元121完成对采样数据的处理打包后，经由Vxworks实时控制零起升压测试系统从以太网控制器上传至上位机13。
[0074]需要说明的一点是，上述各实施例中的上位机13还用于依据被测装置加压侧的电压及电流，计算得到被测装置加压侧的电压平均值、电压有效值、功率(有功功率和无功功率)、功率因数以及频率等电气参数。
[0075]上位机13还用于将获取的所有的被测装置加压侧的电压绘制成相应的电压波形，将所有的被测装置加压侧的电流绘制成相应的电流波形，从而可以查看谐波的三次、五次、七次和九次等分量相对基波幅值比值的大小。
[0076]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0077]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种零起升压测试系统，其特征在于，包括: 组合光电式互感器，所述组合光电式互感器的一次侧与被测装置的电源引线连接，所述组合光电式互感器用于以接收到的采集同步信号为触发信号，同时采集被测装置加压侧的电压和电流，并将所述电压转化为二次侧电压、所述电流转化为二次侧电流输出； 与所述组合光电式互感器的二次侧连接的合并器，所述合并器用于以接收到的控制信号为触发指令，向所述组合光电式互感器输出所述采集同步信号；用于同步接收所述组合光电式互感器在采集周期输出的所有的所述二次侧电压和所述二次侧电流，并将同一时刻的所述二次侧电压和所述二次侧电流进行汇总并输出，其中，所述采集周期与所述采集同步信号的频率相对应； 与所述合并器连接的上位机，所述上位机用于向所述合并器输出所述控制信号；用于获取所有的所述二次侧电压和所述二次侧电流，并将各所述二次侧电压转化为所述被测装置加压侧的电压，各所述二次侧电流转化为所述被测装置加压侧的电流。
2.根据权利要求1所述的零起升压测试系统，其特征在于，所述组合光电式互感器是一种将光电式电流互感器和光电式电压互感器组合在一个结构体内，具有双电量测量功能的组合电器。
3.根据权利要求1所述的零起升压测试系统，其特征在于，所述组合光电式互感器包括:罗氏线圈、分压装置、采集电路、采集触发电路和数模转换电路； 所述采集触发电路的输入端与所述合并器的输出端连接，所述采集触发电路的输出端与所述采集电路的输入端连接，所述采集触发电路用于将接收到的所述采集同步信号转化为所述触发信号，并将所述触发信号输出至所述采集电路； 所述采集电路的电流采集端与所述罗氏线圈连接，所述采集电路的电压采集端与所述分压装置连接，所述采集电路接收到所述触发信号后，同时获取所述罗氏线圈输出的所述二次侧电流和所述分压装置输出的所述二次侧电压，并输出所述二次侧电流和所述二次侧电压； 所述数模转换电路的输入端与所述采集电路的输出端连接，所述数模转换电路的输出端与所述合并器的输入端连接，所述数模转换电路用于获取所述二次侧电压和所述二次侧电流，分别将所述二次侧电压转化为光纤数字信号形式的所述二次侧电压并输出至所述合并器，将所述二次侧电流转化为光纤数字信号形式的所述二次侧电流并输出至所述合并器。
4.根据权利要求1所述的零起升压测试系统，其特征在于，所述合并器包括:中央控制单兀、第一光电转换器和第二光电转换器； 所述中央控制单元与所述上位机连接，用于接收所述上位机输出的所述控制信号，并以所述控制信号为所述触发指令，输出所述采集同步信号；将同步接收的同一时刻的所述二次侧电压和所述二次侧电流进行汇总并输出； 所述第一光电转换器的输入端与所述中央控制单元连接，所述第一光电转换器的输出端与所述组合光电式互感器连接，所述第一光电转换器用于将所述采集同步信号转化为光纤数字信号形式的所述采集同步信号，并输出至所述组合光电式互感器； 所述第二光电转换器的输入端与所述组合光电式互感器连接，所述第二光电转换器输出端与所述中央控制单元连接，所述第二光电转换器用于将所述组合光电式互感器在采集周期输出的所有的所述二次侧电压转化为数字信号形式的所述二次侧电压，并输出至所述中央控制单元，所有的所述二次侧电流转化为数字信号形式的所述二次侧电流，并输出至所述中央控制单元。
5.根据权利要求4所述的零起升压测试系统，其特征在于，所述中央控制单元包括:现场可编程门阵列控制芯片和控制器； 所述现场可编程门阵列控制芯片用于输出所述采集同步信号； 所述控制器用于将同步接收的同一时刻的所述二次侧电压和所述二次侧电流进行汇总并输出。
6.根据权利要求4所述的零起升压测试系统，其特征在于，所述第一光电转换器和所述第二光电转换器的型号、大小相同。
7.根据权利要求1所述的零起升压测试系统，其特征在于，所述组合光电式互感器分别通过数字光纤、同步光纤与所述合并器连接，所述组合光电式互感器通过所述数字光纤向所述合并器输出所述二次侧电压和所述二次侧电流，所述合并器通过所述同步光纤向所述组合光电式互感器输出所述采集同步信号。
8.根据权利要求1所述的零起升压测试系统，其特征在于，所述上位机为个人计算机。
9.根据权利要求1所述的零起升压测试系统，其特征在于，所述上位机还用于依据所述被测装置加压侧的电压、所述被测装置加压侧的电流，计算得到所述被测装置加压侧的电压平均值、电压有效值、功率、功率因数以及频率。
10.根据权利要求1所述的零起升压测试系统，其特征在于，所述上位机还用于将获取的所有的所述被测装置加压侧的电压绘制成相应的电压波形，将所有的所述被测装置加压侧的电流绘制成相应的电流波形。
【文档编号】G01R31/00GK103926495SQ201410186270
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】孙翔, 何文林, 刘浩军, 董雪松 申请人:国家电网公司, 国网浙江省电力公司电力科学研究院