变电站电流互感器二次侧极性智能检测装置及方法与流程

本发明属于变电站一次试验技术领域，具体涉及一种变电站电流互感器二次侧极性智能检测装置及方法。

背景技术：

在传统变电站中，二次电流、电压回路承担着重要角色。作为变电站保护及测控系统的信号源，二次电流、电压回路向变电站保护测量系统提供测量及保护电流电压信号，实现对电力系统运行监视及保护功能。因此，变电站内各电流、电压二次回路接线正确性对于变电站可靠运行具有直接影响。当二次电流、电压回路存在接线错误或缺陷时，极容易造成变电站保护设备误动或拒动，降低变电站供电可靠性。并且，一旦出现ct(电流互感器)开路现象，极容易造成设备损坏和人身事故。因此，对传统变电站来说，在新站或改造站投运之前或者涉及到ct二次回路的更改变动场合时，必须在送电前对变电站内各组电流二次回路进行仔细检查及试验，以确保各电流回路连接正确。电流互感器的极性是指在某时刻电流在原边与副边的电流方向同时为正、或同时为负，此种情况下称该极性为同名端或同极性端。

一次通流法需要的交流电流源通常采用站用电、升流器和开关电源等原理，其中站用电来自站内的220v单相交流电或者380v三相交流电，由于电压不可调，一般只能用来作为变压器的ct极性校验，并且工作电流由变压器阻抗决定，亦不可调，因此使用范围受到限制。

升流器和开关电源均具备电流可调的优点，前者采用自耦调压器原理，将高压、小电流输入转变程低压、大电流输出，但是其输出电流受电网电压的变动以及负载变动的影响较大，试验过程中，一旦发现不正常现象，有可能导致电流急剧变化，危害电网安全；后者由大量的半导体元件组成，主要是由主电源电路、开关电路(以多路场效应管组成开关电路，完成整流和电流调节功能)、触发电路和控制电源电路组成，具备能效比高，体积小，重量轻，输出电压稳定等特点，但是由于输出控制对象仍然为电压，依然受到负载变动的影响。

另外，以上几种方法都存在一个共同的缺点，那就是都是工作在稳态模式下，只能校验多个ct之间的极性的相互关系，无法判断单个ct的极性的正确性，而这需要将一、二次电流进行同步采集、比较才能实现。目前，实现同步采集的方法有两种，第一种是将一、二次电流接入同一台测量设备，但是受到距离的限制，试验接线过长，增加了现场应用的难度；第二种采用gps、b码等时间同步技术，但是gps技术会受到信号强度的限制，在室内几乎无法使用，而b码技术需要从站内时间同步装置接线，接线过程依然比较繁琐。

因此，有必要开发一种变电站电流互感器二次侧极性智能检测装置及方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种变电站电流互感器二次侧极性智能检测装置及方法，能快速测试出二次侧回路的正确性。

本发明所述的机组变电站电流互感器二次侧极性智能检测装置，包括校验主机和多个采集终端；

所述校验主机包括第一人机交互模块、管理机模块、采集录波模块、交流电流源、内部ct和无线收发模块；所述管理机模块分别与第一人机交互模块、交流电流源、无线收发模块和采集录波模块连接；交流电流源输出电流经过内部ct一次侧之后与被测ct并联；内部ct二次侧连接采集录波模块；

其中，所述第一人机交互模块用于配置测试方案、输入参数、测试过程监视、查看波形以及查看测试报告；

所述交流电流源用于输出0a～200a交流电流；

所述无线收发模块用于实现管理机模块与采集终端之间的通信；

所述采集终端用于采集被测ct的二次回路电流，生成第一录波文件并传输给管理机模块；

所述采集录波模块用于采集被测ct的一次回路电流，生成第二录波文件并传输给管理机模块；

所述管理机模块用于分析同一次试验时的第一录波文件和第二录波文件，并判断出ct极性的正确性。

进一步，所述采集终端包括钳形互感器模块、处理模块、通信模块、第二人机交互模块和采集模块；所述钳形互感器模块与采集模块电连接；所述采集模块、通信模块和第二人机交互模块分别与处理模块电连接。

进一步，所述采集模块包括航空插头、5倍衰减电路、两级放大电路和模数转换芯片；

所述5倍衰减电路包括电阻r3、电阻r4、电阻r7、电阻r8和模拟开关u1,电阻r8和模拟开关u1串联之后与电阻r7并联，再与电阻r3、电阻r4串联；

两级放大电路包括第一级放大电路和第二级放大电路，其中：

第一级放大电路包括电阻r5、电阻r6、电阻r9、电容c1和运算放大器u2；电阻r5的一端接地，电阻r5的另一端经电阻r6与运算放大器u2的反相输入端连接；电容c1的一端与运算放大器u2的反相输入端连接，电容c1的另一端与运算放大器u2的输出端连接，电阻r9和电容c1并联；

第二级放大电路包括电阻r10、电阻r11、电阻r12、电容c2和运算放大器u3；电阻r10的一端接地，电阻r10的另一端经电阻r11与运算放大器u3的反相输入端连接；电容c2的一端与运算放大器u3的反相输入端连接，电容c2的另一端与运算放大器u3的输出端连接，电阻r12和电容c2并联。

本发明所述的一种变电站电流互感器二次侧极性智能检测方法，采用如本发明所述的变电站电流互感器二次侧极性智能检测装置，其检测方法包括以下步骤：

校验主机输出一次电流经过被测ct的一次回路，利用采集终端在被测ct的二次侧上采集被测ct的二次回路电流，生成第一录波文件并传输给管理机模块；

被测ct的一次回路电流经校验主机的内部ct送入采集录波模块，生成第二录波文件并传输给管理机模块；

管理机模块对第一录波文件和第二录波文件进行分析，并自动判断出被测ct极性的正确性。

进一步，通过交流电流源给被测ct通入aa的一次电流，起始相位为b°；

利用采集终端以预设采样频率对被测ct的二次回路电流进行采样，每毫秒从当前采样点向前取k个采样点计算二次电流有效值，并根据被测ct的变比折算至一次电流，当一次电流突变量为预设阈值时，从当前采样点向后取k个采样点，计算当前采样点一次电流的相位，如果相位在预设区间时，则判定被测ct的一、二次回路的极性为正极性，否则判定被测ct的一、二次回路的极性为负极性。

进一步，通过交流电流源给被测ct通入200a一次电流，起始相位为0°；

利用采集终端以10khz采样频率对被测ct的二次回路电流进行采样，每毫秒从当前采样点向前取200个采样点计算二次电流有效值，并根据被测ct的变比折算至一次电流，当一次电流突变量为时，从当前采样点向后取200个采样点，计算当前采样点一次电流的相位，如果相位在(90°，270°)区间时，则判定被测ct的一、二次回路的极性为正极性，否则判定被测ct的一、二次回路的极性为负极性。

进一步，还包括：判断被测ct变比的方法，具体为：

利用采集终端采集被测ct的二次回路电流；

被测ct的变比等于交流电流源的输出电流值与二次回路电流的比值。

本发明的有益效果：它不仅能够测试出二次侧回路的正确性，还能够给出最后的整改方案，使得整个检测更加的智能和方便，有效提高了试验效率，大大节约了试验时间。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明中采集终端的原理框图；

图3为本发明中采集模块的电路图；

图4为本发明中延迟测量时间同步算法的原理图。

图中：1、校验主机，1a、第一人机交互模块，1b、管理机模块，1c、采集录波模块，1d、交流电流源，1e、内部ct，1f、无线收发模块，2、被测ct，3、采集终端，3a、钳形互感器模块，3b、处理模块，3c、通信模块，3d、第二人机交互模块，3e、采集模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1本发明所述的机组变电站电流互感器二次侧极性智能检测装置，包括校验主机1和多个采集终端3。其中，所述采集终端3用于采集被测ct2的二次回路电流，生成第一录波文件并传输给管理机模块1b。

如图2所示，所述校验主机1包括第一人机交互模块1a、管理机模块1b、采集录波模块1c、交流电流源1d、内部ct1e和无线收发模块1f；所述管理机模块1b分别与第一人机交互模块1a、交流电流源1d、无线收发模块1f和采集录波模块1c连接；交流电流源1d输出电流经过内部ct1e一次侧之后与被测ct2并联；内部ct1e二次侧连接采集录波模块1c。

以下对校验主机1的各模块进行详细的说明：

(1)第一人机交互模块

用户的操作接口，用于配置测试方案、输入参数、测试过程监视、查看波形、查看测试报告等。本实施例中，第一人机交互模块1a包括液晶屏、键盘和单键飞梭；其中，液晶屏的型号为深圳市晶力泰科技有限公司的jlt10001a，键盘的型号为深圳市键特电子有限公司的m160hp，单键飞梭的型号为深圳市颖龙电子有限公司的luyee5000d。

(2)交流电流源

用于输出0～200a交流电流，本实施例中，交流电流源1d的型号为apex公司的mf111d。

(3)无线收发模块

用于管理机模块1b与外部环境之间通信的有线数据和无线数据的转换和控制。本实施例中，无线收发模块1f的型号为华为的me909s-821。

(4)采集录波模块

通过内部ct1e(即电流互感器)采集被测ct2一次回路电流，生成第二录波文件并传输给管理机模块1b。本实施例中，采集录波模块1c的型号为adi公司的ad7606。

(5)内部ct

用于将交流电流源1d输出的电流转换为采集录波模块1c可以处理的小电压，本实施例中，该内部ct1e的型号为adi公司的tbd-200a/3.53。

(6)管理机模块

用于完成所有后台功能，包括数据通信、数据分析、数据存储等。所述管理机模块1b用于分析同一次试验时的第一录波文件和第二录波文件，并判断出ct极性的正确性。

本实施例中，所述管理机模块1b的型号为康佳特科技有限公司的qa3/n2807。

(1)管理机模块1b通过无线收发模块1f与采集终端3进行通信，用于下传被测ct2二次回路电流启动定值、接收第一录波文件等。

(2)管理机模块1b与采集录波模块1c进行通信，用于下传被测ct2一次回路电流启动定值、接收第二录波文件等。

(3)管理机模块1b与交流电流源1d进行通信，用于启动/停止输出、设置输出电流等。

(4)管理机模块1b与第一人机交互模块1a进行通信，用户通过第一人机交互模块1a设置接线方式、启动定值、变比，查看录波文件、测试报告等。

如图2所示，所述采集终端3包括钳形互感器模块3a、处理模块3b、通信模块3c、第二人机交互模块3d和采集模块3e；所述钳形互感器模块3a与采集模块3e电连接；所述采集模块3e、通信模块3c和第二人机交互模块3d分别与处理模块3b电连接。

以下对各模块进行详细说明：

(1)钳形互感器模块

用于在不断开原有回路的情况下，将电流互感器二次回路电流转换为采集模块3e可以处理的小电压。

本实施例中，所述钳形互感器模块3a的型号为q8b-5，量程5a，变比2000:1。

(2)采集模块

用于采集电流互感器二次回路电流，生成第一成录波文件并传输给处理模块3b。

本实施例中，由于二次侧信号比较小，采集模块3e首先需要对所采集的数据进行放大处理。但二次侧信号经放大处理后，信号中有很多干扰高频信号，对数据处理有很多的干扰，会导致检测装置不能正确地判断出极性正确与否，故还需要对数据进行滤波处理。滤波器从工作频率上可以分为低通、带通和高通滤波器，从性能上可以继续将滤波器分为巴特沃兹、切比雪夫、贝塞尔等，本检测装置的一次侧通入的是工频50hz交流电，属于低频，变电站现场干扰主要是高频干扰，因此采用低通滤波器。同时，巴特沃兹滤波器具有良好的幅频特性，在实际中使用的最多，本实施例中，采集模块3e的滤波部分采用的是二阶巴特沃兹低通滤波器。采集模块3e对所采集的数据进行放大滤波处理之后，信号中的高频信号已基本被过滤。

电流互感器一次侧通入的是工频50hz信号，但是信号频率不是固定不变的，会产生一定的浮动，因此，本实施例针对信号频率变化设计了自适应频率跟踪算法，当频率变化时，也能够准确地采集数据，保证了数据采集的精度。自适应频率跟踪算法具体为：首先通过快速傅里叶变换对信号进行处理，计算出输入信号的频率fc，假设信号每个周期采样点数为n，所以每次采样点数频率间隔fc＝fc/n，当输入的频率发生变化为fc1，则每次采样点数频率变为fc1＝fc1/n，然后根据变化后的采样间隔频率调整a/d采样的间隔，从而保证每个周期内的采样点数相同，保证了采样的精度，不会因为频率变化导致一个周期内采样点数不够，影响了最终数据的准度。

如图3所示，本实施例中，所述采集模块3e的具体电路如下：采集模块3e包括航空插头、5倍衰减电路、两级放大电路和模数转换芯片，模数转换芯片型号为ad7606bstz。其中，5倍衰减电路包括电阻r3、电阻r4、电阻r7、电阻r8和模拟开关u1,电阻r8和模拟开关u1串联之后与电阻r7并联，再与电阻r3、电阻r4串联，电阻r3经电阻r2接地，电阻r3还经电阻r1接地。两级放大电路包括第一级放大电路和第二级放大电路，其中：第一级放大电路包括电阻r5、电阻r6、电阻r9、电容c1和运算放大器u2；电阻r5的一端接地，电阻r5的另一端经电阻r6与运算放大器u2的反相输入端连接；电容c1的一端与运算放大器u2的反相输入端连接，电容c1的另一端与运算放大器u2的输出端连接，电阻r9和电容c1并联。第二级放大电路包括电阻r10、电阻r11、电阻r12、电容c2和运算放大器u3；电阻r10的一端接地，电阻r10的另一端经电阻r11与运算放大器u3的反相输入端连接；电容c2的一端与运算放大器u3的反相输入端连接，电容c2的另一端与运算放大器u3的输出端连接，电阻r12和电容c2并联。本实施例中，所述电阻r3和电阻r4的阻值为2.2kω，电阻r7的阻值为200kω，电阻r8的阻值为1.1kω。所述电阻r5、电阻r6、电阻r10和电阻r11的阻值均为10ω，电阻r9和电阻r12的阻值均为15kω，电容c1和电容c2的容值均为3.3pf。

本实施例中，模拟开关的型号为adg541bcpz-rl7,其7脚经电容c14后接地，其6脚经电阻r13后接电源，其4脚经电容c3后接地。

本实施例中，所述模数转换芯片的型号为ad7606bstz，模数转换芯片的3脚经电阻r14接地，其4脚经电阻r15后接地，其5脚经电阻r16后接地，其6脚经电阻r17后接电源，其23脚经电容c12后接地，其42脚经电容c13脚后接地，其44脚和45脚的连接点经电容c11后接地，其39脚经电容c10后接地，其36脚经电容c9后接地，其1脚、37脚、38脚和48脚的连接点经电容c4后接地，电容c5与电容c4并联，电容c6与电容c5并联，电容c7与电容c6并联，电容c8与电容c7并联。模数转换芯片的33脚经电阻r18后接地，其25脚与电阻r19连接，其24脚与电阻r20连接。

(3)处理模块

用于完成相位计算和极性判断功能。

本实施例中，所述处理模块3b的型号为赛灵思公司的xc7z20-l1clg484i。

(4)第二人机交互模块

用户的操作接口，用于配置测试方案、输入参数、测试过程监视、查看波形、查看测试报告等。

本实施例中，所述第二人机交互模块3d包括按键及5寸显示屏。

(5)通信模块

用于处理模块3b与外部设备之间通信，包括有线数据和无线数据的转换和控制。

本实施例中，所述通信模块3c采用rs485接口芯片max3442的有线通信模块3c和型号为f8l10d-e-433的无线通信模块。

本发明所述的一种变电站电流互感器二次侧极性智能检测方法，采用如本发明所述的变电站电流互感器二次侧极性智能检测装置，其检测方法包括以下步骤：

校验主机1输出一次电流经过被测ct2的一次回路，利用采集终端3在被测ct2的二次侧上采集被测ct2的二次回路电流，生成第一录波文件并传输给管理机模块1b；

被测ct2的一次回路电流经校验主机1的内部ct1e送入采集录波模块1c，生成第二录波文件并传输给管理机模块1b；

管理机模块1b对第一录波文件和第二录波文件进行分析，并自动判断出被测ct2极性的正确性。

本实施例中，通过交流电流源1d给被测ct2通入aa(以下以200a为例进行说明)的一次电流，起始相位为b°(以下以起始相位为0°进行说明)；

利用采集终端3以预设采样频率(以下以10khz为例进行说明)对被测ct2的二次回路电流进行采样，每毫秒从当前采样点向前取k(以下以200为例进行说明，包括当前点)个采样点计算二次电流有效值，并根据被测ct2的变比折算至一次电流，当一次电流突变量为时，从当前采样点向后取200个采样点，计算当前采样点一次电流的相位，如果相位在(90°，270°)区间时，则判定被测ct2的一、二次回路的极性为正极性，否则判定被测ct2的一、二次回路的极性为负极性。

当判断出极性不准确时，还能够给出整改方案，比如：实际要求被测ct2的极性为正极性，但检测出的极性为负极性，此时只需要将被测ct2二次侧上的接线柱s1和接线柱s2上的电线互换一下即可。反之，当实际要求被测ct2的极性为负极性，但检测出的极性为正极性，此时也只需要将被测ct2二次侧上的接线柱s1和接线柱s2上的电线互换一下即可。

本实施例中，还包括：检测被测ct2变比的方法，具体为：利用采集终端3采集被测ct2的二次回路电流；被测ct2的变比等于交流电流源1d的输出电流值与二次回路电流的比值。设交流电流源1d的输出电流值为200a，设采集终端3采集到被测ct2的二次回路电流为1a，此时可以检测出该被测ct2的变比为200。本实施例中，内部ct1e还能够用于监测交流电流源1d所输出的电流值。

本实施例中，由于一次侧的校验主机1与二次侧的采集终端3采用无线传感网络进行连接，且判断方法需要比较一次侧正弦信号和二次侧正弦信号的相位，所以必须使得两侧的数据采集达到时间同步，才会使得比较有意义。

影响wsn时间不同步主要有两个原因：(1)各自计时器的晶振存在频率差异和不稳定；(2)wsn报文传输过程中的延迟。晶振对时间同步造成的影响主要是：首先不同的设备的晶振制作工艺存在差别，尽管晶振的频率相同，但是不同的晶振工作在不同的环境，实际情况不同，这就会导致时间出现偏移，最终导致时间的不同步。其次，一般采用的晶振价格便宜，稳定性不是很高，随着时间的变化，环境、温度等都在变化，会导致晶振的时钟频率发生变化，进而导致时间的不同步。

wsn报文传输过程中的延迟主要是发送延时、接收延时、传输延时、传播延时、物理层接收延时和上层接收延时。对于不同地点wsn时间同步，目前主要采用几种算法，主要是(1)rbs算法，(2)tpsn算法，(3)dmts算法等，rbs算法同步精度高，但是计算过于复杂，能耗太高，tpsn算法是分级双向同步方式，同步精度比rbs高，但是该算法也过于复杂，dmts算法采用分级广播式同步方式，该算法精度比rbs稍微低一点，但是计算相对简单同时能耗也相对低一点，本实施例中的同步算法主要采用dmts算法。

dmts算法有称为延迟测量时间同步算法，该算法主要是通过在发送端嵌入本地时间和报文一起发送出去，接收端接收到报文后计算出之间的传输时间延迟，最后接收端本地时间改为传输延迟时间与发送时刻之和即可。该算法计算简单，只需要广播一个带有时间报文即可完成wsn时间同步，能耗低，应用范围广泛，原理图见图4。