一种光学电流互感器测试系统的制作方法

本实用新型涉及电力设备测试技术领域，尤其涉及一种光学电流互感器测试系统。

背景技术：

对于数台中小型发电机机端共母线的接线方式，也称“多机一变”，扩大单元接线方式，一般采用基波零序电压原理、三次谐波电压原理或外加电源注入式原理的定子接地保护均无选择性。一机一变单元接线的大中型机组采用上述原理的接地保护也同样无法实现无选择性。

针对上述问题，为解决发电机定子接地故障无选择性的问题，现有技术手段有：零序方向法、高次谐波法、行波法、小波变换法等，需要实现这些方法有一个重要前提，即需准确测量零序电流。然而，对于不接地、经高阻接地或经接地变二次负载电阻接地的发电机机组系统，由于单相接地故障时零序电流很小，一次值一般小于10a，与被保护设备的额定电流(一般500a～10000a)相比小很多，所以难以实现准确测量。目前，零序电流一般采用常规电磁式穿芯电流互感器测量，它具有结构简单、安装方便等优点。鉴于上述情况，采用电磁式穿芯电流互感器测量零序电流与零序电压构成的基波零序方向法在现场工程得到推广和应用，但电磁式穿芯电流互感器对零序电流测量依旧存在不足和问题，主要因为：(1)需从大负荷电流中检测出小零序电流，难度较大。如四川深溪沟电站机组容量165mw，额定电压15.75kv，额定电流6720a，而发电机定子绕组发生单相接地故障时零序电流最大值仅为8.98a，占额定电流比值为1.33％，若考虑距中性点10％位置发生金属性接地故障，此时占比将缩小10倍，即0.133％；(2)电磁式穿芯电流互感器测量受三相导体不对称排布影响大。以上两个方面都大大降低零序方向接地保护的性能，导致具有选择性功能的接地保护效果差，甚至无法实现选择性。

鉴于以上存在的不足，专利《zl201720715994.4+一种基于光学电流互感器的零序方向接地保护系统》研究一种基于光学电流互感器的零序方向接地保护系统及其实现方法，该系统可准确测量小电流、不受导体空间布置以及磁场不平衡影响。近些年，基于光学电流互感器的零序方向定子接地保护已在现场逐渐推广应用，运行效果良好。

光学电流互感器的零序方向定子接地保护能准确测量大负荷电流下零序小电流，同时不受通流导体空间位置布置影响，但这些均需对光学电流电流互感器进行专业设计及制作，以及需在厂内测试时对其进行详细完备的性能测试，其中重要测试内容为大负荷电流工况下零序小电流的准确测量，以及需检测其是否受通流导体空间位置的影响。在现有测试平台中，一般仅采用继保测试仪进行简单电流测试，提供的三相电流一般小于40a，而现场扩大单元接线发电机组一般能提供的三相电流一般为几千至上万安培电流，因此现有测试平台无法满足光学电流互感器的大负荷电流工况叠加零序小电流的性能测试，因此亟需专业、可靠的测试系统及试验方法，提高测试的快速性和准确性，本案正是基于光学电流互感器的性能测试需求产生。

技术实现要素：

本实用新型的目的就在于提供一种能够解决上述问题，能真实模拟实际现场三相通流导体的空间位置排布，实现光学电流互感器在大负荷电流中叠加零序小电流时的性能测试的光学电流互感器测试系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种光学电流互感器测试系统，包括测试系统和被测光学电流互感器，所述测试系统包括供电单元、故障设置单元、通流导体单元、阻抗设置单元及检测单元，所述供电单元为三相对称电压源，其输出端连接故障设置单元的输入端，所述故障设置单元内的三相回路分别经开关接地，其输出端连接通流导体单元的输入端，所述通流导体单元的输出端连接阻抗设置单元，所述检测单元采集供电单元的各电压量，同时接收被测光学电流互感器中采集单元的电流信号，并向故障设置单元的开关发送开关控制信号。

作为优选，所述检测单元包括cpu、dsp、低通滤波和a/d采样等模块，所述低通滤波接收供电单元的三相电压信号，并经a/d采样模块发送至dsp模块，所述dsp接收被测光学电流互感器送出的电流信号，并向故障单元发送开关控制信号，所述cpu与dsp双向连通，所述cpu上接有液晶显示模块。

作为优选，所述阻抗设置单元由三相负载阻抗和三相接地电阻构成。

作为优选，所述阻抗设置单元中三相负载阻抗参数可调整，阻值优选范围为(0～1000)ω，所述三相接地电阻参数可调整，阻值优选范围为(0～1000)ω。

作为优选，所述供电单元额定电压参数可调整，优选范围为380v～35kv。

作为优选，所述故障设置单元优选设置为单相接地短路故障。

作为优选，所述通流导体单元由空间位置可灵活调整的三相导体及安装支架构成，所述三相导体通过安装支架呈三相等间距平行排布或三角形排布。

作为优选，所述被测光学电流互感器由依次连接的采集单元、传输光缆和一次传感单元组成，所述采集单元用于提供光源并计算出一次电流，同时将计算出的一次电流传输给检测单元，所述一次传感单元包括波片、传感光纤、反光镜、绝缘骨架和光纤固定盒，所述传输光缆的始端连接采集单元，尾端连接一次传感单元，所述被测光学电流互感器一次传感单元的绝缘骨架环套在所述通流导体单元的外部。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)本系统通过调节供电单元以及阻抗设置单元参数，可提供几千至上万安培的负载电流，能灵活模拟大负荷电流工况。通过故障设置单元设置接地故障，模拟不接地电网系统发生单相接地故障，使得系统产生零序小电流。再通过检测单元、被测光学电流互感器的测量，实现光学电流互感器的不同负荷电流中叠加零序小电流的性能测试。相比常用测试平台仅能提供40a以下的负载电流，提供的大负荷电流以及模拟单相接地故障时的零序小电流，能更好的与工程实际相吻合。

(2)通过改变通流导体单元中三相导体的空间位置，如将三相导体平行布置或三角形布置，能很好的模拟与各实际工程相一致的三相导体空间位置，实现三相导体不同位置时对被测光学电流互感器性能影响的测试。

(3)相比以往的测试平台，该测试系统及测试步骤简单可靠，自动化程度高，当完成被测光学电流互感器测试时，能够在检测单元中显示，适用于光学电流互感器的出厂测试和故障检修，易于在类似应用场合推广。

附图说明

图1是一种光学电流互感器测试系统示意图；

图2是通流导体单位中三相导体采用平行排布方式示意图；

图3是通流导体单位中三相导体采用三角形排布方式示意图；

图4是检测单元硬件结构示意图。

图中：1、采集单元；2、输出光缆；3、一次传感器单元；4、波片；5、传感光纤；6、反光镜；7、绝缘骨架；8、光纤固定盒；a、三相变压器；b、三相导体；c、安装支架。

具体实施方式

下面将对本实用新型作进一步说明。

实施例1：参见图1至图4，一种光学电流互感器测试系统，包括测试系统和被测光学电流互感器，所述测试系统包括供电单元、故障设置单元、通流导体单元、阻抗设置单元及检测单元，所述供电单元为三相对称电压源即三相变压器a，额定电压范围参数可调整，优选范围为380v～35kv，其输出端连接故障设置单元的输入端，所述故障设置单元用于模拟短路故障，其三相回路分别经开关cb1～cb4接地，其输出端连接通流导体单元的输入端，所述通流导体单元的输出端连接阻抗设置单元，所述检测单元采集供电单元的各电压量，同时接收被测光学电流互感器中采集单元的电流信号，并向故障设置单元的开关发送开关控制信号。

所述检测单元包括cpu、dsp、低通滤波和a/d采样等模块，所述低通滤波接收供电单元的三相电压信号，并经a/d采样模块发送至dsp模块，所述dsp接收被测光学电流互感器送出的电流信号，并向故障单元发送开关控制信号，所述cpu与dsp双向连通，所述cpu上接有液晶显示模块，所述dsp实现模拟量采样、被测光学电流互感器电流信号接收、控制开关信号发送以及与cpu间的通讯，cpu主要实现dsp信号接收以及液晶显示功能。所述检测单元实时接收被测光学电流互感器测得的零序小电流，与理论计算的零序电流进行比较，若幅值和相位均满足误差要求，则判定被测光学电流互感器为合格产品，否则为不合格。

所述阻抗设置单元由三相负载阻抗rl和三相接地电阻r构成，所述三相负载阻抗rl参数可调整，阻值优选范围为(0～1000)ω，所述三相接地电阻r参数可调整，阻值优选范围为(0～1000)ω,所述供电单元额定电压参数可调整，优选范围为380v～35kv。本系统通过调节供电单元以及阻抗设置单元参数，可提供几千至上万安培的负载电流，能灵活模拟大负荷电流工况。

所述故障设置单元优选设置为单相接地短路故障。通过故障设置单元设置接地故障，模拟不接地电网系统发生单相接地故障，使得系统产生零序小电流。

所述通流导体单元由空间位置可灵活调整的三相导体b及安装支架c构成，能调整三相导体b相对的位置的支架很容易实现，例如采用三个安装支架分别固定三相导体，通过调整三个支架的相对位置即可调整三相导体b的相对位置，本申请仅需要三相导体b的相对位置能够调整即可，不限于其安装支架c的具体结构保护，所述三相导体b通过安装支架c呈三相等间距平行排布或三角形排布，如附图2和附图3。能通过改变通流导体单元三相导体的空间位置，模拟在工程实际中三相导体不同位置时对被测光学电流互感器测量性能的影响。

所述被测光学电流互感器由采集单元1、传输光缆2与一次传感单元3依次连接形成，所述采集单元1用于提供光源并计算出一次电流，同时将计算出的一次电流传输给检测单元，所述传输光缆2的始端连接采集单元1，尾端连接一次传感单元3，所述一次传感单元3包括波片4、传感光纤5、反光镜6、绝缘骨架7和光纤固定盒8。被测光学电流互感器一次传感单元的绝缘骨架7环套在所述通流导体单元的外部，即所述通流导体单元同时穿过所述光学电流互感器一次传感单元的绝缘骨架7内。

一种光学电流互感器测试方法，测试步骤如下，

步骤1，根据被测光学电流互感器的额定电流参数，设置所述供电单元电压等级及所述阻抗设置单元中三相负载阻抗、三相接地电阻的参数，选择需要测试的故障类型，并将上述参数输入至检测单元中；

步骤2，检测单元根据步骤1中参数，计算此时供电单元的零序电压向量计算流过所述通流导体单元的零序电流相量零序电流幅值im，以及零序电流相量与零序电压量的相角差δm；

步骤3，完成测试系统与待测的光学电流互感器的连接；

步骤4，启动供电单元，为系统提供三相电源；

步骤5，启动检测单元的检测功能，由检测单元下发开关合闸信号至故障设置单元中的开关，设置所需的故障类型；

步骤6，检测单元采集供电单元的零序电压同时接收被测光学电流互感器的电流信号计算其幅值im′，计算电流信号与零序电压的相角差δm′，并判定是否合格，

若满足式(1)则判被测光学电流互感器性能合格，否则为不合格；

|im′-im|≤α或且

|δm′-δm|≤θ或(1)

式中：α小于0.5a，β小于2.5，θ小于2度，小于2.5；

步骤7，测试系统完成测试后，检测单元实时显示测试结果，断开供电单元，同时断开故障设置单元中开关。

现以具体参数为实例进一步说明：

供电单元中变压器容量sn为150kva，一次额定电压un为400v，二次额定电压20v，变比k为400v/20v，二次额定电流4330a，阻抗设置单元中zl为1ω，r＝3.333ω，忽略其他电阻阻值。三相通流导体为铜排，且采用三相等间距、平行排布，如图2所示，定义光学电流互感器正极性靠近供电单元侧。在检测单元中设置故障类型为a相单相接地故障。

检测单元根据上述参数及故障类型计算零序电流幅值及其与零序电压的相角差，计算a相单相接地时零序电压、零序电流，

计算零序电流与零序电压相角差δm＝0°。

启动供电单元，为系统提供三相电源；启动检测单元的检测功能，由检测单元下发开关合闸信号至故障设置单元中的开关cb1、cb4，模拟系统a相单相接地故障。

检测单元采集供电单元的零序电压量，同时接收待测的光学电流互感器的电流信号，计算电流信号幅值im′＝1.150a，以及电流信号与零序电压量的相角差δm′＝0.5°。

根据式(1)计算误差情况，

|im-im′|＝|1.154-1.150|＝0.004≤0.5a；

|δm′-δm|＝|0.5-0|＝0.5°≤2°；

因此判定被测光学电流互感器性能测试合格。

同理调整通流导体位置，采用三角形排布方式，如图3所示，同样进行上述步骤及性能测试，在此不再赘述。

以上对本实用新型所提供的一种光学电流互感器测试系统进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对本实用新型的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。