数控式变频电流互感器检定装置及方法与流程

本发明属于互感器检测，具体涉及一种数控式变频电流互感器检定装置及方法，尤其涉及一种利用高精度数控式变频电子源模块来检定电流互感器误差的装置及方法。

背景技术：

1、电流互感器检定装置初始由互感器校验仪，电流标准，升流器，调压器组成，电流标准和升流器体积大，分量重，携带运输不便，虽然测试精度高，重复性好，但在现场环境检定中效率低。因此便携式电流现场检定装置在上世纪90年代由国内研制出，采用电压校准电流，由导纳外推的方法来检定电流互感器的误差。但是，已研制的现场检定装置目前仍存在以下问题：

2、(1)重量仍然比较重。虽然比初始检定装置方便许多，但是其内部依然存在许多电压互感器线包作为标准互感器，往往达不到便携式的目的；

3、(2)重复性较差。对于电流互感器1匝穿心偏心时，只要铁芯不局部饱和，对误差的影响较小，而对于电压互感器1匝偏心时，感应电动势可能变化较大，从而影响测得的误差，重复测量导致数值偏差较大；

4、(3)抗干扰能力弱。1匝感应电动势的测试，容易受周围电磁场的干扰，影响测比值误差补偿值的准确度，导致误差测试结果不够准确。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明的目的在于，提供一种数控式变频电流互感器检定装置，旨在解决现有电流互感器现场检定装置中存在的重量重、重复性差、抗干扰能力弱的技术缺陷。

2、本发明的另一目的在于，提供一种数控式变频电流互感器检定方法，旨在克服现有电流互感器现场检定方法容易受周围电磁场干扰，导致误差测试结果不够准确的缺陷以及无法实现一键测量的技术问题。

3、为了达到上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：

4、数控式变频电流互感器检定装置，包括被试电流互感器，以及：

5、控制模块，根据被试电流互感器的参数向数控式变频电子源模块发出提供测量信号所需的直流电压或交流电压的控制指令，以及向数据采集模块发出同步采样的控制指令，同时读取数据采集模块发送的采集数据经处理后获得被试电流互感器的误差；

6、隔离保护模块，与所述被试电流互感器的一次侧相接，用于将被试电流互感器一次侧的电压数据控制在可采集的范围内；

7、数控式变频电子源模块，接收所述控制模块发出的控制指令，向被试电流互感器输出测试所需的二次侧直流电压或交流电压，同时向数据采集模块输出用于转换为方波触发信号的正弦波信号；

8、数据采集模块，接收所述控制模块发出的控制指令同时接收数控式变频电子源模块输出的正弦波信号，并将此正弦波信号转换为触发采集时的方波触发信号，以保持同步采样被试电流互感器一次侧的电压数据，并将采集的电压数据上传至控制模块内。

9、进一步的，所述隔离保护模块包括：

10、熔断模块，与所述被试电流互感器的一次侧相接，用于保护整个测量线路；

11、电信号转换模块，与所述熔断模块相接，用于将一次侧电压信号转换为电流信号；

12、隔离线包，所述隔离线包的一次端与电信号转换模块相接，用于将电流信号按比例控制在设定范围内；

13、取样电阻，与所述隔离线包的二次端相接，用于将电流信号转换成取样的一次侧电压信号。

14、优选地，所述隔离线包的变比为1/500。

15、更进一步的，所述数控式变频电子源模块包括：

16、d/a转换模块，与控制模块相接，接收控制模块根据被试电流互感器的参数所提供的直波信号或初始方波信号，并将其所述直波信号转换为模拟量直波信号后作为测试所需的直流电压信号以及将其所述初始方波信号转换为正弦波信号后作为测试所需的交流电压信号，与此同时，该正弦波信号还将输入至数据采集模块内；

17、稳压模块，与所述d/a转换模块相接，为d/a转换模块提供基准电压；

18、第一模拟滤波模块，与所述d/a转换模块相接，用于输出去除杂波后的模拟量直波信号和正弦波信号；

19、相位调节模块，与所述第一模拟滤波模块相接，用于调节经第一模拟滤波模块输出的正弦波信号的相位与初始相位保持一致；

20、反馈调节模块，与所述相位调节模块相接，用于降低因电路温度升高造成的温漂影响，保持输出信号的稳定；

21、功率放大模块，与所述反馈调节模块相接，用于获得测试所需的幅值、频率满足要求的交流电压信号；

22、压流转换模块，与所述第一模拟滤波模块相接，用于接收模拟量直波信号后输出测试所需的直流电压信号。

23、较佳地，所述数控式变频电子源模块输出的交流电压信号的频率为5-60hz。

24、再进一步的，所述数据采集模块包括：

25、信号放大模块，与所述取样电阻相接同时接收数控式变频电子源模块发出的正弦波信号，用于将被采集电压信号与正弦波信号进行放大并保证信号波形不失真；

26、第二模拟滤波模块，与所述信号放大模块相接，用于去除信号放大过程中的携带的杂波；

27、分频器模块，与所述第二模拟滤波模块相接同时与锁相环模块相接形成为一组合体，用于将输入至信号放大模块中的正弦波信号转换为触发采集时的方波触发信号；

28、数模转换模块，与所述分频器模块相接还同时接收方波触发信号和被试电流互感器的电压数据，用于当方波触发信号触发发生时，采集被试电流互感器一次侧的电压数据；

29、数字滤波模块，与所述数模转换模块相接，用于去除经数模转换模块采集并转换后的电压数据中的高次谐波。

30、更优的，所述当方波触发信号触发发生时，采集被试电流互感器一次侧的电压数据，具体为：触发方式为方波触发信号的上升沿进行触发，上升沿触发后，数模转换模块做第一次采集，第一次采集后经过当前频率1/4周期后做第二次采集，两次采集结果经数模转换模块解算，求得当前变比下的比值差和相位差。

31、另外，本发明公开的数控式变频电流互感器检定装置，还包括有：

32、上位机，内置有指令输入模块和显示屏，利用rs232通讯模块或usb通讯模块与控制模块相接，并发送控制指令给控制模块，同时读取控制模块内的测量数据后显示被试电流互感器的误差。

33、此外，本发明还提供了数控式变频电流互感器检定方法，包括以下步骤：

34、首先，通过液晶屏输入被试电流互感器的相关参数，如变比，额定负荷，下限负荷与额定功率因数；

35、然后，控制模块根据参数控制数控式变频电子源模块输出直流电流，测得被试电流互感器二次绕组直流电阻r；

36、进一步，控制模块根据参数控制数控式变频电子源模块对被试电流互感器二次绕组输出交流电压，升压至额定电流5％相对应的二次感应电动势下，测量一次侧电压确定变比正确与否，并根据公式(5)得出被试电流互感器二次绕组总阻抗z02：

37、z02＝r+z           (公式5)

38、式中z为输入被试电流互感器的额定负荷或下限负荷，r为被试互感器二次绕组直流电阻；

39、接着，继续升压至被试电流互感器二次绕组最大磁导率处,该处电压最高且误差和导纳最小，可以最真实的反应被试互感器的空载误差，根据公式(6)和公式(7)计算试电流励磁导纳y1和互感器空载误差εk：

40、y1＝g1+jb1             (公式6)

41、式中，g1为被试电流互感器电导，b1为被试互感器电纳；

42、εk＝fk+jδk              (公式7)

43、式中，fk为被试电流互感器在最大磁导率处的幅值误差，δk为被试电流互感器在最大磁导率处的相位误差；j在复数函数中代表虚数，是虚数符号；

44、通过测量一次侧电压计算试电流互感器空载误差εk和励磁导纳y1，取空载误差εk的实部fk与励磁导纳y1的实部g1，根据公式(8)计算幅值误差补偿值:

45、δf＝fk+rg1               (公式8)

46、进一步，装置分别在额定负荷和下限负荷相应额定电流1％、5％、20％、100％、120％下，即在相应二次感应电动势下，测试导纳y2并按照公式(9)计算出被试电流互感器相应在额定负荷和下限负荷下的幅值误差与相位误差:

47、ε＝-z02y2+δf＝f+jδ        (公式9)

48、式中f为被试电流互感器额定负荷和下限负荷下的幅值误差，δ为被试电流互感器额定负荷和下限负荷下的相位误差；

49、最终，控制模块通过rs232通讯模块向液晶屏传递被试电流互感器误差，也可通过usb通讯模块或者rs232通讯模块，在上位机上读取控制模块测得的数据。

50、本发明的有益效果：

51、该发明采用数控变频式电子源模块来取代互感器现场检定装置内附标准线包，在检定过程中由数控变频式电子源模块提供测量信号，有效减轻了仪器重量，减小了体积，更加方便现场作业。

52、数控式变频电子源模块采用高精度d/a芯片使电子源的精度得以保证，反馈调节模块能够很好的解决功率放大器模块件长时间运行，温度升高发生温漂导致输出信号不稳定的问题；而数控式变频电子源模块的变频功能可以使检测装置在测试现场复杂的电磁干扰中，避免受基频杂波的干扰，输出的信号更加稳定，同时也可以提高测试时的电压，提高其测量准确度。

53、该发明采用了隔离保护技术，被试电流互感器的电压反馈信号经熔断模块后再经过电信号转换模块被转换为电流信号，若电压过大，则熔断模块断路，保护设备，然后电流信号进入隔离线包，幅值变为原信号的1/500，可有效的保护数据采集处理模块。

54、在该发明中，数据采集处理模块使用24位高精度、可编程、同步采集数据采集芯片，用以采样被试电流互感器输出信号；而且数字滤波滤波采用高频数字信号处理芯片，能够有效改善由限取样率引起的频率响应、相位响应、噪声相应、带宽扩展等，对数模转换后的数据流进行数字滤波既可以使用有限冲激响应滤波，也可以使用无限冲激响应滤波，对数据进行插值抽样，相较于模拟滤波，可以对数据进行点对点分析，所得到的的数据也更加精准，使得测量结果更加准确。