以太网输出到本装置，作为被测源信号。分流器的作用为:米用分流器传变一次侧系统的电流，输出电压值，相对于电磁式互感器的传变，分流器具有更好的带宽和线性度。合并单元用于对一次互感器传输过来的电气量进行合并和同步处理，并将处理后的数字信号按照特定格式转发给间隔层设备使用。
[0013]信号调理模块，把模拟电压信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号，信号调理简单的说就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号，是指利用内部的电路(如滤波器、转换器、放大器等…)来改变输入的讯号类型并输出。本发明的信号调理模块对分流器发送过来的标准源信号进行处理，抑制掉采样带宽外的无用信号分量。
[0014]现场可编程门阵列用于实现MAC子层完成以太网采样值和FT3采样值的接收，并精确标定采样值时标，获取被测源信号。MAC (Media Access Control,媒体访问控制)子层定义了数据包怎样在介质上进行传输。在共享同一个带宽的链路中，对连接介质的访问是“先来先服务”的。相对于以太网光纤信号收发器，现场可编程门阵列FPGA能够避免数据接收环节的时间抖动，并能从物理层精确确定时标，光纤信号收发器主要作为中间传输单元，接收光纤信号，对被测源信号进行实时的传输，但是并不能对被测源信号进行精确的处理。
[0015]高精度恒温晶振模块，系统的所有时序控制均基于高精度的恒温晶振作为时序基础，避免模数转换环节和数字量接收环节在时域上的误差带来的测试误差。
[0016]下面，对本装置的实施例和工作原理作进一步详细说明:
一次侧系统电流经过分流器转换成峰值1V以内的电压信号，供信号调理模块采集，经过信号调理模块调理后，能够使得采样频带范围外的无用信号大幅衰减。考虑到暂态电流分量的主要谐波范围，模数转换模块的采样率采用40KHZ，选用24位Σ - Λ架构高性能模数转换器ADS1271，以保证足够的带宽和精度获取真实的一次侧电流波形。模数转换模块的采样时序基于不低于5ppb的高精度恒温晶振控制，以减少因为时钟的误差和不稳定造成采样误差，进而引发测试结果的误差，所以，需要对标准源信号的每一次传输、每个采样值进行时标标定，保证测试的精确性。光纤信号收发器采用Agilent AFBR5803，现场可编程门阵列FPGA采用Xilinx的Spartan3系列产品XC3S1500，来实现合并单元MU的以太网采样值和FT3采样值接收，现场可编程门阵列FPGA同样基于上述高精度恒温晶振模块的恒温晶振，对每个采样值进行精确时间标定，现场可编程门阵列FPGA良好的时序控制能力能够将各个接收环节的时间抖动控制在纳秒级别。嵌入式微处理器采用Freescale公司的MPC8247，该处理器属于PowerQUICC II系列，包含一个基于PowerPC MPC603e的内核，和一个通信处理内核CPM。微处理器对标准源信号和被测量信号同时进行突变量判别，突变量的计算公式①如下:
Ai=I [ i(t) -1 (t-T) ] - [ i (t-T) -1 (t-2T) ] I ①，t为当前时刻，Γ为一个工频周波时间，即20ms。
[0017]突变量启动门槛hei取电子式电流互感器额定值的20%，当Ai > hei,并持续2ms时，判定为突变量发生。
[0018]对于标准源信号，记录突变发生时刻为?2，并从?7时刻开始，提取2个周波时间窗的波形，采用加窗的傅氏算法，尽可能的消除衰减直流和谐波分量对算法的影响，提取标准源信号基波相位07。同时，对标准源信号进行频率测量，以得到系统当前频率/。对于被测源信号，记录突变发生时刻为泛，并从t2时刻开始，提取2个周波时间窗的波形，同样采用加窗的傅氏算法，提取被测源信号基波相位Φ2。时间的补偿量通过公式②计算:At=(Φ2_Φ1)/2π/②，最终电子式电流互感器的暂态传变延时时间Td通过公式③计算即为:Td = t2 - tl - A t ③。
[0019]本测试装置对接收到的标准源信号和被测源信号，均进行突变量的实时判别，当发现突变量大于设置定值并持续2ms，即认为突变量发生。记录标准源信号突变时刻?2，并提取此时的基波相位0八系统频率/;记录被测源信号的突变时刻泛，并提取此时的基波相位由于标准源信号的采集和被测源信号的采集是基于各自的晶振控制，时间上必定是异步的，因而U时刻和泛时刻必定包含了采样异步时间；同时，由于数字量的离散化，标准源信号突变时刻的瞬时值和被测源信号突变时刻的瞬时值必定是有差异的，这种瞬时值的差异也同时反映到了 tl时刻和泛时刻的时间差上，特别是电子式电流互感器的瞬时值误差限值要求是10%，这种差异更是不可忽略。由于在时域上的任何差异必定是反映到相位上，本装置采用相位来对上述因素进行补偿修正，标准源基波相位Φ1和被测源基波相位Φ2的相位差并结合系统频率八即可得到时间的补偿量:Λ t= ( Φ2-Φ 1)/2 π/②，最终电子式电流互感器的暂态传输延时即为:Td=t2-tl-At③。
【主权项】
1.一种电子式电流互感器暂态传变延时时间测量装置，其特征在于:包括信号调理模块、光纤信号收发器、模数转换模块、高精度恒温晶振模块、现场可编程门阵列、微处理器和显示模块，信号调理模块的信号输入端用于输入标准源信号，信号调理模块的信号输出端通过模数转换模块连接现场可编程门阵列的第一信号输入端，现场可编程门阵列的第二信号输入端连接光纤信号收发器的发送端，光纤信号收发器的接收端用于连接被测源信号，现场可编程门阵列的信号传输端连接微处理器，微处理器连接显示模块，高精度恒温晶振模块分别连接模数转换模块、现场可编程门阵列和微处理器。
2.一种电子式电流互感器暂态传变延时时间测量方法，其特征在于:包括以下步骤: a:首先，通过信号调理模块采集电子式电流互感器一次侧系统始端暂态电流信号作为标准源信号，通过光纤信号收发器采集电子式电流互感器一次侧系统末端暂态电流信号作为被测源信号，并将标准源信号和被测源信号发送给现场可编程门阵列； b:微处理器对现场可编程门阵列传输的标准源信号和被测源信号进行实时的突变量判别，判别突变量的计算公式为=Ai= I [ i(t) -1(t-T) ] - [ i(t-T) -1(t-2T)]①， 其中，t为当前时刻，Γ为一个工频周波时间，突变量启动门槛hei取电子式电流互感器电流额定值的20%,当Λ i > Iset,并持续2ms时，判定为突变量发生； c:当电子式电流互感器一次侧系统发生突变时，微处理器记录标准源信号突变量发生时刻为并从?2时刻开始，提取2个周波时间窗的波形，采用傅氏算法，提取标准源信号基波相位为Φ1 ;微处理器记录被测源信号突变量发生时刻为泛，并从泛时刻开始，提取2个周波时间窗的波形，采用傅氏算法，提取被测源信号基波相位为02;同时，对标准源信号进行频率测量，得到系统当前频率/ ；d:根据公式②计算时间的补偿量J t, At= (Φ2-φ1)/2π/(2)； e:根据公式③计算电子式电流互感器的暂态传变延时时间Td, Td = t2 - tl - At?。
【专利摘要】本发明公开了一种电子式电流互感器暂态传变延时时间测量装置及测量方法，包括信号调理模块、光纤信号收发器、模数转换模块、高精度恒温晶振模块、现场可编程门阵列、微处理器和显示模块，信号调理模块的信号输入端用于输入标准源信号，信号调理模块的信号输出端通过模数转换模块连接现场可编程门阵列的第一信号输入端，现场可编程门阵列的第二信号输入端连接光纤信号收发器的发送端，光纤信号收发器的接收端用于连接被测源信号，现场可编程门阵列的信号传输端连接微处理器，微处理器连接显示模块，高精度恒温晶振模块分别连接模数转换模块、现场可编程门阵列和微处理器。
【IPC分类】G01R35-02
【公开号】CN104698421
【申请号】CN201410227561
【发明人】吴春红, 刘磊, 马伟东, 李雷, 罗海冰, 马建胜, 石光, 赵勇, 汤汉松
【申请人】国家电网公司, 国网河南省电力公司电力科学研究院, 江苏凌创电气自动化股份有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2014年5月27日