一种带自校准功能的电子式互感器及其自校准方法
【专利摘要】本发明提供一种带自校准功能的电子式互感器，包括传感头、信号处理单元、合并单元、标准直流电源、多路开关、控制单元和校准模块：所述标准直流电压源用于在校准模式下输出已知幅度和相位的标准信号；所述多路开关用于在所述传感头和所述标准直流电压源之间进行切换；所述控制单元用于控制所述多路开关切换至所述标准直流电压源侧；所述校准模块用于在所述电子式互感器校准模式下，将所述合并单元计算得到的标准源被测值与标准源理论值进行对比，得到所述电子式互感器的比差和角差值，实现电子式互感器的自校准功能和/或判断所述信号处理单元中的采集电路工作是否正常。
【专利说明】
一种带自校准功能的电子式互感器及其自校准方法
技术领域
[0001]本发明涉及电气测量领域，特别涉及一种带自校准功能的电子式互感器及其自校准方法。
【背景技术】
[0002]在国家电网公司大力推进智能电网建设的大背景下，电子式互感器不同于传统的电磁式互感器，大量集成电子电路，采用光纤传输信号，并且具有绝缘成本低，体积小特点，以其数字化、智能化的巨大优势得到一定的发展，适应了智能电网发展潮流，目前在国网公司大力支持下已经大量挂网试点运行并处在实用化发展阶段，希望取代传统电磁式互感器。不过，就目前电子式互感器的应用情况来看，电子式互感器经常出现故障及超差，其稳定性以及可靠性仍有待改进。因此需要对电子式互感器的运行状态进行在线监测。目前电子式互感器的检定和传统互感器一样，都需要停电后进行，并且需要周期检定，这种周期性的停电检定的模式逐渐不适应当前电网发展方向，对运维工作带来诸多不便，同时也对电网运行造成一定的风险。
[0003]目前，互感器的误差校准一般都是通过与标准互感器进行比对完成，一般都需要停电进行，采用升流升压装置与标准互感器配合进行。但是在实际变电站运行后，安排停电检修计划时间较紧，不能按照周期进行检定，给电网运行和计量计费带来一定的风险。
[0004]另外，电子式互感器误差特性在线对比和校准方法，目前都是采用一套或两套电磁式互感器作为参考标准，需要额外的标准设备同时在线运行。
【发明内容】
[0005]鉴于上述问题，提出了本发明，以便提供一种克服上述问题或至少部分地解决上述问题的一种带自校准功能的电子式电流互感器及其自校准方法。
[0006]根据本发明的一个方面，提供一种带自校准功能的电子式互感器，包括传感头、信号处理单元和合并单元，其特征在于，还包括标准直流电源、多路开关、控制单元和校准模块:
[0007]所述传感头用于在所述电子式互感器正常工作模式下输出工作信号；
[0008]所述标准直流电压源作为标准源，用于在所述电子式互感器校准模式下输出已知幅度和相位的标准信号；
[0009]所述信号处理单元用于对所述传感头或所述标准直流电压源输出的信号进行处理和转换，并发给所述合并单元进行计算或比对；
[0010]所述多路开关用于根据所述控制单元发来的控制信号，在所述传感头和所述标准直流电压源之间进行切换；
[0011]所述控制单元用于根据所述合并单元或远程发来的控制指令，控制所述多路开关切换至所述标准直流电压源侧；
[0012]所述合并单元用于对接收的信号进行计算或比对，以及与后续的测量装置或控制装置进行通信；
[0013]所述校准模块用于在所述电子式互感器校准模式下，将所述合并单元计算得到的标准源被测值与标准源理论值进行对比，得到所述电子式互感器的比差和角差值，实现电子式互感器的自校准功能和/或判断所述信号处理单元中的采集电路工作是否正常。
[0014]进一步的，所述电子式互感器还包括操作面板，所述操作面板用于设置选定所述电子式互感器的工作模式以及显示校准结果。
[0015]进一步的，所述校准模块和所述操作面板集成在所述合并单元中。
[0016]进一步的，所述传感头、标准直流电压源、信号处理单元、多路开关和控制单元位于所述电子式互感器的高压侧;所述合并单元、校准模块和操作面板位于所述电子式互感器的低压侧。
[0017]进一步的，所述信号处理单元包括数据采集、A/D转换、滤波处理、光电转换和数据发送，所述光电转换用于将进入信号处理单元的光信号转变为电信号进行处理，以及将处理后的电信号转换成光信号发送给所述合并单元。
[0018]进一步的，所述多路开关为程控开关。
[0019]进一步的，在所述电子式互感器运行在正常工作模式时，所述多路开关与所述传感头侧连通，由所述传感头采集信号，经过所述多路开关和信号处理单元传输至所述合并单元，再由所述合并单元进行数据计算，所述标准直流电压源处在待机状态，不输出任何信号；
[0020]在所述电子式互感器运行在校准模式时，所述多路开关断开与所述传感头的信号并切换至所述标准直流电压源侧，所述标准直流电压源由所述控制单元控制，输出已知幅值和相位的信号作为标准信号源，也作为电子式互感器待测信号源，经过所述信号处理单元13、合并单元21进行处理计算得到被测值，通过所述校准模块将被测值与标准信号的标准值进行对比，得到电子式互感器的比差和角差值，并在所述操作面板上显示比差和角差等校准结果，根据需要决定是否将比差和角差值补偿给所述合并单元，实现电子式互感器的自校准功能。
[0021 ]进一步的，所述标准直流电压源采用屏蔽措施和恒温措施保证准确度要求和稳定性要求。
[0022]进一步的，所述屏蔽措施为双层屏蔽结构，在高压侧包裹较厚的铁壳以及在相应电路板上包裹铁皮;所述恒温措施采用温度传感器，监测所述标准直流电压源所处的环境温度，并将环境温度恒定在40 0C -50 0C。
[0023]根据本发明的另一方面，提供一种电子式互感器的自校准方法，所述方法包括如下步骤:
[0024]合并单元获取用户选定的电子式互感器的工作模式，并根据工作模式向控制单元发送控制指令，控制多路开关在传感头端或标准直流电压源端的信号切换，在正常工作模式下，多路开关与传感头侧接通;在校准模式下，多路开关与标准直流电压源侧接通；
[0025]信号处理单元对接入的传感头工作信号或者标准直流电压源的标准信号进行处理和转换后，输入给合并单元；
[0026]所述合并单元根据选定的工作模式进行不同的处理、计算和输出。
[0027]本发明不需要额外的电磁式互感器作为标准设备就可以实现电子式互感器在不断电的情况下进行在线校准功能，有效提升电网的运行效率和运维水平。
【附图说明】
[0028]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本发明一种实施例的带自校准功能的电子式互感器原理示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面将参照附图更详细的描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明，而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能更透彻的理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0031]普通电子式互感器主要是由附图1中虚线上方的器件组成，包括传感头11、信号处理单元13和合并单元21组成，本发明实施例的带自校准功能的电子式互感器与普通电子式互感器相比，电子式互感器高压侧10还包括标准直流电源12、多路开关14和控制单元15，合并单元21还包括互感器校验模块212，进而能够实现电子式互感器的自校准功能，建立了一套带自校准功能的电子式互感器，极大推动电子式互感器的应用发展。
[0032]根据本发明的一个方面，如图1所示，提供一种带自校准功能的电子式互感器，包括电子式互感器高压侧10和电子式互感器低压侧20，其中，电子式互感器高压侧10包括互感器的传感头11、标准直流电压源12、信号处理单元13、多路开关14和控制单元15，传感头11用于在电子式互感器正常工作模式下输出工作信号;标准直流电压源12，作为电子式互感器自校准功能的校准源(标准源)，用于在电子式互感器校准模式下输出已知幅度和相位的标准信号，标准信号针对不同的设备有不同的已知幅度和相位，其值是固定值;信号处理单元13用于对传感头11或标准直流电压源12输出的信号进行处理和转换，并发给合并单元21进行计算或比对;多路开关14用于根据控制单元15发来的控制信号，在传感头11和标准直流电压源12之间进行切换，将传感头11端或标准直流电压源12端的输出信号接入到信号处理单元13中，进行信号处理转换，多路开关14为程控开关;控制单元15用于根据合并单元21或远程发来的控制指令，控制多路开关14切换至标准直流电压源12侧，断开传感头11侧的信号并使标准直流电压源12的信号接入到信号处理单元13、合并单元21中进行处理计算，实现电子式互感器自校准功能。
[0033]信号处理单元13用于对传感头11端或标准直流电压源12端接入的信号数据进行处理和转换，具体包括数据采集、A/D转换、滤波处理、光电转换和数据发送，光电转换用于将进入信号处理单元13的光信号转变为电信号进行处理，以及将处理后的电信号转换成光信号发送给合并单元21。
[0034]电子式互感器低压侧20包括合并单元21，合并单元21用于对接收的信号进行计算或比对，以及与后续的测量装置或控制装置进行通信。合并单元21包括操作面板211和校验模块212，操作面板211用于设置选定电子式互感器的工作模式和显示校准结果，可允许用户现场手工设置或远程设置，工作模式有两种，即电子式互感器的正常工作模式或校准模式;校验模块212用于在电子式互感器校准模式下，将合并单元21计算得到的标准源被测值与标准源理论值进行对比，得到电子式互感器的比差和角差值，实现电子式互感器的自校准功能，也可以判断信号处理单元13中的采集器是否工作正常。校验模块212提供互感器数据校准的平台，能够根据合并单元21测量值与已知的标准值计算得到互感器误差结果。
[0035]日常运行中，电子式互感器运行在正常工作模式下，功能与普通电子式互感器一致，多路开关14切换到传感头11侧，由传感头11采集信号，经过多路开关14和信号处理单元13，再由合并单元21进行数据计算，标准直流电压源12处在待机状态，不输出任何信号;在需要校准时，电子式互感器运行在校准模式下，多路开关14断开与传感头11的信号并切换至标准直流电压源12侧，标准直流电压源12由控制单元15控制，输出已知幅值和相位的信号作为标准信号源，也作为电子式互感器待测信号源，经过电子式互感器的信号处理单元13、合并单元21进行处理计算得到被测值(即实际的测量值)，通过校准模块212将被测值与标准信号源的理论值(即标准信号的标准值)进行对比，计算出误差，得到电子式互感器的比差和角差值，合并单元的操作面板上显示电子式互感器的比差和角差等校准结果，根据需要决定是否将比差和角差值补偿给合并单元，实现电子式互感器的自校准功能。
[0036]此外，为满足较高的准确度要求和稳定性要求，标准直流电压源12采用较好的屏蔽措施和恒温措施，以保证较高的准确度，比如采用双层屏蔽结构，即在高压侧包裹较厚的铁壳以及在相应电路板上包裹铁皮实现教好的屏蔽措施，使标准源在高压大电流电磁环境中具有较强抗扰性能;又比如使用温度传感器，监测标准直流电压源12所处的环境温度，并将环境温度恒定在40°C-5(TC，使标准源在高压大电流电磁环境中具有较强恒温特性。
[0037]作为上述实施例的进一步改进，标准直流电压源、多路开关和控制单元集成在电子式互感器的高压侧，操作面板和校验模块集成在电子式互感器低压侧的合并单元中。
[0038]作为上述实施例的进一步改进，电子式互感器在正常测量时，可实现定期或者远程控制其进行校准，控制信号处理控制单元的采集电路对标准直流源信号进行测量，与其理论值进行比对，判断电子式互感器信号处理单元中的采集电路工作是否正常。
[0039]根据本发明的另一方面，基于上述原理，提供了一种电子式互感器的自校准方法，由于原理与上述实施例对应，在此不再赘述。自校准方法包括如下步骤:
[0040]合并单元获取用户选定的电子式互感器的工作模式，并根据工作模式向控制单元发送控制指令，控制多路开关在传感头端或标准直流电压源端的信号切换。在正常工作模式下，多路开关与传感头侧接通;在校准模式下，多路开关与标准直流电压源侧接通。
[0041]信号处理单元对接入的传感头工作信号或者标准直流电压源的标准信号进行处理和转换后，输入给合并单元。具体的，在电子式互感器运行正常工作模式下，功能与普通电子式互感器一致，标准直流电压源处在待机状态下，不输出任何信号，传感头输出工作信号给信号处理单元进行处理和转换；在电子式互感器运行校准模式下，标准直流电压源输出已知幅值和相位的信号作为标准信号，输出给信号处理单元进行处理和转换。
[0042]合并单元根据选定的工作模式进行不同的处理、计算和输出。具体的，在电子式互感器运行正常工作模式下，合并单元输出数字量的电压电流信号;在电子式互感器运行校准模式下，合并单元的校准模块将合并单元计算得到的被测值与标准源的理论值进行对比，得到电子式互感器的比差和角差值，之后在合并单元的操作面板上显示。
[0043]本发明实施例的带自校准功能的电子式互感器与普通电子式互感器相比，在电子式互感器高压侧中集成了标准直流电源，在合并单元中集成了互感器校验模块，进而能够实现电子式互感器的自校准功能。本发明通过集成标准源和校验模块，在合并单元中将获取的标准源数据和合并单元处理的数据进行对比，监测电子式互感器的误差特性，实现对电子式互感器的定期自校准，建立了一套带自校准功能的电子式互感器，极大推动电子式互感器的应用发展。
[0044]本专利相比现有专利技术，不需要额外的电磁式互感器作为标准设备就可以实现电子式互感器的在线校准功能。本发明提供了一种带自校准功能的电子式互感器，能够实现在没有标准计量设备的情况下实现电子式互感器的在线校准功能，对于电子式互感器的在线状态监测具有重要推动作用，使得电子式互感器的在线监测更加方便快捷，可以实现不停电下的误差校准和故障诊断，大大提高运维检修效率，解决停电运维的成本，能够实现电子式互感器的长时间带电运行。
[0045]本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0046]以上所述仅为本发明之较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求保护范围。同时以上说明，对于相关技术领域的技术人员应可以理解及实施，因此其他基于本发明所揭示内容所完成的等同改变，均应包含在本权利要求书的涵盖范围内。
【主权项】
1.一种带自校准功能的电子式互感器，包括传感头、信号处理单元和合并单元，其特征在于，还包括标准直流电源、多路开关、控制单元和校准模块: 所述传感头用于在所述电子式互感器正常工作模式下输出工作信号； 所述标准直流电压源作为标准源，用于在所述电子式互感器校准模式下输出已知幅度和相位的标准信号； 所述信号处理单元用于对所述传感头或所述标准直流电压源输出的信号进行处理和转换，并发给所述合并单元进行计算或比对； 所述多路开关用于根据所述控制单元发来的控制信号，在所述传感头和所述标准直流电压源之间进行切换； 所述控制单元用于根据所述合并单元或远程发来的控制指令，控制所述多路开关切换至所述标准直流电压源侧； 所述合并单元用于对接收的信号进行计算或比对，以及与后续的测量装置或控制装置进行通?目; 所述校准模块用于在所述电子式互感器校准模式下，将所述合并单元计算得到的标准源被测值与标准源理论值进行对比，得到所述电子式互感器的比差和角差值，实现电子式互感器的自校准功能和/或判断所述信号处理单元中的采集电路工作是否正常。2.根据权利要求1所述的一种带自校准功能的电子式互感器，其特征在于:所述电子式互感器还包括操作面板，所述操作面板用于设置选定所述电子式互感器的工作模式以及显示校准结果。3.根据权利要求2所述的一种带自校准功能的电子式互感器，其特征在于:所述校准模块和所述操作面板集成在所述合并单元中。4.根据权利要求2所述的一种带自校准功能的电子式互感器，其特征在于:所述传感头、标准直流电压源、信号处理单元、多路开关和控制单元位于所述电子式互感器的高压侧;所述合并单元、校准模块和操作面板位于所述电子式互感器的低压侧。5.根据权利要求1所述的一种带自校准功能的电子式互感器，其特征在于:所述信号处理单元包括数据采集、A/D转换、滤波处理、光电转换和数据发送，所述光电转换用于将进入信号处理单元的光信号转变为电信号进行处理，以及将处理后的电信号转换成光信号发送给所述合并单元。6.根据权利要求1所述的一种带自校准功能的电子式互感器，其特征在于:所述多路开关为程控开关。7.根据权利要求1所述的一种带自校准功能的电子式互感器，其特征在于: 在所述电子式互感器运行在正常工作模式时，所述多路开关与所述传感头侧连通，由所述传感头采集信号，经过所述多路开关和信号处理单元传输至所述合并单元，再由所述合并单元进行数据计算，所述标准直流电压源处在待机状态，不输出任何信号； 在所述电子式互感器运行在校准模式时，所述多路开关断开与所述传感头的信号并切换至所述标准直流电压源侧，所述标准直流电压源由所述控制单元控制，输出已知幅值和相位的信号作为标准信号源，也作为电子式互感器待测信号源，经过所述信号处理单元13、合并单元21进行处理计算得到被测值，通过所述校准模块将被测值与标准信号的标准值进行对比，得到电子式互感器的比差和角差值，并在所述操作面板上显示比差和角差等校准结果，根据需要决定是否将比差和角差值补偿给所述合并单元，实现电子式互感器的自校准功能。8.根据权利要求1所述的一种带自校准功能的电子式互感器，其特征在于:所述标准直流电压源采用屏蔽措施和恒温措施保证准确度要求和稳定性要求。9.根据权利要求8所述的一种带自校准功能的电子式互感器，其特征在于:所述屏蔽措施为双层屏蔽结构，在高压侧包裹较厚的铁壳以及在相应电路板上包裹铁皮;所述恒温措施采用温度传感器，监测所述标准直流电压源所处的环境温度，并将环境温度恒定在40°C-50。。。10.—种电子式互感器的自校准方法，所述方法包括如下步骤: 合并单元获取用户选定的电子式互感器的工作模式，并根据工作模式向控制单元发送控制指令，控制多路开关在传感头端或标准直流电压源端的信号切换，在正常工作模式下，多路开关与传感头侧接通;在校准模式下，多路开关与标准直流电压源侧接通； 信号处理单元对接入的传感头工作信号或者标准直流电压源的标准信号进行处理和转换后，输入给合并单元； 所述合并单元根据选定的工作模式进行不同的处理、计算和输出。
【文档编号】G01R15/18GK105842510SQ201610152892
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月17日
【发明人】胡浩亮, 雷民, 聂琪, 李鹤, 李登云, 徐子立, 杨春燕
【申请人】中国电力科学研究院, 国家电网公司