CN111025220A - 一种非传统电流互感器暂态特性校验方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于对非传统电流互感器暂态特性参数进行校验的方法，所述方法包括：利用合成暂态电流源触发信号触发待检验的非传统电流互感器和标准暂态电流互感器，通过所述标准暂态电流互感器输出第一电流样本，通过所述非传统电流互感器输出第二电流样本；对所述第一电流样本和所述第二电流样本进行时间标记；根据所述时间标记，对基于同一时间获取的所述第一电流样本和所述第二电流样本进行分析，获取所述非传统电流互感器的暂态特性参数。
Description
技术领域
本发明涉及电气测量技术领域，更具体地，涉及一种用于对非传统电流互感器暂态特性参数进行校验的方法及***。
背景技术
在特、超高压电力***中，短路电流非周期分量的衰减时间较长，要求的短路故障切除时间很短。非传统电流互感器由于其不含铁芯，没有磁饱和现象，响应速度快，绝缘成本低等优点被广泛应用于特、超高压电力***保护电流测量中。非传统电流互感器的暂态保护级别为TPE级，国标GB/T 20840.8-2007《电子式电流互感器》对TPE级的定义为：在准确限值条件、额定一次时间常数和额定工作循环下的最大峰值瞬时误差为10％。峰值瞬时误差同时包含暂态直流分量和交流分量的误差。此定义等同于传统电流互感器的TPY级定义。TPE级非传统电流互感器满足继电保护用途和故障暂态录波的通用要求，在额定频率下的电流误差、相位误差和复合误差，以及最大峰值瞬时误差应满足表1的误差限值。其中，峰值瞬时误差的定义为：规定的工作循环中的最大瞬时误差电流，表示为额定一次短路电流峰值的百分数，即
表1 5P/TPE非传统电流互感器误差限值
为验证TPE级保护用非传统电流互感器的误差限值是否符合要求，需对其采用直接法进行暂态特性测试。即，在额定负荷、额定一次短路电流、额定一次时间常数和额定工作循环(C-O和/或C-O-C-O)下，对非传统电流互感器施加暂态一次短路电流，计算其测试的暂态电流幅值和相位误差值。
现有技术针对非传统电流互感器暂态特性试验方法方面的研究都是在试验室环境下进行的，多是采用间接法进行暂态特性测量。如目前采用的传变法，利用功率放大器等小电流信号作为模拟暂态电流源，输入到非传统电流互感器的信号采集单元，从合并单元输出端口输出到数字录波装置上进行波形分析和计算。该试验方法无法全面真实整体反映互感器的暂态特性。现阶段电流互感器暂态特性直接测量法只有采用冲击发电机的发生的方式和等安匝法，但该方法对设备的要求非常高、建设成本巨大，体积巨大，无法实现现场试验。
因此，需要一种技术，以实现对非传统电流互感器暂态特性参数进行校验。
发明内容
本发明技术方案提供一种用于对非传统电流互感器暂态特性参数进行校验的方法及***，以解决如何对非传统电流互感器暂态特性参数进行校验的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于对非传统电流互感器暂态特性参数进行校验的方法，所述方法包括：
利用合成暂态电流源触发信号触发待检验的非传统电流互感器和标准暂态电流互感器，通过所述标准暂态电流互感器输出第一电流样本，通过所述非传统电流互感器输出第二电流样本；
对所述第一电流样本和所述第二电流样本进行时间标记；
根据所述时间标记，对基于同一时间获取的所述第一电流样本和所述第二电流样本进行分析，获取所述非传统电流互感器的暂态特性参数。
优选地，所述合成暂态电流源包括交流暂态电流源模块、直流暂态电流源模块和直流冲击电流源模块；
所述直流暂态电流源模块与所述直流冲击电流源模块通过电气连接，所述直流暂态电流源模块再与所述交流暂态电流源模块进行耦合连接；
合成暂态电流源的控制单元计算所述交流暂态电流源模块、所述直流暂态电流源模块和所述直流冲击电流源模块的控制信号，并将所述控制信号发送至所述交流暂态电流源模块、所述直流暂态电流源模块和所述直流冲击电流源模块；
所述控制单元接收通过空心线圈测量后的所述交流暂态电流源模块输出的交流电流；
所述控制单元接收通过霍尔传感器测量后的所述直流暂态电流源模块输出的直流电流。
优选地，所述控制信号包括：所述直流冲击电流源模块的电容基准、所述交流暂态电流源模块的调压器值和所述直流暂态电流源模块的电流基准。
优选地，所述暂态特性参数还包括：复合误差、瞬时误差和最大峰值瞬时误差。
优选地，其中所述标准暂态电流互感器采用高精度分流器或分段式空心线圈；所述分段式空心线圈包括多组不同额定电流值的空心线圈。
基于本发明的另一方面，提供一种用于对非传统电流互感器暂态特性参数进行校验的***，所述***包括合成暂态电流源、非传统电流互感器、标准暂态电流互感器和暂态校验仪；利用合成暂态电流源触发信号触发待检验的所述非传统电流互感器和所述标准暂态电流互感器，通过所述标准暂态电流互感器输出第一电流样本，通过所述非传统电流互感器输出第二电流样本；
通过暂态校验仪对所述第一电流样本和所述第二电流样本进行时间标记；根据所述时间标记，对基于同一时间获取的所述第一电流样本和所述第二电流样本进行分析，获取所述非传统电流互感器的暂态特性参数。
优选地，所述合成暂态电流源包括交流暂态电流源模块、直流暂态电流源模块和直流冲击电流源模块；
所述直流暂态电流源模块与所述直流冲击电流源模块通过电气连接，所述直流暂态电流源模块再与所述交流暂态电流源模块进行耦合连接；
合成暂态电流源的控制单元计算所述交流暂态电流源模块、所述直流暂态电流源模块和所述直流冲击电流源模块的控制信号，并将所述控制信号发送至所述交流暂态电流源模块、所述直流暂态电流源模块和所述直流冲击电流源模块；
所述控制单元接收通过空心线圈测量后的所述交流暂态电流源模块输出的交流电流；
所述控制单元接收通过霍尔传感器测量后的所述直流暂态电流源模块输出的直流电流。
优选地，所述控制信号包括：所述直流冲击电流源模块的电容基准、所述交流暂态电流源模块的调压器值和所述直流暂态电流源模块的电流基准。
优选地，所述暂态特性参数还包括：复合误差、瞬时误差和最大峰值瞬时误差。
优选地，其中所述标准暂态电流互感器采用高精度分流器或分段式空心线圈；所述分段式空心线圈包括多组不同额定电流值的空心线圈。
本发明技术方案提供一种用于对非传统电流互感器暂态特性参数进行校验的方法及***，其中方法包括：利用同一触发信号触发待检验的非传统电流互感器和标准暂态电流互感器，通过标准暂态电流互感器输出第一电流样本，通过非传统电流互感器输出第二电流样本；对第一电流样本和第二电流样本进行时间标记；根据时间标记，对基于同一时间获取的第一电流样本和第二电流样本进行分析，获取非传统电流互感器的暂态特性参数。本发明技术方案用同一个外部触发信号同时触发被试暂态保护用非传统电流互感器和标准暂态电流互感器数据采样，并在数据帧上标记时间标记，从而在同一时间取得一次电流的两种样本。将标准暂态电流互感器和被测暂态保护用非传统电流互感器的时间相关的离散数字信号数组，在工控机内进行软件分析计算被测暂态保护用非传统电流互感器的暂态特性参数。本发明技术方案稳定可控，装置便携可靠。不仅能在实验室实施非传统电流互感器的暂态特试验，还能在变电站现场实施暂态一次短路电流的施加和电流误差计算，从而完成非传统电流互感器的现场试验。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明优选实施方式的一种用于对非传统电流互感器暂态特性参数进行校验的方法流程图；
图2为根据本发明优选实施方式的非传统电流互感器暂态特性试验***结构图；
图3为根据本发明优选实施方式的合成暂态电流源工作原理图；以及
图4为根据本发明优选实施方式的非传统电流互感器暂态参数计算工作流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明优选实施方式的一种用于对非传统电流互感器暂态特性参数进行校验的方法流程图。本申请实施方式提出了一种非传统电流互感器暂态特性试验方法，解决现有的非传统电流互感器暂态特性整体检测困难，无法进行现场试验的问题。根据国标《GB/T 20840.8-2007电子式电流互感器》中暂态保护级别TPE级的要求，满足5TPE级及以下的暂态准确度试验的要求，在额定频率下的电流误差、相位误差和复合误差，以及最大峰值瞬时误差满足表1的误差限值。按照计量检定规程的要求，标准装置的实际误差应不大于被检试品误差限值的1/5，结合表1的数据可知，对非传统电流互感器的暂态特性准确度进行测定的标准装置的误差限值如表2所示，可满足5P/TPE准确度等级及以下的非传统电流互感器暂态误差校验。5P/TPE级非传统电流互感器校准时，其传感器要求在准确限值条件下的最大峰值瞬时误差为10％，按照计量检定规程的要求，标准装置的实际误差应不大于被检试品误差限值的1/5，即2％。检测***误差构成环节主要为标准暂态电流传感器，数据采集卡和误差理论算法。为保证校验***的准确度，将暂态误差分配如下：暂态标准电流传感器1％，信号采集卡和误差理论算法的暂态误差为0.5％。稳态校验时，被测传感器在额定一次电流下的电流误差±1％，试验装置则要求在额定一次电流下的电流误差±0.2％。将稳态误差分配如下：稳态时标准电流传感器0.1％，信号采集卡和误差理论算法的暂态误差为0.05％。
表2试验装置误差限值
如图1所示，一种用于对非传统电流互感器暂态特性参数进行校验的方法，方法包括：
优选地，在步骤101：利用合成暂态电流源触发信号触发待检验的非传统电流互感器和标准暂态电流互感器，通过标准暂态电流互感器输出第一电流样本，通过非传统电流互感器输出第二电流样本。优选地，合成暂态电流源包括交流暂态电流源模块、直流暂态电流源模块和直流冲击电流源模块；直流暂态电流源模块与直流冲击电流源模块通过电气连接，直流暂态电流源模块再与交流暂态电流源模块进行耦合连接；通过合成暂态电流源的控制单元计算交流暂态电流源模块、直流暂态电流源模块和直流冲击电流源模块的控制信号，并将控制信号发送至交流暂态电流源模块、直流暂态电流源模块和直流冲击电流源模块；交流暂态电流源模块输出的交流电流通过空心线圈测量后反馈到控制单元；直流暂态电流源模块输出的直流电流通过霍尔传感器测量后反馈到控制单元。优选地，控制信号包括：直流冲击电流源模块的电容基准、交流暂态电流源模块的调压器值和直流暂态电流源模块的电流基准。优选地，其中标准暂态电流互感器采用高精度分流器或分段式空心线圈；分段式空心线圈包括多组不同额定电流值的空心线圈。
本申请非传统电流互感器暂态特性试验***结构图如图2所示。用同一个外部触发信号同时触发被试暂态保护用非传统电流互感器和标准暂态电流互感器数据采样，并在数据帧上标记时间标记，从而在同一时间取得一次电流的两种样本。将标准暂态电流互感器和被测暂态保护用非传统电流互感器的时间相关的离散数字信号数组，在工控机内进行软件分析计算被测暂态保护用非传统电流互感器的暂态特性参数，主要包括：额定一次电流下的误差计算、瞬时误差值计算、最大峰值瞬时误差计算，衰减时间常数计算以及复合误差计算。
本申请中的合成暂态电流源工作原理如图3所示，由三个模块组成，分别为交流暂稳态电源模块、直流暂态电流源模块和直流冲击电流源模块。其中直流暂态电流源模块和直流冲击电流源模块直接电气连接合成，再与交流暂态电流源模块采用耦合连接，通过不同模块的参数的组合配置满足对不同参数规格的非传统电流互感器的试验需求。用户通过设置输出合成暂态电流源的相应参数，如上升时间、峰值、下降时间常数等，控制单元通过查表的方式计算出相应的控制信号，如直流冲击电流源电容基准、交流暂态电流源调压器值和直流暂态电流源的电流基准，然后通过串口通信发送给交流暂态电流源、直流暂态电流源以及直流冲击电流源，合成出设定暂态电流波形。交流电流输出值和直流电流输出值通过空心线圈和霍尔传感器测量后反馈到控制单元进行参数调节。
优选地，在步骤102：对第一电流样本和第二电流样本进行时间标记；
优选地，在步骤103：根据时间标记，对基于同一时间获取的第一电流样本和第二电流样本进行分析，获取非传统电流互感器的暂态特性参数。
优选地，暂态特性参数还包括：复合误差、瞬时误差和最大峰值瞬时误差。
本申请中，最终标准暂态电流互感器和被测非传统电流互感器的输出信号，将进入工控机进行分析计算，从而得到被测非传统电流互感器的暂态特性参数。计算流程图如图4所示，误差计算参数主要包括复合误差、瞬时误差和最大峰值瞬时误差三个误差限值参数。在稳态下，复合误差为下列两者之差的方均根值，一次电流的瞬时值，和实际二次输出的瞬时值乘以额定变比，一次电流和二次输出的正符号须与端子标志规定一致。
对模拟量输出，复合误差εc通常按下式表示为一次电流方均根值的百分数：
其中：Kra为额定变比；Ip为一次电流方均根值；ip为一次电流；us为二次电压；T为一个周波的周期；t为时间瞬时值；tdr为额定延迟时间。
对数字量输出，复合误差εc通常按下式表示为一次电流方均根值的百分数：
其中：Krd为额定变比；Ip为一次电流方均根值；ip为一次电流；is为二次的数字量输出；T为一个工频周波的周期；n为样本的计数；tn为一次电流(及电压)第n个数据集采样完毕的时间；k为累计周期数；Ts为一次电流两个样本之间的时间间隔。
瞬时误差是衡量互感器在暂态大电流传感特性的重要参数，其计算方法为，二次输出乘以额定变比与一次电流两者瞬时值之差。对模拟量输出，瞬时误差电流定义在t≥tdr(tdr为额定延时时间)，用下式表示：
iε(t)＝Kra·us(t)-ip(t-tdr) (3-4)
对于空心线圈原理的非传统电流互感器，二次输出电压us(t)是在积分器的输出上测量值。对数字量输出，瞬时误差电流定义在t≥tdr，用下式表示：
iε(n)＝Krd·is(n)-ip(tn) (3-5)
其中：Krd为额定变比；ip为一次电流；is为二次的数字量输出(在合并单元输出)；n为数据集的计数；tn为一次电流及电压第n次数据集采样完毕的时间。
对空心线圈而言，二次输出是在积分器的输出上测量。积分器可以在求值单元中用数字积分的方法实现。
最大峰值瞬时误差
其计算方法为，在规定工作循环中，用额定一次短路电流峰值的百分数表示的最大瞬时误差电流：
在进行暂态一次电流分析时，由于电力***的短路时间常数都在几十毫秒以上，短路电流的表达式为：
式中I为归算到二次侧的一次短路电流周期分量的均方根值；θ为短路初相角；T1为一次时间常数。
在纯电感电路中，当电压过零时(θ＝0)，电流为
当t＝0时，非周期性分量的初始值最大，等于周期性分量的幅值，此时直流分量为全偏移。为了设计时有裕度以此值作为非传统电流互感器的暂态特性分析依据。
(1)通过直流可控电流源模块和直流冲击电流源模块的组合，实现20kA/800uS的冲击电流上升速率和宽范围时间常数的灵活设置；
(2)通过交流暂态电流源模块实现20kA及以下短时试验电流需求，由于该模块没有回路可调电感，并采用大容量晶闸管过零投切和电容无功补偿设计，可大大减小交流暂态电流模块的电源试验容量；
(3)通过交流暂态电流源模块、直流可控电流源模块和直流冲击电流源模块的组合，实现保护级非传统电流互感器的20kA保护特性现场交接试验用暂态大电流试验，满***流分量峰值电流：20kA每匝；直流输出采用电气并联法，直流分量全偏移，时间常数满足40ms～1min，实现直流偏移冲击电流上升速率和宽范围时间常数的灵活设置；
本申请提供了非传统电磁式电流互感器暂态特性试验方法和式样装置，解决了当前暂态试验无法开展的难题。本申请的电源采用电力电子的方法，成本降低，体积减少，能够在变电站现场进行电流暂态试验。本申请中高电压的控制、互感器校验装置的测量均采用了光电隔离，提升了试验的安全性。
图2为根据本发明优选实施方式的一种用于对非传统电流互感器暂态特性参数进行校验的***结构图。如图2所示，一种用于对非传统电流互感器暂态特性参数进行校验的***，***包括合成暂态电流源、非传统电流互感器、标准暂态电流互感器和暂态校验仪；利用合成暂态电流源触发信号触发待检验的非传统电流互感器和标准暂态电流互感器，通过标准暂态电流互感器输出第一电流样本，通过非传统电流互感器输出第二电流样本。优选地，合成暂态电流源包括交流暂态电流源模块、直流暂态电流源模块和直流冲击电流源模块；直流暂态电流源模块与直流冲击电流源模块通过电气连接，直流暂态电流源模块再与交流暂态电流源模块进行耦合连接；通过合成暂态电流源的控制单元计算交流暂态电流源模块、直流暂态电流源模块和直流冲击电流源模块的控制信号，并将控制信号发送至交流暂态电流源模块、直流暂态电流源模块和直流冲击电流源模块；交流暂态电流源模块输出的交流电流通过空心线圈测量后反馈到控制单元；直流暂态电流源模块输出的直流电流通过霍尔传感器测量后反馈到控制单元。优选地，控制信号包括：直流冲击电流源模块的电容基准、交流暂态电流源模块的调压器值和直流暂态电流源模块的电流基准。优选地，暂态特性参数还包括：复合误差、瞬时误差和最大峰值瞬时误差。优选地，其中标准暂态电流互感器采用高精度分流器或分段式空心线圈；分段式空心线圈包括多组不同额定电流值的空心线圈。
通过暂态校验仪对第一电流样本和第二电流样本进行时间标记；根据时间标记，对基于同一时间获取的第一电流样本和第二电流样本进行分析，获取非传统电流互感器的暂态特性参数。
本发明优选实施方式的一种用于对非传统电流互感器暂态特性参数进行校验的***200与本发明优选实施方式的一种用于对非传统电流互感器暂态特性参数进行校验的***100相对应，在此不再进行赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (10)
1.一种用于对非传统电流互感器暂态特性参数进行校验的方法，所述方法包括：
利用合成暂态电流源触发信号触发待检验的非传统电流互感器和标准暂态电流互感器，通过所述标准暂态电流互感器输出第一电流样本，通过所述非传统电流互感器输出第二电流样本；
对所述第一电流样本和所述第二电流样本进行时间标记；
根据所述时间标记，对基于同一时间获取的所述第一电流样本和所述第二电流样本进行分析，获取所述非传统电流互感器的暂态特性参数。
2.根据权利要求1所述的方法，所述合成暂态电流源包括交流暂态电流源模块、直流暂态电流源模块和直流冲击电流源模块；
所述直流暂态电流源模块与所述直流冲击电流源模块通过电气连接，所述直流暂态电流源模块再与所述交流暂态电流源模块进行耦合连接；
合成暂态电流源的控制单元计算所述交流暂态电流源模块、所述直流暂态电流源模块和所述直流冲击电流源模块的控制信号，并将所述控制信号发送至所述交流暂态电流源模块、所述直流暂态电流源模块和所述直流冲击电流源模块；
所述控制单元接收通过空心线圈测量后的所述交流暂态电流源模块输出的交流电流；
所述控制单元接收通过霍尔传感器测量后的所述直流暂态电流源模块输出的直流电流。
3.根据权利要求2所述的方法，所述控制信号包括：所述直流冲击电流源模块的电容基准、所述交流暂态电流源模块的调压器值和所述直流暂态电流源模块的电流基准。
4.根据权利要求1所述的方法，所述暂态特性参数还包括：复合误差、瞬时误差和最大峰值瞬时误差。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述标准暂态电流互感器采用高精度分流器或分段式空心线圈；所述分段式空心线圈包括多组不同额定电流值的空心线圈。
6.一种用于对非传统电流互感器暂态特性参数进行校验的***，所述***包括合成暂态电流源、非传统电流互感器、标准暂态电流互感器和暂态校验仪；
合成暂态电流源用于触发待检验的所述非传统电流互感器和所述标准暂态电流互感器，
所述标准暂态电流互感器用于输出第一电流样本，
所述非传统电流互感器用于输出第二电流样本；
所述暂态校验仪用于对所述第一电流样本和所述第二电流样本进行时间标记；根据所述时间标记，对基于同一时间获取的所述第一电流样本和所述第二电流样本进行分析，获取所述非传统电流互感器的暂态特性参数。
7.根据权利要求6所述的***，所述合成暂态电流源包括交流暂态电流源模块、直流暂态电流源模块和直流冲击电流源模块；
所述直流暂态电流源模块与所述直流冲击电流源模块通过电气连接，所述直流暂态电流源模块再与所述交流暂态电流源模块进行耦合连接；
合成暂态电流源的控制单元计算所述交流暂态电流源模块、所述直流暂态电流源模块和所述直流冲击电流源模块的控制信号，并将所述控制信号发送至所述交流暂态电流源模块、所述直流暂态电流源模块和所述直流冲击电流源模块；
所述控制单元接收通过空心线圈测量后的所述交流暂态电流源模块输出的交流电流；
所述控制单元接收通过霍尔传感器测量后的所述直流暂态电流源模块输出的直流电流。
8.根据权利要求7所述的***，所述控制信号包括：所述直流冲击电流源模块的电容基准、所述交流暂态电流源模块的调压器值和所述直流暂态电流源模块的电流基准。
9.根据权利要求6所述的***，所述暂态特性参数还包括：复合误差、瞬时误差和最大峰值瞬时误差。
10.根据权利要求6所述的***，其中所述标准暂态电流互感器采用高精度分流器或分段式空心线圈；所述分段式空心线圈包括多组不同额定电流值的空心线圈。
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2019
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