CN113030622A - 一种基于自校准的互感器综合特性自动测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于自校准的互感器综合特性自动测试装置。本发明包括程控电流源、升压升流器、切换模块、分压电阻选择模块、电压采样模块、电流采样模块、数据处理模块和人机交互模块，所述的数据处理模块，用于控制程控电流源输出，控制切换模块切换升压升流器档位，控制分压电阻选择模块选择合适的分压比例，控制电压采样模块和电流采样模块同时开启电压和电流信号的采样，接收采样模块的数据，并对数据进行处理，得到回路电压、电流的真有效值，对连续采样得到的数据进行分析，得出被测互感器综合特性结果参数，将结果参数传至人机交互模块显示。本发明可根据配置参数自动完成对电流互感器或电压互感器的伏安特性或励磁特性测试。
Description
技术领域
本发明涉及互感器综合特性测试领域，特别是一种基于自校准的互感器综合特性自动测试装置。
背景技术
在电力***中很多因素都能造成过电压的发生。但是对电力***危害最大的是铁磁谐振引起的过电压，而且由铁磁谐振造成的过电压发生的次数最多。由于铁芯电感的非线性特征使涌流中产生大量的低次谐波，一旦涌流中的谐波分量频率与振荡电路的固有频率接近时，将产生严重的过电压，过电压与工频电压进行叠加从而在回路中形成饱和过电压。过电压的发生，不仅严重危及生命，或者更糟糕的是，直接导致设备损坏，造成停电事故。当发生接地故障或者合闹操作时容易发生铁磁谐振，一旦发生铁磁谐振过电压，过电流就会发生，这是由于电磁式电压互感器作为非线性元件和总线之间能够形成一个非常大的对地电容，从而形成了一个谐振电路。
为了避免这种现象，有必要采取一些措施，以防止出现铁磁谐振。然而，不同的措施有其各自的优缺点，对此需要明确分析，以找到其范围和局限性，提高设备性能，具有非常重要的应用价值。
国标中对铁心励磁特性的确定推荐了交流和直流2种方法。目前互感器制造厂常采用交流法测量TA的二次匝链磁通与励磁电流的关系。但交流法的主要缺点是：50 Hz工频会导致绕组和二次端子承受过电压，因此，试验受绕组绝缘水平和电源频率的限制，测量时需要能产生低频正弦波电压的低频发电机或其他高压变频设备，整个测试***较为笨重。传统的模拟有效值仪表一般对标准正弦波有效，当信号波形有畸变时，此时读数不是真实的有效值，用其代替均方根误差相对较大。此外，由于是目测，测绘曲线点数少，所以准确度较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于自校准的互感器综合特性自动测试装置，其可根据配置参数自动完成对电流互感器或电压互感器的伏安特性或励磁特性测试，以测出互感器线圈直流电阻，并按照被测铁芯的感应电势输出所需的励磁电流，根据感应电势和励磁电流绘制伏安特性或励磁特性曲线。
为此，本发明采用如下的技术方案：一种基于自校准的互感器综合特性自动测试装置，其包括程控电流源、升压升流器、切换模块、分压电阻选择模块、电压采样模块、电流采样模块、数据处理模块和人机交互模块；
所述的程控电流源，用于接收数据处理模块的控制指令，并根据控制指令输出直流或者交流信号；
所述的升流升压器，用于接收程控电流源输出的电流信号，并对该电流信号进行升流升压，该升流升压器具有多个输出端子；
所述的切换模块，用于切换升压升流器的输出端子，根据数据处理模块的控制指令，切换到对应的升压升流器输出端子，将该端子信号连接互感器综合特性自动测试装置输出端，供被测互感器使用；
所述的分压电阻选择模块，与升压升流器的输出端子连接，用于选择分压电阻回路，根据数据处理模块的控制指令，选择合适比例的分压电阻，分压后的信号送给电压采样模块；
所述的电压采样模块，用于对输入的电压信号进行数字化，根据数据处理模块的控制指令开启采样，并将数字化信号送给数据处理模块；
所述的电流采样模块，用于对输出回路的电流信号进行数字化，根据数据处理模块的控制指令开启采样，并将数字化信号送给数据处理模块；
所述的数据处理模块，用于控制程控电流源输出，控制切换模块切换升压升流器档位，控制分压电阻选择模块选择合适的分压比例，控制电压采样模块和电流采样模块同时开启电压和电流信号的采样，接收采样模块的数据，并对数据进行处理，得到回路电压、电流的真有效值，对连续采样得到的数据进行分析，得出被测互感器综合特性结果参数，将结果参数传至人机交互模块显示；
所述的人机交互模块，用于数据处理模块的参数配置和结果显示，操作人员在人机交互模块填写测试参数，人机交互模块将测试参数传至数据处理模块，开始进行测试，人机交互模块对数据处理模块传送的数据进行显示并绘制伏安特性曲线、励磁特性曲线和误差曲线，并将相关参数显示在交互界面指定位置，同是将结果保存并上传。
进一步地，所述的升流升压器，不同的输出端子，升压升流的比例不同。
进一步地，所述的程控电流源由大容量程控电工源或程控电子源和大电流直流源组成，数据处理模块根据程控电流源的类型输出对应的控制指令，程控电流源根据控制指令输出直流电流信号或者交流电流信号。
进一步地，所述的升流升压器采用多档位大容量升流升压器，最大输出3000V电压或100A电流，用于对程控电流源输出的交流电流信号进行升流升压。
进一步地，所述的切换模块由阻抗<100毫欧和耐压>3000V的继电器为核心的切换控制电路组成。
进一步地，所述的分压电阻选择模块由电阻及切换电路组成。
进一步地，所述的电压采样模块采用宽频带和高精度24bitADC芯片为核心器件，配合程控放大和差分电路组成高精度模数转换电路。
进一步地，所述的电流采样模块采用宽频带和高精度24bitADC芯片为核心器件，配合程控放大和差分电路组成高精度模数转换电路。
进一步地，所述的数据处理模块采用FPGA芯片和ARM芯片组成核心控制及数据处理模块。
进一步地，所述的人机交互模块采用windows操作***和触摸显示屏。
本发明具有以下的有益效果：本发明为一种集成化的励磁电流感应电势自动分析测量装置，可根据配置参数自动完成对电流互感器或电压互感器的伏安特性或励磁特性测试，能够测出互感器线圈直流电阻，并按照被测铁芯的感应电势输出所需的励磁电流，根据感应电势和励磁电流绘制伏安特性或励磁特性曲线，根据特性曲线和直流电阻计算拐点、误差曲线、功率损耗等参数，且具有数据保存和自动上传功能。
附图说明
为了更好的理解本发明的技术特点，下面结合说明书附图对本发明进行描述。
图1为本发明一种基于自校准的互感器综合特性自动测试装置的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的描述本发明装的技术目的、技术特点和装置优点，下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示的一种互感器综合特性自动测试装置，包括程控电流源、升压升流器、切换模块、分压电阻选择模块、电压采样模块、电流采样模块、数据处理模块和人机交互模块。
所述的程控电流源：由市面上常见的大容量程控电工源或程控电子源和大电流直流源组成，数据处理模块根据程控电流源的类型输出对应的控制指令，程控电流源根据控制指令输出直流电流信号或者交流电流信号。
所述的升流升压器：采用多档位大容量升流升压器，最大可输出3000V电压或100A电流，用于对程控电流源输出的交流电流信号进行升流升压。
所述的切换模块：由以低阻抗和高耐压的继电器为核心的切换控制电路组成，用于切换升压升流器的输出端子，根据数据处理模块的控制指令，切换到对应的升压升流器输出端子，将该端子信号连接到装置输出端，供被测互感器使用。
所述的分压电阻选择模块：由高精度、高阻抗和高耐压的电阻及切换电路组成，用于选择分压电阻回路，根据数据处理模块的控制指令，选择合适比例的分压电阻，分压后的信号送给电压采样模块。
所述的电压采样模块：采用宽频带和高精度24bitADC芯片为核心器件，配合程控放大和差分电路等辅助电路组成高精度模数转换电路，用于对输入电压信号进行数字化，根据数据处理模块的控制指令开启采样，并将数字化信号送给数据处理模块。
所述的电流采样模块：采用宽频带和高精度24bitADC芯片为核心器件，配合程控放大和差分电路等辅助电路组成高精度模数转换电路，用于对输出回路的电流信号进行数字化，根据数据处理模块的控制信开启采样，并将数字化信号送回到数据处理模块。
所述的数据处理模块：采用Intel公司的高性能FPGA芯片和意法半导体公司的ARM芯片组成核心控制及数据处理模块；用于控制程控电流源输出，控制切换模块切换升压升流器档位，控制分压电阻选择模块选择合适的分压比例，控制电压采样模块和电流采样模块同时开启电压和电流信号的采样，接收采样模块的数据，并对数据进行处理，得到回路电压、电流的真有效，对连续采样得到的数据进行分析，得出互感器综合特性结果参数，将结果传至人机交互模块显示。
所述的人机交互模块：采用windows操作***，10英寸高分辨率触摸显示屏，拥有丰富的人机交互界面，显示信息丰富，可用于参数配置和结果显示，操作人员在人机交互模块填写测试参数，人机交互模块将参数传至数据处理模块，开始进行测试，人机交互模块对数据处理模块传来的数据进行显示并绘制伏安特性曲线、励磁特性曲线、误差曲线等结果，具备将结果保存并上传MES***（制造企业生产过程执行管理***）功能。
本发明的工作过程如下：
所述人机交互模块用于配置互感器类型、额定电压或额定电流值或从MES***直接下载参数，人机交互模块通过串口将配置信息发送到数据处理模块；
所述数据处理模块，根据配置信息控制程控电流源模块输出直流电流信号，直流电流经过被测互感器后在互感器两端产生压降，该压降由电压采样模块采集，电流由电流采样模块采集；
所述的电压采样模块将采集的电压信号转换成比例的数字信号，通过数据总线送到数据处理模块；
所述的电流采样模块将电流信号转化成对应比例的数字信号，通过数据总线送达到数据处理模块；
所述的数据处理模块通过计算得出被测互感器电阻值，并根据结果自动调整输出电流值，使得被测互感器处于最佳状态，从而提高电阻的测试精度；
所述的数据处理模块测试完电阻后，将交流信号的配置信息通过数据总线送到控制程控电流源；
所述的程控电流源根据配置信息输出交流信号到升压升流器模块；
所述的升压升流器模块对交流信号进行功率放大，再输出到被测互感器；
所述的电压采集模块采集被测互感器两端的电压值，以合适的采样率将其转化成对应比例的数字量，并通过数据总线将数字量送到数据处理模块；
所述的电流采集模块采集流过被测互感器的电流值，以合适的采样率将其转化成对应比例的数字量，并通过数据总线将数字量送到数据处理模块；
所述的数据处理模块按照采样率对整个周期的数据进行积分运算，得到对应的电压、电流有效值；再根据计算出的电压、电流和电阻值算出误差、功率损耗等结果，将结果数据传到人机交互模块；
所述的人机交互模块接收数据处理模块的数据，在交互界面上绘制综合特性曲线、误差曲线、并将相关参数显示在界面指定位置，同是将结果上传至MES***。
本发明中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神所举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种基于自校准的互感器综合特性自动测试装置，其特征在于，包括程控电流源、升压升流器、切换模块、分压电阻选择模块、电压采样模块、电流采样模块、数据处理模块和人机交互模块；
所述的程控电流源，用于接收数据处理模块的控制指令，并根据控制指令输出直流或者交流信号；
所述的升流升压器，用于接收程控电流源输出的电流信号，并对该电流信号进行升流升压，该升流升压器具有多个输出端子；
所述的切换模块，用于切换升压升流器的输出端子，根据数据处理模块的控制指令，切换到对应的升压升流器输出端子，将该端子信号连接互感器综合特性自动测试装置输出端，供被测互感器使用；
所述的分压电阻选择模块，与升压升流器的输出端子连接，用于选择分压电阻回路，根据数据处理模块的控制指令，选择合适比例的分压电阻，分压后的信号送给电压采样模块；
所述的电压采样模块，用于对输入的电压信号进行数字化，根据数据处理模块的控制指令开启采样，并将数字化信号送给数据处理模块；
所述的电流采样模块，用于对输出回路的电流信号进行数字化，根据数据处理模块的控制指令开启采样，并将数字化信号送给数据处理模块；
所述的数据处理模块，用于控制程控电流源输出，控制切换模块切换升压升流器档位，控制分压电阻选择模块选择合适的分压比例，控制电压采样模块和电流采样模块同时开启电压和电流信号的采样，接收采样模块的数据，并对数据进行处理，得到回路电压、电流的真有效值，对连续采样得到的数据进行分析，得出被测互感器综合特性结果参数，将结果参数传至人机交互模块显示；
所述的人机交互模块，用于数据处理模块的参数配置和结果显示，操作人员在人机交互模块填写测试参数，人机交互模块将测试参数传至数据处理模块，开始进行测试，人机交互模块对数据处理模块传送的数据进行显示并绘制伏安特性曲线、励磁特性曲线和误差曲线，并将相关参数显示在交互界面指定位置，同是将结果保存并上传。
2.根据权利要求1所述的一种基于自校准的互感器综合特性自动测试装置，其特征在于，所述的升流升压器，不同的输出端子，升压升流的比例不同。
3.根据权利要求1所述的一种基于自校准的互感器综合特性自动测试装置，其特征在于，所述的程控电流源由大容量程控电工源或程控电子源和大电流直流源组成，数据处理模块根据程控电流源的类型输出对应的控制指令，程控电流源根据控制指令输出直流电流信号或者交流电流信号。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于自校准的互感器综合特性自动测试装置，其特征在于，所述的升流升压器采用多档位大容量升流升压器，最大输出3000V电压或100A电流，用于对程控电流源输出的交流电流信号进行升流升压。
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于自校准的互感器综合特性自动测试装置，其特征在于，所述的切换模块由阻抗<100毫欧和耐压>3000V的继电器为核心的切换控制电路组成。
6.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于自校准的互感器综合特性自动测试装置，其特征在于，所述的分压电阻选择模块由电阻及切换电路组成。
7.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于自校准的互感器综合特性自动测试装置，其特征在于，所述的电压采样模块采用宽频带和高精度24bitADC芯片为核心器件，配合程控放大和差分电路组成高精度模数转换电路。
8.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于自校准的互感器综合特性自动测试装置，其特征在于，所述的电流采样模块采用宽频带和高精度24bitADC芯片为核心器件，配合程控放大和差分电路组成高精度模数转换电路。
9.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于自校准的互感器综合特性自动测试装置，其特征在于，所述的数据处理模块采用FPGA芯片和ARM芯片组成核心控制及数据处理模块。
10.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于自校准的互感器综合特性自动测试装置，其特征在于，所述的人机交互模块采用windows操作***和触摸显示屏。
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