CN115902755B - 一种全光纤电流互感器的报警参数测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种全光纤电流互感器的报警参数测试方法，通过改变全光纤电流互感器光回路状态、调制回路状态及电子机箱供电电源，使得全光纤电流互感器运行状态接近其报警参数附近，然后在扰动工况状态测试在这种运行状态下能否保证其测量准确性及抗扰动能力。解决了论凭借经验和长时间的拷机实验不能确保设置的报警参数能满足所有工况的要求，不能确保其合理性的问题。

Description

一种全光纤电流互感器的报警参数测试方法

技术领域

本发明属于全光纤电流互感器测试技术领域，尤其涉及一种全光纤电流互感器的报警参数测试方法。

背景技术

国内在换流站运行的全光纤电流互感器主要是采用法拉第磁光效应原理。但在现场运行过程中，全光纤电流互感器多次因为报警参数设置不当，导致全光纤电流互感器出现测量异常现象，严重影响了换流站的安全运行。

目前全光纤电流互感器厂家设置报警参数时主要凭借经验，然后进行长时间的拷机实验，保证在运行时全光纤电流互感器不会误触发报警，在有明显故障时能够及时发出报警。这种凭借经验和长时间的拷机实验不能确保设置的报警参数能满足所有工况的要求，不能确保其合理性。例如当全光纤电流互感器长期运行在其报警参数附近时，其测量精度和抗扰动能力无法保证。

发明内容

本发明提供一种全光纤电流互感器的报警参数测试方法，用于解决凭借经验和长时间的拷机实验不能确保设置的报警参数能满足所有工况的要求，不能确保其合理性的技术问题。

本发明提供一种全光纤电流互感器的报警参数测试方法，用于报警参数测试装置，包括：获取所述全光纤电流互感器的各个报警参数定值，并调整所述全光纤电流互感器的运行状态，使所述全光纤电流互感器的各个报警参数相对应的达到各个预设报警参数，其中，报警参数包括光回路报警参数、调制回路报警参数和供电电源报警参数，所述预设报警参数小于报警参数定值；对调整所述运行状态后的全光纤电流互感器以及数字标准器分别进行输入电流信号，得到所述数字标准器输出的标准电流信号以及在扰动控制下的全光纤电流互感器输出的测量电流信号；将所述测量电流信号与所述标准电流信号进行同步处理，并基于所述测量电流信号中某一时刻的瞬时电流值以及所述标准电流信号中某一时刻的瞬时电流值计算测量电流误差；判断所述测量电流误差是否小于第一预设阈值，以及判断异常时刻与报警信号发出时刻的时间差值是否小于第三阈值，其中，所述异常时刻为所述测量电流误差的变化率大于第二预设阈值的时刻；若所述测量电流误差不小于第一预设阈值，则所述全光纤电流互感器当前的各个报警参数定值不符合测量要求；若异常时刻与报警信号发出时刻的时间差值不小于第三阈值，则所述全光纤电流互感器当前的各个报警参数定值不符合测量要求。

进一步地，其中，所述全光纤电流互感器的各个报警参数相对应的达到各个预设报警参数具体为：

所述全光纤电流互感器的光回路报警参数与相对应的光回路报警参数定值之间存在第一差值；

所述全光纤电流互感器的调制回路报警参数与相对应的调制回路报警参数定值之间存在第二差值；

所述全光纤电流互感器的供电电源报警参数与相对应的供电电源报警参数定值之间存在第三差值。

进一步地，其中，扰动控制包括光纤断线重连控制、调制回路断线重连控制、光衰逐渐增大控制、调制回路电阻逐渐增大控制、调制回路电容逐渐增大控制和直流供电电压逐渐减小控制。

进一步地，其中，所述报警参数测试装置中包含光衰控制模块、可调直流电压源以及可调阻容分压模块；所述调整所述全光纤电流互感器的运行状态，使所述全光纤电流互感器的各个报警参数相对应的达到各个预设报警参数，包括：

对所述光衰控制模块的光衰大小进行闭环控制，进而调节所述全光纤电流互感器中的光强，使所述全光纤电流互感器的光回路报警参数相对应的达到预设光回路报警参数；

对所述可调阻容分压模块的电阻电容大小进行闭环控制，进而调节所述全光纤电流互感器中的调制电压，使所述全光纤电流互感器的调制回路报警参数相对应的达到预设调制回路报警参数；

对所述可调直流电压源的直流电压大小进行闭环控制，进而调节所述全光纤电流互感器中的运行电压，使所述全光纤电流互感器的供电电源报警参数相对应的达到供电电源报警参数。

进一步地，其中，计算所述测量电流误差的表达式为：

，

式中，为测量电流信号中第n时刻的瞬时电流值，/>为标准同步后标准电流信号第n时刻的瞬时电流值。

本申请的一种全光纤电流互感器的报警参数测试方法，通过改变全光纤电流互感器光回路状态、调制回路状态及电子机箱供电电源，使得全光纤电流互感器运行状态接近其报警参数附近，然后测试在这种状态下能否保证其测量准确性及抗扰动能力，解决论凭借经验和长时间的拷机实验不能确保设置的报警参数能满足所有工况的要求，不能确保其合理性的技术问题。

附图说明

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种全光纤电流互感器的报警参数测试方法的流程图；

图2为本发明一实施例提供一个具体实施例的一种全光纤电流互感器的报警参数测试方法的流程图；

图3为本发明一实施例提供的一个具体实施例的全光纤电流互感器报警参数测试硬件架构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1，其示出了本申请的一种全光纤电流互感器的报警参数测试方法的流程图，该报警参数测试方法用于报警参数测试装置中，报警参数测试装置中包含光衰控制模块、可调直流电压源以及可调阻容分压模块。

如图1所示，全光纤电流互感器的报警参数测试方法具体包括以下步骤：

步骤S101，获取所述全光纤电流互感器的各个报警参数定值，并调整所述全光纤电流互感器的运行状态，使所述全光纤电流互感器的各个报警参数相对应的接近各个报警参数定值，其中，报警参数包括光回路报警参数、调制回路报警参数和供电电源报警参数。

在本实施例中，获取全光纤电流互感器的光回路报警参数定值、调制回路报警参数定值和供电电源报警参数定值后，对光衰控制模块的光衰大小进行闭环控制，进而调节全光纤电流互感器中的光强，使全光纤电流互感器的光回路报警参数相对应的接近光回路报警参数定值；对可调阻容分压模块的电阻电容大小进行闭环控制，进而调节全光纤电流互感器中的调制电压，使全光纤电流互感器的调制回路报警参数相对应的接近调制回路报警参数定值；对可调直流电压源的直流电压大小进行闭环控制，进而调节全光纤电流互感器中的运行电压，使全光纤电流互感器的供电电源报警参数相对应的接近供电电源报警参数定值。

需要说明的是，全光纤电流互感器的光回路报警参数与相对应的光回路报警参数定值之间存在第一差值；全光纤电流互感器的调制回路报警参数与相对应的调制回路报警参数定值之间存在第二差值；全光纤电流互感器的供电电源报警参数与相对应的供电电源报警参数定值之间存在第三差值。

步骤S102，对调整所述运行状态后的全光纤电流互感器以及数字标准器分别进行输入电流信号，得到所述数字标准器输出的标准电流信号以及在扰动控制下的全光纤电流互感器输出的测量电流信号。

在本实施例中，扰动控制包括光纤断线重连控制、调制回路断线重连控制、光衰逐渐增大控制、调制回路电阻逐渐增大控制、调制回路电容逐渐增大控制和直流供电电压逐渐减小控制。

步骤S103，将所述测量电流信号与所述标准电流信号进行同步处理，并基于所述测量电流信号中某一时刻的瞬时电流值以及所述标准电流信号中某一时刻的瞬时电流值计算测量电流误差。

步骤S104，判断所述测量电流误差是否小于第一预设阈值，以及判断异常时刻与报警信号发出时刻的时间差值是否小于第三阈值，其中，所述异常时刻为所述测量电流误差的变化率大于第二预设阈值的时刻。

步骤S105，若所述测量电流误差不小于第一预设阈值，则所述全光纤电流互感器当前的各个报警参数定值不符合测量要求。

步骤S106，若异常时刻与报警信号发出时刻的时间差值不小于第三阈值，则所述全光纤电流互感器当前的各个报警参数定值不符合测量要求。

综上，本申请的方法，在全光纤电流互感器的光回路中串入可控光衰，精确控制全光纤电流互感器光强，从而改变全光纤电流互感器光回路状态参数，在全光纤电流互感器的调制回路中串联程控阻容分压器，改变调制回路参数，并且采用可调直流电压源可精确控制全光纤电流互感器的运行电压，从而通过分别控制全光纤电流互感器光强、调制电压大小、相位、直流电压大小等分别使得全光纤电流互感器运行状态接近其任意一个报警参数，在测试任意一个报警参数时，分别测试光纤断线重连、调制回路断线重连、光衰逐渐增大、调制回路电阻逐渐增大、调制回路电容逐渐增大、调制电压逐渐增大、温度循环试验，确保在该报警参数在报警参数定值附近运行时，全光纤电流互感器能保证其测量准确度及抗扰动能力，不会引起控制保护误动。

全光纤电流互感器测量的准确性与光回路参数和电回路参数相关，因此其报警参数也主要涉及这两方面。全光纤电流互感器将光电探测器感受的信号通过锁相放大器提前相应的一次、二次、四次谐波信号，幅度如下式所示：

，（1）

，（2）

，（3）

，（4）

式中，、/>、/>分别为一次谐波信号的幅值、二次谐波信号的幅值、四次谐波信号的幅值，/>为光源功率，/>、/>、/>分别为一次贝塞尔函数、二次贝塞尔函数、四次贝塞尔函数，/>为调制深度，/>为调制电压大小，/> 为调制信号频率，/>为入射光与反射光经过相位调制器的时间差，/>为法拉第偏转角，V为费尔德常数，N为传感环的圈数，I为被测电流；

将式（2）除以式（3）可得式（5）：

，（5）

将式（1）除以式（2）可得式（6）：

，（6）

由式（5）可求得调制深度的大小，再带入式（6），从而求得电流I。这就是全光纤电流互感器的测量机理。从式（1）-式（6）可看出，影响全光纤电流互感器测量的参数主要由光强和调制电压。因此为测量全光纤电流互感器光回路类报警参数和调制回路类报警参数，必须具备改变全光纤电流互感器光回路类和调制回路类运行参数的能力。同时全光纤电流互感器的供电电压也会影响全光纤电流互感器的测量精度，因此报警参数中还有供电电压。原有凭借经验设定的参数不一定能满足现场复杂运行条件的要求，必须要有相应的测试方法和测试设备全面检验全光纤电流互感器告警参数的合理性。

因此，本申请提出一种全光纤电流互感器的报警参数测试方法以提高全光纤电流互感器报警参数设置的合理性。该方法通过改变全光纤电流互感器的光回路状态、调制回路状态及电子机箱供电电源，使得全光纤电流互感器运行状态接近其报警参数附近，然后测试在这种状态下能否保证其测量准确性及抗扰动能力。

实施例二

如图2所示，全光纤电流互感器的报警参数测试方法具体为：

步骤一：搭建测试回路

按照图3搭建测试回路，报警参数测试装置具备小电压接口、接收数字标准器的标准电流接口、接收合并单元测量值的测量电流接收口、可控光衰模块、可调直流电压源、与光学电流互感器电子机箱通信的网口、可调节调制电压信号的可调阻容模块。报警参数测试装置给功率放大器施加小电压信号控制一次电流输出，数字标准器采集功率放大器输出的电流值通过AD转换转为数字信号以光纤通信方式送至报警参数测试装置。可控光衰模块可改变电子机箱单模光纤中光强。可调直流电压源可调节给电子机箱供电的直流电源幅值。与电子机箱通信的网口可以接收光CT报警状态参数，也可修改报警定值。测量电流接收口用于接收全光纤电流互感器的测量值，将测量值与标准值比较可实时计算误差。可调阻容模块可改变电子机箱输出的原始调制电压，从而控制给调制器的调制电压信号大小。

全光纤电流互感器一般由三部分组成即传感环、电子机箱和调制器。全光纤电流互感器可测量穿过其传感环的电流大小。

步骤二：调整光CT运行状态，使光CT运行状态接近某一报警参数

全光纤电流互感器报警参数，可分为光回路类、调制回路类及供电电源类。每次测试1个报警参数。对于光回路类报警参数，通过读取光回路类报警参数定值及实际运行状态闭环控制可控光衰模块的光衰大小，调节光纤回路中的光强，从而使实际运行的光回路报警参数接近报警值附近。对于调制回路类报警参数，通过读取调制回路类报警参数定值及实际运行状态闭环控制可调阻容模块的电阻电容大小，调节调制电压信号，从而使实际运行的调制回路报警参数接近报警值附近。对于供电电源类报警参数，通过读取供电电源类报警参数定值及实际运行状态闭环调节可调直流电压源输出的直流电压大小，从而使实际运行的供电电源报警参数接近报警定值。

步骤三：输出一次电流

由直流闭环测试仪输出对应的小电压信号控制功率放大器输出电流信号，一般要分别测试电流0.1In、0.5In、1.0In和1.2In时全光纤电流互感器的测量误差和抗扰动能力。

步骤四：扰动工况控制

应该分别测试光纤断线重连、调制回路断线重连、光衰逐渐增大、调制回路电阻逐渐增大、调制回路电容逐渐增大、直流供电电压逐渐减小，确保在该报警参数附近运行时，全光纤电流互感器能保证其测量准确度及抗扰动能力，不会引起控制保护误动。光纤断线重连采用插拔电子机箱出口单模光纤的方法控制，要求断开和恢复在1秒内完成。调制回路断线重连采用插拔电子机箱出口处调制回路导线的方法控制，要求断开和恢复在1秒内完成。调制电阻逐渐增大，采用逐渐增大阻容模块的电阻，电阻从0欧按照1欧/秒的速度逐渐增大，直至全光纤电流互感器报警，然后降低电阻至全光纤电流互感器报警恢复，此时即为临界电阻值。调制电容逐渐增大，采用逐渐增大阻容模块的电容，电容从0nf按照1nf/秒的速度逐渐增大，直至全光纤电流互感器报警，然后降低电容至全光纤电流互感器报警恢复，此时即为临界电容值。降低直流供电电压，寻找到全光纤电流互感器抱紧临界电压值。

步骤五：测量误差计算

将数字标准器的数字信号与全光纤电流互感器的测量信号进行同步处理，按照试品的到达时间以及额定延时，对标准源信号进行插值，计算与全光纤电流互感器到达同时刻的瞬时电流值。求取测量误差。误差计算，/>为测量电流信号中第n时刻的瞬时电流值，/>为标准同步后标准电流信号第n时刻的瞬时电流值。测量误差小于第一预设阈值则认为全光纤电流互感器测量合格，否则认为全光纤电流互感器测量误差偏大，目前的报警参数不能满足测量要求。

步骤六：报警滞后异常电流时间计算

测量电流误差E变化大于5%时刻认定为异常电流出现时刻，计算该时刻与报警信号时刻的时间差值即为全光纤电流互感器报警滞后异常电流时间，当该时间小于第三阈值时认为全光纤电流互感器能及时准确输出报警信号，否则认为全光纤电流互感器不能及时准确输出报警信号，目前的报警参数不能满足测量要求。

综上，本实施例的方法能够实现以下技术效果：

1、采用可控光衰模块可精确控制全光纤电流互感器的光源强度，灵活控制全光纤电流互感器运行在光回路类报警参数附近。

2、采用可调阻容模块，可精确控制全光纤电流互感器的调制电压信号，灵活控制全光纤电流互感器运行在调制回路类报警参数附近。

3、采用可调直流电压源，可精确控制全光纤电流互感器的供电电压，灵活控制全光纤电流互感器运行在供电电压类报警参数附近。

4、充分考虑现场可能的故障情况，模拟不同电流等级、阶跃电流、光纤断线重连、调制回路断线重连、光衰逐渐增大、调制回路电阻逐渐增大、调制回路电容逐渐增大、直流供电电压逐渐减小等扰动工况，确保全光纤电流互感器报警参数能够满足扰动工况测量精度要求和报警信号及时输出的要求。

5、根据求取的测量误差突变信号，可准确判断异常电流输出时刻，从而方便计算全光纤电流互感器报警滞后异常电流时间。

6、为适应任何额定电流的全光纤电流互感器，可采用多匝环绕的方式，在不增大功率放大器额定电流的情况下，增大测量电流。

7、可使得全光纤电流互感器运行在其报警参数附近，并且设计了模拟现场复杂条件的扰动试验，通过严苛的测试，确保全光纤电流互感器报警参数合理性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种全光纤电流互感器的报警参数测试方法，用于报警参数测试装置，所述报警参数测试装置中包含光衰控制模块、可调直流电压源以及可调阻容分压模块，其特征在于，包括：

获取所述全光纤电流互感器的各个报警参数定值，并调整所述全光纤电流互感器的运行状态，使所述全光纤电流互感器的各个报警参数相对应的达到各个预设报警参数，其中，报警参数包括光回路报警参数、调制回路报警参数和供电电源报警参数，所述预设报警参数小于报警参数定值；

所述调整所述全光纤电流互感器的运行状态，使所述全光纤电流互感器的各个报警参数相对应的达到各个预设报警参数包括：

对所述光衰控制模块的光衰大小进行闭环控制，进而调节所述全光纤电流互感器中的光强，使所述全光纤电流互感器的光回路报警参数相对应的达到预设光回路报警参数；

对所述可调阻容分压模块的电阻电容大小进行闭环控制，进而调节所述全光纤电流互感器中的调制电压，使所述全光纤电流互感器的调制回路报警参数相对应的达到预设调制回路报警参数；

对所述可调直流电压源的直流电压大小进行闭环控制，进而调节所述全光纤电流互感器中的运行电压，使所述全光纤电流互感器的供电电源报警参数相对应的达到供电电源报警参数；

通过分别控制全光纤电流互感器光强、调制电压大小、相位、直流电压大小分别使得全光纤电流互感器运行状态接近其任意一个报警参数，在测试任意一个报警参数时，分别测试光纤断线重连、调制回路断线重连、光衰逐渐增大、调制回路电阻逐渐增大、调制回路电容逐渐增大、调制电压逐渐增大、温度循环的扰动控制试验，使全光纤电流互感器在报警参数定值附近运行；

对调整所述运行状态后的全光纤电流互感器以及数字标准器分别进行输入电流信号，得到所述数字标准器输出的标准电流信号以及在扰动控制下的全光纤电流互感器输出的测量电流信号；

将所述测量电流信号与所述标准电流信号进行同步处理，并基于所述测量电流信号中某一时刻的瞬时电流值以及所述标准电流信号中某一时刻的瞬时电流值计算测量电流误差；

判断所述测量电流误差是否小于第一预设阈值，以及判断异常时刻与报警信号发出时刻的时间差值是否小于第三阈值，其中，所述异常时刻为所述测量电流误差的变化率大于第二预设阈值的时刻；

若所述测量电流误差不小于第一预设阈值，则所述全光纤电流互感器当前的各个报警参数定值不符合测量要求；

若异常时刻与报警信号发出时刻的时间差值不小于第三阈值，则所述全光纤电流互感器当前的各个报警参数定值不符合测量要求。

2.根据权利要求1所述的一种全光纤电流互感器的报警参数测试方法，其特征在于，其中，所述全光纤电流互感器的各个报警参数相对应的达到各个预设报警参数具体为：

所述全光纤电流互感器的光回路报警参数与相对应的光回路报警参数定值之间存在第一差值；

所述全光纤电流互感器的调制回路报警参数与相对应的调制回路报警参数定值之间存在第二差值；

所述全光纤电流互感器的供电电源报警参数与相对应的供电电源报警参数定值之间存在第三差值。

3.根据权利要求1所述的一种全光纤电流互感器的报警参数测试方法，其特征在于，其中，计算所述测量电流误差的表达式为：

，

式中，为测量电流信号中第n时刻的瞬时电流值，/>为标准同步后标准电流信号第n时刻的瞬时电流值。