电子式互感器校验仪的研究

2012-09-06陈建波

山西电子技术 2012年5期

陈建波

（山西省机电设计研究院，山西太原 030009）

随着国家智能电网十二五规划的出台及特高压、超高压输电技术、数字化变电站技术的发展和应用，作为电力系统最重要的高压设备之一，用于继电保护、系统监测、电力系统分析等作用的电磁式互感器，基于自身绝缘复杂、磁饱和、铁磁谐振、易燃易爆、动态范围小、频带窄等缺点，难以适应电力系统发展需求。取而代之的数字式互感器正在以更安全、节能、环保的优点陆续在国内外高压、超高压乃至特高压智能变电站中推广应用，为电网智能化保护控制起到了至关重要的作用。保证互感器稳定可靠安全运行就显得特别重要。作为测量互感器误差的仪器互感器校验仪，是电力、计量检测部门检定互感器不可缺少的设备。传统电工式互感器校验仪采用了补偿式零值平衡法，亦即用手动调盘的方式，控制校验仪内部微差源产生矢量去补偿、抵消，由被测互感器和标准互感器之间差值产生矢量，从而得到被测互感器的误差。电工式互感器校验仪工作性能稳定，重复性好，但精度较低，操作繁琐，不支持自动化测量。数字式互感器校验仪主要采用矢量分解法，亦即校验仪直接采集被测互感器和标准互感器之间差值电压或差值电流，进行矢量分解、计算，从而得到被测互感器的误差。自动化程度高，操作简单，很容易智能化。

1 校验系统原理

电子式互感器输出为数字信号或小电压信号，故不能用电工式测差法对其校验，而需采用直接比较法，即通过比较标准互感器与被测互感器频域中的基波分量有效值与相位实现。

1.1 电子式电流互感器校验原理

以标准电磁式电流互感器输出信号为基准，一次侧与被测电子式电流互感器串联，通过调节调压器改变输出电流的大小。24位A/D采集卡（PCI-4474）采集标准电磁式电流互感器二次侧输出信号，低压侧的合并单元接收二次侧的电子式电流互感器输出的电流信号。由工控机提供时钟同步信号对两者同步采样，并经数字滤波、DFT运算等得出电子式电流互感器比值误差和相位误差。

电子式电流互感器检定装置原理框图如图1所示。

1.2 电压互感器校验原理

电子式电压互感器校验原理与电子式电流互感器校验原理类似，不同的是一次侧被测电子式电压互感器与标准电磁式电压互感器并联，调节调压器改变输出电压的大小。标准PT的二次侧接标准电压互感器100V（100/3 V）/1.5V并送入24位A/D采集卡（PCI-4474）。

图1 电子式电流互感器校验原理图

电子式电压互感器检定装置原理框图如图2所示。

图2 电子式电压互感器校验原理图

2 系统组成

2.1 标准互感器

使用标准互感器的目的是为校验系统提供标准输出信号，且必须可溯源。其精度要比被测互感器精度高两个等级以上，如校验0.2级互感器，精度须达万分之一，提高系统测量准确度。

2.2 标准A/D转换器

A/D转换一般要经过采样、保持、量化及编码4个过程。在其通道数目，输入范围、输入方式等各项技术指标中，最重要的参数是采样率、转换精度和转换速度，故此最初设计时我们选用Agilent3458A数字多用表，其优点是测量精度高，在速度与精度上可长期满足科研开发性能要求，且可溯源，缺点是价格较贵，体积较大。

为降低成本，利于产品推广，我们选用PCI-4462高精度数据采集卡代替3458A数字多用表，其优点是价格便宜，体积较小，缺点是采集卡不能溯源。测试小信号时其超强抗干扰能力使其优势更加突出，同时该卡和LabⅥEW软件均由NI公司生产，两者高度兼容，缩短了开发过程，加快了研发进度，同时可提高了产品的稳定性。

2.3 合并单元

遵循IEC61850标准的合并单元是电子式互感器的接口装置。合并单元在一定程度上实现了过程层数据的共享和数字化，可进行模数转化，通过以太网络接口控制器发送信息。采用外同步触发方式。

合并单元主要硬件介绍:

（1）网络接口控制器采用带冲突检测的载波监听多路访问协议以太网控制器，速率为10Mbps，自动检测所连接的介质，跳线模式、pnp模式和RT模式三种接口模式，符合IEEE802.3协议;内置16 kB的SDRAM，支持8位或16位数据总线。

（2）DSP芯片DSP采用的是TI公司的16-bit定点DSP TMS320F206，控制A/D转换、数据采集和数字滤波处理，运算速度40MIPS，改进型哈佛结构，有1条程序总线和3条数据总线，流水线操作，有高度并行32-bit算术逻辑单元、16*16-bit并行硬件乘法器、片内存储器、片内外设和高度专业化的指令集，从而使该芯片速度高、操作灵活。具有超强抗干扰能力、数据处理能力，且能耗较低，价格便宜。

2.4 取样电阻

将电流互感器二次电流变成电压信号，万分之一精度。

2.5 待检电子式互感器

经合并单元的二次输出应符合IEC60044.8通讯要求。

2.6 工控机

工业级系统计算机，通过通信规约为IEEE488.2的PCI-GPIB卡与标准A/D转换器相连。

2.7 上位机软件

虚拟仪器技术人机界面的LabVIEW软件是NI公司2008年8月新推出的最新软件;图形化编程语言（G语言）;内建的编译器;采用数据流模型，自动实现的多线程;轻松调用DLL、CIN 节点、ActiveX、.NET或 MATLAB脚本节点;内建600多个分析函数、用于数据分析和数据处理;方便的子VI程序设计。在此软件基础上开发出的虚拟仪器，通过计算采集到的标准信号与被测信号，得到校验结果。软件界面显示实时测量波形，及比差、角差等检定参数，还可显示MU的相关信息（如ASDU个数等），并自动生成检定报告和数据报表。除比差、角差外，还可记录频率、比率、频差以及相关统计量等，便于更加系统和综合地分析互感器性能。