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基于比例直流叠加法的电流互感器抗直流性能检测方法.pdf

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基于 比例 直流 叠加 电流 互感器 性能 检测 方法
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摘要
申请专利号:

CN201610948273.8

申请日:

2016.10.26

公开号:

CN106483488A

公开日:

2017.03.08

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):G01R 35/02申请日:20161026|||公开
IPC分类号: G01R35/02 主分类号: G01R35/02
申请人: 国网江西省电力公司电力科学?#33455;?#38498;; 国家电网公司
发明人: 靳绍平; 李东江; 刘见; 李敏; 王浔; 董洛群; 罗晓玉; 唐新宇; 吴宇; 李欣; 聂方明; 黄炜; 罗东江
地址: 330096 江西省南昌市民营科技园民强路88号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: ?#26412;?#20247;合诚成知识产权代理有限公司 11246 代理人: 吴称生
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法律状态
申请(专利)号:

CN201610948273.8

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.04.05|||2017.03.08

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种基于比例直流叠加法的电流互感器抗直流性能检测方法,采用一台标准电流互感器,二个模数转换电路、一个中央处理器、一个显示器、一套直流电流源、一套交流电流源、二个取样电阻;交流电流源与直流电流源按设置的比例输出各自交流电流与直流电流,交流电流回?#26041;?#26631;准电流互感器一次回路与试品电流互感器的一次回路串联,直流电流回路穿过试品电流互感器的磁芯形成一次回路,标准电流互感器的二次电流经取样电阻R0得到U0,试品电流互感器的二次电流经取样电阻RX得到UX,中央处理器通过数据总线控制二个模数转换电路对U0和UX进行同步采样,并进行计算,计算结果通过显示器显示,从而实现对试品电流互感器进行抗直流性能进行检测。本发明解决了电流互感器抗直流性能检测过程中直

权利要求书

1.一种基于比例直流叠加法的电流互感器抗直流性能检测方法,其特征在于:采用一
台标准电流互感器,二个模数转换电路、一个中央处理器、一个显示器、一套直流电流源、一
套交流电流源、二个取样电阻;交流电流源与直流电流源按设置的比例输出各自交流电流
与直流电流,交流电流回?#26041;?#26631;准电流互感器一次回路与试品电流互感器的一次回路串
联,直流电流回路穿过试品电流互感器的磁芯形成一次回路,此时,试品电流互感器的一次
电流含有直流电流并且所含直流分量的比例为已知值,标准电流互感器的二次电流经取样
电阻R0得到U0,试品电流互感器的二次电流经取样电阻RX得到UX,中央处理器通过数据总线
控制二个模数转换电路对U0和UX进行同步采样,并进行计算,计算结果通过显示器显示,从
而实现对试品电流互感器进行抗直流性能进行检测。
2.根据权利要求1所述的基于比例直流叠加法的电流互感器抗直流性能检测方法,其
特征在于:将表征标准电流互感器二次电流的测量值U0与表征试品电流互感器二次电流的
测量值UX进行计算:
<mrow> <mi>f</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>U</mi> <mi>X</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>U</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <msub> <mi>U</mi> <mn>0</mn> </msub> </mfrac> <mo>&times;</mo> <mn>100</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mi>%</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>.</mo> </mrow>
3.根据权利要求1所述的基于比例直流叠加法的电流互感器抗直流性能检测方法,其
特征在于具体步骤如下:
1、接线方式:标准电流互感器选择与试品电流互感器相同的额定电流比,按试品电流
互感器铭牌参数额定二次负荷设置电流负?#19978;?#23545;应负荷量程;交流电流回?#26041;?#26631;准电流互
感器一次回路与试品电流互感器的一次回路串联,直流电流回路穿过试品电流互感器的磁
芯形成一次回路,标准电流互感器的二次电流经取样电阻R0得到U0,试品电流互感器的二次
电流经取样电阻RX得到UX,中央处理器通过数据总线控制二个模数转换电路对U0和UX进行
同步采样,并进行计算,计算结果通过显示器显示,据?#31169;?#32447;;
2、将交流电流缓慢升至测量点额定电流的It%,给标准电流互感器和试品电流互感器
一次回?#26041;?#27969;电流IAC;
3、按直流分量百分比β调节直流电流源升至一次直流电流IDC,给试品电流互感器一次
回路叠加了一次直流电流IDC;
4、采样电路对表征标准电流互感器二次电流的测量值u0和表征试品电流互感器二次电
流的瞬时值ux实施同步采样,一个周期内采样n次,将N个周期的采样数据存储;
5、按计算表征标准电流互感器二次电流的有效值U0;
6、按计算表征试品电流互感器二次电流的有效值UX;
7、按计算虚拟有功功率值P;
8、按计算虚拟有功功率值Q;
9、按计算相位差?#27169;?br />10、按计算比值差f:
11、并记录比值差f,相位差?#27169;?br />12、将交流电流、直流电流缓慢降至0;
13、数据处理:计算结果比值差保留到0.01%,相位差保留到0.1°。

说明书

基于比例直流叠加法的电流互感器抗直流性能检测方法

技术领域

本发明涉及一种基于比例直流叠加法的电流互感器抗直流性能检测方法,属电测
量技术领域。

背景技术

运行中的电流互感器出现强剩磁的一种可能是一次电流中有直流分量,?#22266;?#33455;磁
饱和,导致铁芯的等效导磁率减小,误差将显著地向负值反向偏移。直流分量对电流互感器
误差的影响,可以通过测量电流互感器在半波电流下的变换误差进行?#33455;浚?#20294;是,受半波电
流所含直流分量很难进行定量分析,?#33455;?#32467;果具?#33455;?#38480;性。因此,?#33455;?#19968;种基于比例直流叠
加法的电流互感器抗直流性能检测方法对改变上述?#32622;媯?#20855;有现实意义。

发明内容

本发明的目的是,为了解决电流互感器抗直流性能检测过程中直流分量叠加方法
的问题,目前,采用的半波电流检测方法其波形所含直流分量很难进行定量分析,导致检测
结果局限性很大,本发明提供了一种基于比例直流叠加法的电流互感器抗直流性能检测方
法。

本发明的方案是,一种基于比例直流叠加法的电流互感器抗直流性能检测方法,
采用一台标准电流互感器,二个模数转换电路、一个中央处理器、一个显示器、一套直流电
流源、一套交流电流源、二个取样电阻;交流电流源与直流电流源按设置的比例输出各自交
流电流与直流电流,交流电流回?#26041;?#26631;准电流互感器一次回路与试品电流互感器的一次回
路串联,直流电流回路穿过试品电流互感器的磁芯形成一次回路,此时,试品电流互感器的
一次电流含有直流电流并且所含直流分量的比例为已知值β%,标准电流互感器的二次电
流经取样电阻R0得到U0,试品电流互感器的二次电流经取样电阻RX得到UX,中央处理器通过
数据总线控制二个模数转换电路对U0和UX进行同步采样和数据存储,并?#30452;?#35745;算出电压有
效值、相位差,计算方法如下:

电压有效值计算:



推导参见《电能计量技能考核培?#21040;?#26448;》,中国电力出版社,陈向群主编,P139~
P140;一个周期内平均有功功率计算:


推导参见《电能计量技能考核培?#21040;?#26448;》,中国电力出版社,陈向群主编,P97~
P98;

一个周期内平均无功功率计算:


推导参见《电能计量技能考核培?#21040;?#26448;》,中国电力出版社,陈向群主编,P133功率
因数计算:


推导参见《电能计量技能考核培?#21040;?#26448;》,中国电力出版社,陈向群主编,P135令式
(1)中U=U0,u(tk)=u0(tk),则:


同理:


令式(3)、(4)中u(tk)=u0(tk),i(tk)=ux(tk),则:



令式(5)中φ=?#33041;?#30456;位差?#27169;?br />


式(1)~(10)中:T——正?#20063;?#21608;期时间;

n——一个周期内的采样次数;

U——电压有效值;

φ——相位

P——一个周期内虚拟平均有功功?#21097;?br />

Q——一个周期内虚拟平均无功功?#21097;?br />

i(tk)——在tk时刻的电流瞬时值;

u(tk)——在tk时刻的电压瞬时值;

u0(tk)——在tk时刻表征标准电流互感器二次电流的电压瞬时值;

ux(tk)——在tk时刻表征试品电流互感器二次电流的电压瞬时值;

δ——相位差

Δt——采样时间间隔;

——滞后tk时刻四?#31181;?#19968;周期的电流瞬时值;

将表征标准电流互感器二次电流的测量值U0与表征试品电流互感器二次电流的
测量值UX进行计算:


由于R0=RX,U0=I0R0,UX=IXRX,因此:


计算结果通过显示器显示,从而实现对试品电流互感器进行抗直流性能进行检
测。

具体步骤如下:

1、接线方式:标准电流互感器选择与试品电流互感器相同的额定电流比,按试品
电流互感器铭牌参数额定二次负荷设置电流负?#19978;?#23545;应负荷量程;交流电流回?#26041;?#26631;准电
流互感器一次回路与试品电流互感器的一次回路串联,直流电流回路穿过试品电流互感器
的磁芯形成一次回路,试品电流互感器的二次电流经取样电阻RX得到UX,中央处理器通过数
据总线控制二个模数转换电路对U0和UX进行同步采样,并进行计算,计算结果通过显示器显
示,据?#31169;?#32447;;

2、将交流电流缓慢升至测量点额定电流的It%,给标准电流互感器和试品电流互
感器一次回?#26041;?#27969;电流IAC;

3、按直流分量百分比β调节直流电流源升至一次直流电流IDC,给试品电流互感器
一次回路叠加了一次直流电流IDC,使IDC/IAC=β%;

4、采样电路对表征标准电流互感器二次电流的测量值u0和表征试品电流互感器
二次电流的瞬时值ux实施同步采样,一个周期内采样n次,将N个周期的采样数据存储;

5、按计算表征标准电流互感器二次电流的有效值U0;

6、按计算表征试品电流互感器二次电流的有效值UX;

7、按计算虚拟有功功率值P;

8、按计算虚拟有功功率值Q;

9、按计算相位差?#27169;?br />

10、按计算比值差f:

11、并记录比值差f,相位差?#27169;?br />

12、将交流电流、直流电流缓慢降至0;

13、数据处理:计算结果比值差保留到0.01%,相位差保留到0.1°。

本发明的有益效果是,检测电流互感器抗直流性能时,采用常规标准电流互感器,
解决了电流互感器抗直流性能检测量值溯源问题;采用分立的交流电流源和直流电流源,
解决了电流互感器抗直流性能检测过程中直流分量比例定量的问题;利用常规标准电流互
感器、交流电流源、直流电流源、电流负?#19978;?#31561;电流互感器检测设备,可实现对电流互感器
抗直流性能检测的检测。具有方法简洁、经济、科学、实用、可操作性强、成本低等优点。

本发明适用于电测量技术领域。

附图说明

图1是基于比例直流叠加法的电流互感器抗直流性能检测方法接线图;

图2是试品电流互感器与标准电流互感器二次电流过零时间与相位差关系示意
图。

图中符号:

TA0、TAX----?#30452;?#20026;标准电流互感器、试品电流互感器;

L1、L2----?#30452;?#20026;标准电流互感器一次绕组极性端、非极性端;

S1、S2----?#30452;?#20026;试品电流互感器二次绕组极性端、非极性端;

K1、K2----?#30452;?#20026;标准电流互感器二次绕组极性端、非极性端;

IAC----为一次交流电流;

IDC----为一次直流电流;

IX----为试品电流互感器二次电流;

I0----为标准电流互感器二次电流;

UX----为表征试品电流互感器二次电流的电压值;

U0----为表征标准电流互感器二次电流的电压值;

RX----为试品电流互感器二次电流的取样电阻;

U0----为标准电流互感器二次电流的取样电阻;

ΔT----为试品电流互感器与标准电流互感器二次电流过零时间差值;

i、t----?#30452;?#20026;坐标中的电流、时间;

Z----为电流负?#19978;洌?br />

A/D1、A/D2----?#30452;?#20026;电压、电流模数转换集成电路;

VIN----为模数转换集成电路模拟量输入端;

com----为集成电路公共端;

data bus----为数据总线;

CPU----为中央处理器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明。

一种基于比例直流叠加法的电流互感器抗直流性能检测方法,采用一台标准电流
互感器,二个模数转换电路、一个中央处理器、一个显示器、一套直流电流源、一套交流电流
源、二个取样电阻;交流电流源与直流电流源按设置的比例输出各自交流电流与直流电流,
交流电流回?#26041;?#26631;准电流互感器一次回路与试品电流互感器的一次回路串联,直流电流回
路穿过试品电流互感器的磁芯形成一次回路,此时,试品电流互感器的一次电流含有直流
电流并且所含直流分量的比例为已知值标准电流互感器的二次电流经取样电阻R0得到U0,
试品电流互感器的二次电流经取样电阻RX得到UX,中央处理器通过数据总线控制二个模数
转换电路对U0和UX进行同步采样,并进行计算,计算结果通过显示器显示,从而实现对试品
电流互感器进行抗直流性能进行检测。

其电气原理(见图1)。

工作原理如下:设一次交流电流有效值为IAC,叠加的一次直流电流为IDC,直流分
量百分比为β,则:


由于标准电流互感器一次回?#26041;?#36890;入一次交流电流IAC,可采用常规标准电流互感
器,试品电流互感器一次回路在通入一次交流电流IAC的同时叠加了一次直流电流IDC,且叠
加的一次直流电流IDC的幅值可根据直流分量百分比为β进?#26800;?#33410;,用来考核试品电流互感
器的抗直流性能。

其中交流电流IAC的主要技术参数:

(1)电流范围:5A~1000A

(2)失真度:小于5%

直流电流IDC的主要技术参数:

(1)电流范围:1A~400A

(2)纹波系数:小于1%

依据JJG1021-2007《电力互感器检定规程》对相位差的定义:“电流互感器的相位
误差δ定义为一次电流相量与二次电流相量的相位差,单位为“′”。相量方向以理想电流互
感器的相位差为零来决定,当二次电流相量超前一次电流相量时,相位差为正,反之为负。”
由于电流互感器在直流分量影响下相位差比较大,可达10°数量级,因此,不能使用“′”为相
位差单位,宜采用“°”为相位差单位。

电压有效值的计算方法:



虚拟平均有功功率和无功功率的计算方法:



比值差和相位差的计算方法:



实施例1

第一步:标准电流互感器选择与试品电流互感器相同的额定电流比,按试品电流
互感器铭牌参数额定二次负荷设置电流负?#19978;?#23545;应负荷量程,按接线图(见图1)进行接线;

第二步:将交流电流缓慢升至测量点额定电流的It%;

第三步:按直流分量百分比β调节直流电流源升至一次直流电流IDC,给标准电流互
感器一次回?#26041;?#36890;入交流电流IAC,试品电流互感器一次回路在通入一次交流电流IAC的同
时叠加了一次直流电流IDC,使IDC/IAC=β%;

第四步:采样电路对表征标准电流互感器二次电流的测量值u0和表征试品电流互
感器二次电流的瞬时值ux实施同步采样,一个周期内采样n次,将N个周期的采样数据存储;

第五步:按计算表征标准电流互感器二次电流的有效值U0;

第六步:按计算表征试品电流互感器二次电流的有效值UX;

第七步:按计算虚拟有功功率值P;

第八步:按计算虚拟有功功率值Q;

第九步:按计算相位差?#27169;?br />

第十步:按计算比值差f:

第十一步:并记录比值差f,相位差?#27169;?br />

第十二步:将交流电流、直流电流缓慢降至0;

第十三步:计算结果比值差保留到0.01%,相位差保留到0.1°。

实施例2

第一步:接线方式:标准电流互感器选择与试品电流互感器相同的额定电流比,按
试品电流互感器铭牌参数额定二次负荷Sn设置电流负?#19978;?#36127;荷量程(上限负荷),按接线图
(见图1)进行接线,设置直流分量比例值?#24405;?#35797;品互感器铭牌编号:××××××;

第二步:缓慢调节升交流电流,并测量标准电流互感器二次电流I0,当I0达到额定
电流的1%时结束交流电流源的测控操作?#25442;?#24930;调节升直流电流,并测量直流电流IDC,当IDC
达到IDC/IAC=β%时结束直流电流源的测控操作;

第三步:采样电路对表征标准电流互感器二次电流的测量值u0和表征试品电流互
感器二次电流的瞬时值ux实施同步采样,一个周期内采样n次,将N个周期的采样数据存储;

第四步:按计算表征标准电流互感器二次电流的有效值U0;

第五步:按计算表征试品电流互感器二次电流的有效值UX;

第六步:按计算虚拟有功功率值P;

第七步:按计算虚拟有功功率值Q;

第八步:按计算相位差?#27169;?br />

第九步:按计算比值差f:

第十步:将计算值f和δ记录为比值差f1,相位差δ1;

第十一步:缓慢调节升交流电流,并测量标准电流互感器二次电流I0,当I0达到额
定电流的5%时结束交流电流源的测控操作?#25442;?#24930;调节升直流电流,并测量直流电流IDC,当
IDC达到IDC/IAC=β%时结束直流电流源的测控操作;

第十二步:重复操作第三步~第九步;

第十三步:将计算值f和δ记录为比值差f5,相位差δ5;

第十四步:缓慢调节升交流电流,并测量标准电流互感器二次电流I0,当I0达到额
定电流的20%时结束交流电流源的测控操作?#25442;?#24930;调节升直流电流,并测量直流电流IDC,当
IDC达到IDC/IAC=β%时结束直流电流源的测控操作;

第十五步:重复操作第三步~第九步;

第十六步:将计算值f和δ记录为比值差f20,相位差δ20;

第十七步:缓慢调节升交流电流,并测量标准电流互感器二次电流I0,当I0达到额
定电流的100%时结束交流电流源的测控操作?#25442;?#24930;调节升直流电流,并测量直流电流IDC,
当IDC达到IDC/IAC=β%时结束直流电流源的测控操作;

第十八步:重复操作第三步~第九步;

第十九步:将计算值f和δ记录为比值差f100,相位差δ100;

第二十步:缓慢调节升交流电流,并测量标准电流互感器二次电流I0,当I0达到额
定电流的120%时结束交流电流源的测控操作?#25442;?#24930;调节升直流电流,并测量直流电流IDC,
当IDC达到IDC/IAC=β%时结束直流电流源的测控操作;

第二十一步:重复操作第三步~第九步;

第二十二步:将计算值f和δ记录为比值差f120,相位差δ120;

第二十三步:缓慢将交流电流和直流电流降至0;

第二十四步:将电流负?#19978;?#35774;置为3.75VA负荷量程(下限负荷);

第二十五步:缓慢调节升交流电流,并测量标准电流互感器二次电流I0,当I0达到
额定电流的1%时结束交流电流源的测控操作?#25442;?#24930;调节升直流电流,并测量直流电流IDC,
当IDC达到IDC/IAC=β%时结束直流电流源的测控操作;

第二十六步:重复操作第三步~第九步;

第二十七步:将计算值f和δ记录为比值差f1x,相位差δ1x;

第二十八步:缓慢调节升交流电流,并测量标准电流互感器二次电流I0,当I0达到
额定电流的5%时结束交流电流源的测控操作?#25442;?#24930;调节升直流电流,并测量直流电流IDC,
当IDC达到IDC/IAC=β%时结束直流电流源的测控操作;

第二十九步:重复操作第三步~第九步;

第三十步:将计算值f和δ记录为比值差f5x,相位差δ5x;

第三十一步:缓慢调节升交流电流,并测量标准电流互感器二次电流I0,当I0达到
额定电流的20%时结束交流电流源的测控操作?#25442;?#24930;调节升直流电流,并测量直流电流IDC,
当IDC达到IDC/IAC=β%时结束直流电流源的测控操作;

第三十二步:重复操作第三步~第九步;

第三十三步:将计算值f和δ记录为比值差f20x,相位差δ20x;

第三十四步:缓慢调节升交流电流,并测量标准电流互感器二次电流I0,当I0达到
额定电流的100%时结束交流电流源的测控操作?#25442;?#24930;调节升直流电流,并测量直流电流
IDC,当IDC达到IDC/IAC=β%时结束直流电流源的测控操作;

第三十五步:重复操作第三步~第九步;

第三十六步:将计算值f和δ记录为比值差f100x,相位差δ100x;

第三十七步:缓慢将交流电流和直流电流降至0;

第三十八步:计算结果比值差保留到0.01%,相位差保留到0.1°;

第三十九步:将数据?#30452;?#22635;入对应的表1中。

表1



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