專利名稱：現場電壓互感器誤差主動檢定系統及其方法
技術領域：
本發明涉及一種電壓互感器檢定系統，尤其涉及一種基于無線通信技術的現場電壓互感器誤差主動檢定系統及其方法。
背景技術：
電力系統中的電壓互感器是一種重要的高壓輸變電設備，主要用作電能計量的電壓測量和繼電保護的信號取樣裝置。發電廠和電網，電網和供電公司，供電公司和高壓用戶之間的電量貿易結算，都通過高壓電能計量裝置進行，根據《中華人民共和國計量法》，對關系到貿易結算的計量器具必須經過計量技術部門進行強制檢定。2007年2月28日，國家質量監督檢驗檢疫總局發布了 JJG1021-2007《電力互感器》檢定規程，對電壓互感器誤差檢定的線路和方法作出了規定，但是，由于電力系統中使用的各類電壓互感器的原理不同、結構不同和安裝環境不同，如有電容式電壓互感器，電磁式電壓互感器，電子式互感器，GIS(GasInsulated Switchgear,氣體絕緣開關設備)電壓互感器等,其升壓模型和升壓容量各異，導致依據規程進行互感器檢定時的升壓方式很多，有升壓器直接升壓、串聯諧振升壓和使用被試電磁式互感器升壓等。長期以來，電壓互感器現場檢定依靠人工手動升壓、人工記錄測試數據的方式，人工出具檢測報告，手動升壓對操作人員的能力要求高，需要操作人員同時監測多個試驗參數，特殊情況下，還需要多人同時配合監測多個參數，導致檢定工作具有一定風險，工作效率低。雖然在實驗室有全自動的標準電壓互感器檢定裝置，實現電壓互感器自動檢定，但實驗室環境與現場檢定環境有著諸多不同，導致不能將實驗室系統移植到現場系統，主要困難如下(I)現場電壓互感器型號繁多，有電磁式、電容式、電子式和GIS內置式，升壓系統一般為被試互感器升壓和串聯諧振升壓。被試互感器升壓時應被試互感器型號容量不一致，每次升壓時的最高電壓和最大電流限制不同，操作不當容易損壞試品；串聯諧振升壓一般用于電容式電壓互感器或GIS內置電壓互感器，安裝于GIS中的電壓互感器由于管道電容的存在，且GIS氣室管道尺寸規格不同、長度不等以及接線布置方式不盡相同，從而造成了 GIS管道電容量的不確定性,在試驗時需反復調節電感量或電容量參數才能成功,這對GIS電壓互感器現場誤差試驗帶來困難。因此現場升壓系統的結構、原理和容量均與實驗室有很大差別。(2)實驗室被試互感器型號單一，均為不同電壓等級的電磁式標準電壓互感器，雙繞組結構，現場電壓互感器一般為三繞組以上結構，所接負荷箱數量、容量不一樣。( 3 )實驗室電源頻率穩定，調壓器一般為電工式調壓器，現場條件下有時供電電源頻率偏離50Hz ±0. 2Hz，電工式調壓器不符合檢定電容式電壓互感器時對頻率的要求；
(4)實驗室檢定設備集中布置，裝置笨重，不易移動，控制系統總線結構為RS-232標準或并口的有線短距通信，不適應現場有時需要將升壓系統和誤差測量裝置分開遠距離使用的實際情況。

發明內容
針對上述現有技術手段存在的問題和不足，本發明的目的是提供一種現場電壓互感器誤差主動檢定系統及其方法，即提供一種基于無線通信技術的適用于現場使用的各類電壓互感器的自動檢定系統及其控制方法，能主動測量、計算出升壓回路電氣參數，并根據不同的調壓器容量和升壓器容量，預測升壓幅度，主動提供參數調節依據，自動采集電壓互感器檢定數據，實時監控檢定全過程，具有過壓、過流、防震蕩、防通信中斷等保護功能，確保電壓互感器檢定過程安全、快速、準確。本發明的目的是這樣實現的一、現場電壓互感器誤差主動檢定系統(簡稱檢定系統) 本檢定系統包括PC機、無線程控調壓器、升壓器、串聯諧振回路、標準電壓互感器、被檢電壓互感器、無線程控互感器校驗儀和無線程控負荷箱；其連接關系是PC機、無線程控調壓器、無線程控互感器校驗儀和無線程控負荷箱均通過無線連通組成無線通信網絡，實現互相通信；無線程控調壓器輸出端通過電壓線連接升壓器輸入端；升壓器的輸出端通過電壓線連接串聯諧振回路的輸入端，串聯諧振回路的輸出端通過電壓線分別連接標準電壓互感器的一次電壓輸入端和被檢電壓互感器的一次電壓輸入端;標準電壓互感器的二次電壓輸出端通過電壓線連接無線程控互感器校驗儀的輸入端;被檢電壓互感器的被檢繞組二次電壓輸出端通過電壓線分別連接無線程控互感器校驗儀的輸入端和無線程控負荷箱的輸入端，被檢電壓互感器的其他繞組二次電壓輸出端通過電壓線連接到無線程控負荷箱的輸入端。本檢定系統的工作原理是本檢定系統通過PC機中的檢測軟件控制無線程控互感器校驗儀和無線程控負荷箱要求的工作狀態，然后控制無線程控調壓器輸出工頻小電壓給升壓器；升壓器輸出高電壓后，PC機通過無線網絡從無線程控調壓器中讀回Us (源的輸出電動勢)、U。(實際輸出電壓)、I0 (實際輸出電流)和co^p(輸出功率因數)，從無線程控互感器校驗儀讀回A (輸出電壓百分比)；PC機根據返回數據按照給定的算法計算出升壓回路等效輸入阻抗Z和V (含源的內阻抗)等；PC機根據升壓器的輸入電流、電壓限值和升壓器輸出電流、電壓限值，以及計算出的回路參數，判斷檢定系統是否可以升壓至設定值，如不能升至設定值，則給出調整電抗參數的具體數值，方便工作人員據此調節試驗參數，達到試驗升壓要求，主動完成電壓互感器檢定全過程。二、方法本包括下列步驟①設備參數輸入；②檢定參數設置；
③升壓回路預測；④預測結果判斷；⑤誤差自動測量；⑥結束。·本發明具有以下優點和積極效果①將計算機控制代替人工控制，檢定系統可在約IOOm直徑范圍內構成無線網絡，實現現場電壓互感器檢定過程的自動化，提高現場檢定工作的工作效率；②檢定系統能自動判斷升壓回路實際負荷，計算出諧振參數，實時監測各路參數并進行保護控制，提高現場檢定工作的安全性；③檢定系統不受試驗供電電源頻率的影響，能準確檢定各類型號的電壓互感器；④對檢定數據實現從現場的自動采集、保存到檢定證書管理，提高工作效率。


圖I是本檢定系統的結構框圖；圖2無線程控調壓器的原理框圖；圖3無線程控互感器校驗儀的原理框圖；圖4無線程控負荷箱的原理框圖；圖5是本檢定系統PC機檢定軟件的流程圖；圖6是本檢定系統PC機檢定軟件中主動測量升壓回路電氣參數、預測升壓幅度的流程圖。其中10-PC 機；20—無線程控調壓器；21-SPWM調壓器，22-電壓、電流、功率因數測量模塊，23-第一 CPU，24-第一 WiFi無線通信模塊；30-升壓器；40-串聯諧振回路；50—標準電壓互感器；60-被檢電壓互感器；70-無線程控互感器校驗儀；71—程控互感器校驗儀，72—第二 CPU，73—第二 WiFi無線通信模塊；80—無線程控負荷箱。81—程控負荷箱A，82—程控負荷箱B，83—第三CPU，84—第三WiFi無線通信模塊。
具體實施例方式一、系統I、總體如圖1，本檢定系統包括PC機10、無線程控調壓器20、升壓器30、串聯諧振回路40、標準電壓互感器50、被檢電壓互感器60、無線程控互感器校驗儀70和無線程控負荷箱80 ；其連接關系是PC機10、無線程控調壓器20、無線程控互感器校驗儀70和無線程控負荷箱80均通過無線連通組成無線通信網絡，實現互相通信；無線程控調壓器20輸出端通過電壓線連接升壓器30輸入端；升壓器30的輸出端通過電壓線連接串聯諧振回路40的輸入端，串聯諧振回路40的輸出端通過電壓線分別連接標準電壓互感器50的一次電壓輸入端和被檢電壓互感器60的一次電壓輸入端； 標準電壓互感器50的二次電壓輸出端通過電壓線連接無線程控互感器校驗儀70的輸入端；被檢電壓互感器60的被檢繞組二次電壓輸出端通過電壓線分別連接無線程控互感器校驗儀70的輸入端和無線程控負荷箱80的輸入端，被檢電壓互感器60的其他繞組二次電壓輸出端通過電壓線連接到無線程控負荷箱80的輸入端。2、功能塊I) PC 機 10PC機10是一種常用個人計算機,其硬件配置為主流配置,具備WiFi [是一種使用IEEE802. 11標準的無線局域網技術，可以將個人電腦、手持設備(如PDA、手機)等終端以無線方式互相連接]無線網卡，安裝專用PC機檢測軟件。PC機檢定軟件見后文介紹。2)無線程控調壓器20無線程控調壓器20是基于SPWM(Sine pulse width modulation,正弦脈寬調制)原理的電壓發生器，具備輸出頻率可控、輸出電壓可控，可將測量的輸出電壓、輸出電流和功率因數數據通過WiFi無線傳輸的功能。如圖2，無線程控調壓器20由SPWM調壓器21，電壓、電流、功率因數測量模塊22，第一 WiFi無線通信模塊24以及第一 CPU 23組成，均有標準上市的產品。其連接關系是第一 CPU 23分別與SPWM調壓器21，電壓、電流、相位測量模塊22和第一 WiFi無線通信模塊24通過RS232通信接口連接，實現互相通信；SPWM調壓器21的電壓輸出端通過電壓線連接電壓、電流、相位測量模塊22的輸入端;無線程控調壓器20傳輸的變量名及符號是源輸出電壓Us、輸出電壓U。、輸出電流I。和輸出功率因數coscp。無線程控調壓器20傳輸的參數及符號是最大輸出電壓Uoutmax和最大輸出電流
I outmax°無線程控調壓器20的基本技術指標如下①電壓調節范圍0V 200V可調；②輸出功率5kVA或IOkVA ；③輸出頻率45Hz 65Hz可調；
④電流保護IA 50A可設；⑤輸出電壓限值10V 200V可設；⑥測量功能電流、電壓、功率因數；⑦通信功能WiFi無線通信。3)升壓器 30升壓器30是一種將交流小電壓升為交流高電壓的互感器。可以是專用的升壓器，也可使用電磁式電壓互感器當升壓器使用。升壓器30有標準上市產品。
升壓器30的參數及符號是最大輸入電壓Uinmax和最大輸入電流Iinmax。4 )串聯諧振回路40串聯諧振回路40包含高壓可調電抗器和高壓電容器組成，均有標準上市產品。高壓可調電抗器由多節可調電抗器疊裝而成，每節電抗器額定電壓40kV。高壓電容器為0. 02 U F/110kV,可多節串聯使用。5)標準電壓互感器50標準電壓互感器50有標準上市產品。與被檢電壓互感器60變比相同，額定電壓相同，準確度等級一般高于被檢電壓互感器60的兩個等級。6 )被檢電壓互感器60是本檢定系統的檢定對象，有標準上市產品。7 )無線程控互感器校驗儀70無線程控互感器校驗儀70是采用差值法原理且工作頻率為50Hz的用于測量互感器比例誤差的互感器校驗儀，具備WiFi無線通信控制功能。如圖3，無線程控互感器校驗儀70由程控互感器校驗儀71，第二 WiFi無線通信模塊73以及第二 CPU 72組成，均有標準上市的產品。其連接關系是第二 CPU72分別與程控互感器校驗儀71和第二 WiFi無線通信模塊73通過RS232通信接口連接，實現互相通信；無線程控互感器校驗儀70傳輸的變量名及符號是百分比A、比值差f和相位差8。無線程控互感器校驗儀70傳輸的參數及符號是二次電壓量程D、檢定點1J1、檢定點2J2、和檢定點3J3。無線程控互感器校驗儀70的基本技術指標如下①電壓量程100V、100VT \②通信功能WiFi無線通信。8)無線程控負荷箱80無線程控負荷箱80是在檢定電壓互感器時，給被檢電壓互感器60提供負荷，負荷由無源的阻抗器件組成，具備WiFi無線通信控制功能。如圖4，無線程控負荷箱80由程控負荷箱A81、程控負荷箱B82、第三WiFi無線通信模塊84以及第三CPU 83組成，均有標準上市的產品。其連接關系是第三CPU 83分別與程控負荷箱A81、程控負荷箱B81和第三WiFi無線通信模塊84通過RS232通信接口連接，實現互相通信。無線程控負荷箱80傳輸的參數及符號是負荷值B和負荷功率因數C。無線程控負荷箱80的基本技術指標如下①額定電壓100V、100λ/ΙV;②負荷通道2路；③額定頻率50Hz ;④功率因數0. 8、I. O ;
⑤負荷范圍1.25VA 150VA ;⑥通信功能WiFi無線通信。二、方法如圖5，本方法是基于上述檢定系統由PC機10檢定軟件使用的主動檢定方法，包括下列步驟開始O①設備參數輸入I確定無線程控調壓器20和升壓器30的設備性能參數；要輸入的無線程控調壓器參數最大輸出電壓Uout順和最大輸出電流Iratmax ；要輸入的升壓器參數最大輸入電壓Uinmax和最大輸入電流Iinmax ；②檢定參數設置2根據被檢電壓互感器60的類型設置無線程控互感器校驗儀70和無線程控負荷箱80的參數；要輸入的無線程控互感器校驗儀參數二次電壓量程D、檢定點1J1、檢定點2J2、和檢定點3J3 ；要輸入的無線程控負荷箱參數負荷值B和負荷功率因數C ；②升壓回路預測3測算出升壓回路含源內阻抗的等效輸入阻抗Z’、升壓回路等效電阻R、升壓回路等效電抗X、程控調壓器最大輸出電流1。_和預測升壓最大值Amax等，以便PC機判斷系統是否可以升壓至設定的最大檢定點J3，如不能升至設定值，則給出調整電抗參數具體數值的提不;④預測結果判斷4根據步驟③的測算結果，判斷是否升至設定值，是則程序進入步驟⑤，否則程序進入步驟⑥，程序結束；⑤誤差自動測量5根據步驟②預先設置好的檢定點和負荷箱參數對被檢電壓互感器60的誤差進行檢定并保存檢定數據；⑥結束6。所述步驟③升壓回路預測的方法，如圖6，包括下列步驟開始O;A、回路參數測量I控制無線程控調壓器20輸出一定電壓值Usl，無線程控調壓器20測出Iol,COSf ! 3個變量的值，無線程控互感器校驗儀70測出A1的值，PC機檢定軟件讀回上述5個數值；B、電壓比較2判斷電壓參數Uwtmax是否大于Uinmax,是則執行第一回路參數計算3，否則執行第二回路參數計算4 ；所述第一回路參數計算3，是根據回路參數測量I中讀回的數值按下式計算Amax=A1XUiJUol Z = Uol/IolI0max=Uimiax/Z
R二ZX coscp i
X二ZXsin (arccos (coscp ι))所述第二回路參數計算4，是根據回路參數測量I中讀回的數值按下式計算Amax=A1XUoutmaiZUslV =Usl/IolZ = Uol/IolI。眶=UoutniaxZZ ’
R=ZX coscp ι
X=ZX sin (arccos (cos(p j)；C、第一預測值判斷5判斷比較計算出的Amax是否小于設定最大檢定點J3，是則執行第一預測結果12，否則執行第一電流比較6;D、第一電流比較6判斷計算值1。_是否大于參數值Umax，是則執行第二電流比較7，否則執行第三電流比較8 ;E、第二電流比較7判斷參數值Iwtmax是否大于參數值Iinmax,是則執行第二預測值計算10，否則執行第一預測值計算9 ；所述第一預測值計算9，是按下式重新計算預測升壓最大值Amax=A1XI
outmax/1 ol F、第三電流比較8判斷計算值1。_是否大于參數值Iinmax,是則執行第二預測值計算10，否則執行第二預測結果13 ；所述第二預測值計算10，是按下式重新計算預測升壓最大值Amax=A1XIinmaxZlol ；G、第二預測值判斷11判斷重新計算出的Amax是否小于設定最大檢定點J3，是則執行第一預測結果12，否則執行第二預測結果13 ；所述第一預測結果12，是給出未通過預測的結論最大電壓只能升到數值A_，不能升到設定的最大檢定點J3的數值；當計算的X為正值時，提示增大串聯諧振回路電感量|X|，當計算的X為負值時，提示減小串聯諧振回路電感量|X| ；所述第二預測結果13，是給出通過預測的結論最大電壓能夠升到設定的最大檢 定點J3的數值；H、結束 14。
權利要求
1.一種現場電壓互感器誤差主動檢定系統，其特征在于 包括PC機(10)、無線程控調壓器(20)、升壓器(30)、串聯諧振回路(40)、標準電壓互感器(50)、被檢電壓互感器(60)、無線程控互感器校驗儀(70)和無線程控負荷箱(80)； PC機(10 )、無線程控調壓器(20 )、無線程控互感器校驗儀(70 )和無線程控負荷箱(80 )均通過無線連通組成無線通信網絡，實現互相通信； 無線程控調壓器(20)的輸出端通過電壓線連接升壓器(30)的輸入端； 升壓器(30)的輸出端通過電壓線連接串聯諧振回路(40)的輸入端，串聯諧振回路(40)的輸出端通過電壓線分別連接標準電壓互感器(50)的一次電壓輸入端和被檢電壓互感器(60)的一次電壓輸入端； 標準電壓互感器(50)的二次電壓輸出端通過電壓線連接無線程控互感器校驗儀(70)的輸入端； 被檢電壓互感器(60)的被檢繞組二次電壓輸出端通過電壓線分別連接無線程控互感器校驗儀(70)的輸入端和無線程控負荷箱(80)的輸入端，被檢電壓互感器(60)的其他繞組二次電壓輸出端通過電壓線連接到無線程控負荷箱(80 )的輸入端。
2.按權利要求I所述的現場電壓互感器誤差主動檢定系統的檢定方法，其特征在于包括下列步驟 開始(O) ①設備參數輸入(I) 確定無線程控調壓器(20)和升壓器(30)的設備性能參數； 要輸入的無線程控調壓器參數最大輸出電壓Uoutmax和最大輸出電流Iwtmax ； 要輸入的升壓器參數最大輸入電壓Uinmax和最大輸入電流Iinmax ； ②檢定參數設置(2) 根據被檢電壓互感器(60)的類型設置無線程控互感器校驗儀(70)和無線程控負荷箱(80)的參數； 要輸入的無線程控互感器校驗儀參數二次電壓量程D、檢定點1J1、檢定點2J2、和檢定點3J3 ； 要輸入的無線程控負荷箱參數負荷值B和負荷功率因數C ； ③升壓回路預測(3) 測算出升壓回路含源內阻抗的等效輸入阻抗Z’、升壓回路等效電阻R、升壓回路等效電抗X、程控調壓器最大輸出電流1。_和預測升壓最大值Amax，以便PC機判斷系統是否可以升壓至設定的最大檢定點J3，如不能升至設定值，則給出調整電抗參數具體數值的提示； ④預測結果判斷(4) 根據步驟③的測算結果，判斷是否升至設定值，是則程序進入步驟⑤，否則程序進入步驟⑥，程序結束； ⑤誤差自動測量(5) 根據步驟②預先設置好的檢定點和負荷箱參數對被檢電壓互感器(60)的誤差進行檢定并保存檢定數據； ⑥結束(6)。
3.按權利要求2所述的檢定方法，其特征在于所述步驟③升壓回路預測的方法包括下列步驟 開始(O); A、回路參數測量(I) 控制無線程控調壓器(20)輸出一定電壓值Usl，無線程控調壓器(20)測出U0l、I01,coscp , 3個變量的值，無線程控互感器校驗儀(70)測出A1的值，PC機檢定軟件讀回上述5個數值； B、電壓比較(2) 判斷電壓參數Uout隱是否大于Uinmax，是則執行第一回路參數計算(3)，否則執行第二回路參數計算(4)； 所述第一回路參數計算(3)，是根據回路參數測量(I)中讀回的數值按下式計算 Amax=A1 X Uinmax/U0l Z = U0l/I0l Iomax UirmlaxZzR=ZX coscp IX=ZX sin (arccos (coscp !)) 所述第二回路參數計算(4)，是根據回路參數測量(I)中讀回的數值按下式計算 Α—_Αι X Uoutmax/Usl
全文摘要
本發明公開了一種現場電壓互感器誤差主動檢定系統及其方法，涉及一種電壓互感器檢定系統。本系統包括PC機(10)、無線程控調壓器(20)、升壓器(30)、串聯諧振回路(40)、標準電壓互感器(50)、被檢電壓互感器(60)、無線程控互感器校驗儀(70)和無線程控負荷箱(80)。本方法包括①設備參數輸入；②檢定參數設置；③升壓回路預測；④預測結果判斷；⑤誤差自動測量；⑥結束。本發明將計算機控制代替人工控制，實現現場電壓互感器檢定過程的自動化，提高現場檢定工作的工作效率；檢定系統能自動判斷升壓回路實際負荷，計算出諧振參數，實時監測各路參數并進行保護控制，提高現場檢定工作的安全性。
文檔編號G01R35/02GK102854486SQ20121036398
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者葉利, 舒開旗, 申莉, 李俊, 李帆, 汪司珂, 柯姍姍, 王龍 申請人:湖北省電力公司電力科學研究院, 國家電網公司