專利名稱：電流互感器剩磁測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電流互感器剩磁測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法，屬于電能參數(shù)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電流互感器中的直流剩磁會(huì)影響互感器誤差，從而影響計(jì)量和保護(hù)性能，制造廠只能夠保證電流互感器出廠前沒(méi)有剩磁，由此造成的誤差影響量限制在一個(gè)合格的范圍內(nèi)，如果電流信號(hào)取自受直流剩磁影響嚴(yán)重的電流互感器將導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行時(shí)的誤差增大，電流互感器產(chǎn)生剩磁后對(duì)計(jì)量特性影響顯著，比正常狀況下誤差增加一倍以上，乃至嚴(yán)重超差，造成電能計(jì)量和貿(mào)易結(jié)算不公，電網(wǎng)內(nèi)電磁式電流互感器占絕大多數(shù)，不同程度存在直流剩磁影響問(wèn)題。為了保持儀表不受故障電流的損壞，計(jì)量繞組更容易飽和，更容易使剩磁保持在較高水平，為了保證計(jì)量裝置準(zhǔn)確性和繼電保護(hù)裝置獲取電流信號(hào)的正確性，必須對(duì)直流剩磁效應(yīng)進(jìn) 行研究分析，采取有效的防范措施，而剩磁系數(shù)則是研究直流剩磁效應(yīng)的一個(gè)重要參數(shù)因此迫切需要選擇合理的方法對(duì)剩磁系數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)取G216847-1997《保護(hù)用電流互感器暫態(tài)特性技術(shù)要求》規(guī)定采用交流法、第一直流法、第二直流法和電容放電法測(cè)取剩磁系數(shù)，以下為對(duì)這四種方法的具體內(nèi)容、存在的不足及需要進(jìn)一步改進(jìn)的部分的說(shuō)明:(I)交流法具體內(nèi)容為:在電流互感器的二次端子上施加正弦波交流電壓，一次側(cè)開(kāi)路，測(cè)量相應(yīng)的勵(lì)磁電流和感應(yīng)電壓，并且需另外測(cè)取二次端子直流電阻的值，進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算得到電流互感器鐵心的動(dòng)態(tài)磁滯回線，當(dāng)電流互感器飽和時(shí)，相應(yīng)的磁通量0 s為飽和磁通量，然后調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，當(dāng)勵(lì)磁電流為零時(shí)對(duì)應(yīng)的磁通量為剩磁，求得電流互感器的剩磁系數(shù)為 Kr= 4) r/ 4) s ；存在不足:交流法沒(méi)有考慮到電流互感器的初始磁通不為零這種情況；測(cè)試過(guò)程中不能直接得到二次繞組直流電阻的值，測(cè)試過(guò)程繁瑣；若二次繞組線圈的電感量很大，達(dá)到飽和需要的勵(lì)磁電壓會(huì)很高，對(duì)測(cè)量難度和安全操作方面有一定影響。(2)第一直流法具體內(nèi)容為:將電流互感器的一次側(cè)開(kāi)路，在二次端子施加一適當(dāng)直流電壓進(jìn)行充電，直到回路中電流達(dá)到恒定值，然后切斷直流電源，二次繞組電感開(kāi)始放電，直到回路電流降為零，測(cè)量相應(yīng)的勵(lì)磁電流和感應(yīng)電壓，進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算得到電流互感器的勵(lì)磁特性曲線，當(dāng)電流互感器飽和時(shí)，相應(yīng)的磁通量0 s為飽和磁通量，當(dāng)勵(lì)磁電流為零時(shí)對(duì)應(yīng)的磁通量Ar為剩磁,求得電流互感器的剩磁系數(shù)為Kr= r/s ；存在不足:第一直流法沒(méi)有考慮到互感器初始磁通不為零這種情況；若二次繞組線圈的電感量很小，則充電過(guò)程非常短，不利于電流、電壓數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集。(3)第二直流法具體內(nèi)容為:將電流互感器的一次側(cè)開(kāi)路，采用電容器的電荷從二次端子對(duì)電流互感器鐵心勵(lì)磁，在二次端子施加一適當(dāng)直流電壓進(jìn)行充電，直到回路中電流達(dá)到恒定值Im，在測(cè)量過(guò)程中測(cè)取時(shí)間常數(shù)T，對(duì)T進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算得到勵(lì)磁電感Lm，根據(jù)計(jì)算磁通量的公式4>=Lm*Im,分別計(jì)算出飽和磁通量剩磁小r,最終求得電流互感器的剩磁系數(shù)為Kr= r/ s ;存在不足:沒(méi)有考慮到電流互感器的初始磁通不為零的情況；測(cè)量過(guò)程繁瑣，操作復(fù)雜。(4)電容放電法具體內(nèi)容為:將電流互感器的一次側(cè)開(kāi)路，采用電容器的電荷從二次端子對(duì)電流互感器鐵心勵(lì)磁，直到鐵心飽和，測(cè)量相應(yīng)的勵(lì)磁電流和感應(yīng)電壓，進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算得到電流互感器的勵(lì)磁特性曲線，當(dāng)電流互感器飽和時(shí)，相應(yīng)的磁通量0 s為飽和磁通量，當(dāng)勵(lì)磁電流為零時(shí)對(duì)應(yīng)的磁通量為剩磁,求得電流互感器的剩磁系數(shù)為Kr= r/s ；存在不足:電容放電法沒(méi)有考慮到互感器初始磁通不為零的情況；測(cè)量過(guò)程繁瑣，操作復(fù)雜。需要改進(jìn)之處:由

圖1所述的傳統(tǒng)方法測(cè)試曲線可以知道，當(dāng)電流互感器的初始磁通量不為零時(shí)，s測(cè)=4> s-4) (0),同理4>r測(cè)=4>r-4) (0),計(jì)算剩磁系數(shù)時(shí)，Kr=4>r測(cè)/> s測(cè)=(小r- MO)) / (小S- MO))，因此MO)越大，剩磁系數(shù)Kr的誤差就越大，上述四種方法，由于忽視電流互感器的初始磁通量不為零額情況，測(cè)取剩磁系數(shù)存在誤差，所以在新的測(cè)量方法中需要考慮電流互感器初始磁通量不為零的情況。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)上述的四種電流互感器測(cè)取剩磁系數(shù)的方法存在的不足，提供的一種電流互感器剩磁測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法，能夠避免因忽視互感器初始磁通量不為零時(shí)帶來(lái)的測(cè)量誤差，提高了電流互感器測(cè)取剩磁系數(shù)的準(zhǔn)確性，保證電流互感器在電能計(jì)量和貿(mào)易結(jié)算使用的公平，具有良好的應(yīng)用前景。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種電流互感器剩磁測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:包括測(cè)量過(guò)程操作單元，用于對(duì)電流互感器充電操作、放電操作和反向充電操作；數(shù)據(jù)采集單元，用于采集電流互感器的二次側(cè)數(shù)據(jù)，并將所采集的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送給上位機(jī)；上位機(jī)，用于接收數(shù)據(jù)采集單元采集的數(shù)據(jù)信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算顯示出剩磁系數(shù)，自動(dòng)判斷測(cè)量過(guò)程操作單元的電路運(yùn)行狀態(tài)，控制測(cè)量過(guò)程操作單元的操作狀態(tài)；所述上位機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元與測(cè)量過(guò)程操作單元相連接，所述測(cè)量過(guò)程操作單元與電流互感器的二次側(cè)相連接，所述電流互感器的二次側(cè)還通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元與上位機(jī)相連接。前述的電流互感器剩磁測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述測(cè)量過(guò)程操作單元包括直流源、第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器和放電電阻，所述第一繼電器控制直流源正向接入電流互感器的二次側(cè)，第二繼電器控制直流源反向接入電流互感器的二次側(cè)，第三繼電器控制放電電阻接入電流互感器的二次側(cè)。前述的電流互感器剩磁測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集單元包括
電流傳感器，用于測(cè)取電流互感器的勵(lì)磁電流信號(hào)；電壓傳感器，用于測(cè)取電流互感器的二次側(cè)端子的端電壓；數(shù)據(jù)采集卡，用于采集電流傳感器、電壓傳感器輸出的電流信號(hào)和電壓信號(hào)，傳送給上位機(jī)，并接收上位機(jī)的發(fā)出控制信號(hào)，控制測(cè)量過(guò)程操作單元中繼電器的開(kāi)合。基于上述的電流互感器剩磁測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于:包括以下步驟，步驟(I)上位機(jī)控制測(cè)量過(guò)程操作單元中第一繼電器閉合，對(duì)電流互感器正向充電操作，計(jì)算二次繞組直流電阻阻值Rct ；步驟(2 )判斷電流互感器是否已到正向充電飽和狀態(tài)，若已到正向充電飽和狀態(tài)，上位機(jī)控制測(cè)量過(guò)程操作單元中第一繼電器斷開(kāi)、第三繼電器閉合，對(duì)電流互感器進(jìn)行放電操作，計(jì)算正向充電操作 過(guò)程中的磁通變化量; 步驟(3 )判斷電流互感器是否放電完成，若放電完成，上位機(jī)控制測(cè)量過(guò)程操作單元中第二繼電器閉合、第三繼電器斷開(kāi)，對(duì)電流互感器反向充電操作，計(jì)算放電過(guò)程中的磁通變化量小2 ;步驟(4 )判斷電流互感器是否已到反向充電飽和狀態(tài)，若已到反向充電飽和狀態(tài)，上位機(jī)控制測(cè)量過(guò)程操作單元中第二繼電器斷開(kāi)、第三繼電器閉合，對(duì)電流互感器進(jìn)行放電操作，計(jì)算反向充電操作過(guò)程中的磁通變化量小3 ;步驟(5 )判斷電流互感器是否放電完成，若放電完成，上位機(jī)控制測(cè)量過(guò)程操作單元中第三繼電器斷開(kāi)；步驟(6)根據(jù)放電過(guò)程中的磁通變化量小2和反向充電操作過(guò)程中的磁通變化量小3，計(jì)算電流互感器的剩磁系數(shù)；步驟(7)上位機(jī)對(duì)計(jì)算的電流互感器的剩磁系數(shù)進(jìn)行保存與顯示。前述的電流互感器剩磁測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于:步驟(I)計(jì)算二次繞組直流電阻阻值Rct,根據(jù)公式(I)得到
權(quán)利要求
1.一種電流互感器剩磁測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:包括 測(cè)量過(guò)程操作單元，用于對(duì)電流互感器充電操作、放電操作和反向充電操作； 數(shù)據(jù)采集單元，用于采集電流互感器的二次側(cè)數(shù)據(jù)，并將所采集的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送給上位機(jī)； 上位機(jī)，用于接收數(shù)據(jù)采集單元采集的數(shù)據(jù)信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算顯示出剩磁系數(shù)，自動(dòng)判斷測(cè)量過(guò)程操作單元的電路運(yùn)行狀態(tài)，控制測(cè)量過(guò)程操作單元的操作狀態(tài)； 所述上位機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元與測(cè)量過(guò)程操作單元相連接，所述測(cè)量過(guò)程操作單元與電流互感器的二次側(cè)相連接，所述電流互感器的二次側(cè)還通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元與上位機(jī)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流互感器剩磁測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述測(cè)量過(guò)程操作單元包括直流源、第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器和放電電阻，所述第一繼電器控制直流源正向接入電流互感器的二次側(cè)，第二繼電器控制直流源反向接入電流互感器的二次側(cè)，第三繼電器控制放電電阻接入電流互感器的二次側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流互感器剩磁測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集單元包括 電流傳感器，用于測(cè)取電流互感器的勵(lì)磁電流信號(hào)； 電壓傳感器，用于測(cè)取電流互感器的二次側(cè)端子的端電壓； 數(shù)據(jù)采集卡，用于采集電流傳感器、電壓傳感器輸出的電流信號(hào)和電壓信號(hào)，傳送給上位機(jī)，并接收上位機(jī)的發(fā)出控制信號(hào)，控制測(cè)量過(guò)程操作單元中繼電器的開(kāi)合。
4.基于權(quán)利要求1的電流互感器剩磁測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于:包括以下步驟， 步驟(I)上位機(jī)控制測(cè)量過(guò)程操作單元中第一繼電器閉合，對(duì)電流互感器正向充電操作，計(jì)算二次繞組直流電阻阻值Rct ； 步驟(2)判斷電流互感器是否已到正向充電飽和狀態(tài)，若已到正向充電飽和狀態(tài)，上位機(jī)控制測(cè)量過(guò)程操作單元中第一繼電器斷開(kāi)、第三繼電器閉合，對(duì)電流互感器進(jìn)行放電操作，計(jì)算正向充電操作過(guò)程中的磁通變化量叭； 步驟(3 )判斷電流互感器是否放電完成，若放電完成，上位機(jī)控制測(cè)量過(guò)程操作單元中第二繼電器閉合、第三繼電器斷開(kāi)，對(duì)電流互感器反向充電操作，計(jì)算放電過(guò)程中的磁通變化量； 步驟(4)判斷電流互感器是否已到反向充電飽和狀態(tài)，若已到反向充電飽和狀態(tài)，上位機(jī)控制測(cè)量過(guò)程操作單元中第二繼電器斷開(kāi)、第三繼電器閉合，對(duì)電流互感器進(jìn)行放電操作，計(jì)算反向充電操作過(guò)程中的磁通變化量小3 ; 步驟(5 )判斷電流互感器是否放電完成，若放電完成，上位機(jī)控制測(cè)量過(guò)程操作單元中第三繼電器斷開(kāi)； 步驟(6)根據(jù)放電過(guò)程中的磁通變化量和反向充電操作過(guò)程中的磁通變化量小3，計(jì)算電流互感器的剩磁系數(shù)； 步驟(7)上位機(jī)對(duì)計(jì)算 的電流互感器的剩磁系數(shù)進(jìn)行保存與顯示。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流互感器剩磁測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于:步驟(I)計(jì)算二次繞組直流電阻阻值Rct，根據(jù)公式(I)得到
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流互感器剩磁測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于:步驟(2)計(jì)算正向充電操作過(guò)程中的磁通變化量叭的方法如下: 1)根據(jù)公式(2)，得到正向充電到勵(lì)磁電流Im穩(wěn)定不變時(shí)的磁通變化量O。，
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流互感器剩磁測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于:步驟(3)所述計(jì)算放電過(guò)程中的磁通變化量0 2，根據(jù)公式(4)得到的，公式(4)如下，
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流互感器剩磁測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于:步驟(4)所述計(jì)算反向充電操作過(guò)程中的磁通變化量，根據(jù)公式(5)得到的，公式(5)如下， (5)
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流互感器剩磁測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于:步驟(6)所述計(jì)算電流互感器的剩磁系數(shù)的方法如下， .1)根據(jù)公式(6)，計(jì)算正向充電飽和時(shí)的磁通值(^， s= r- 2 (6) 其中，為電流互感器剩磁； .2 )根據(jù)公式(7 )，計(jì)算反向飽和磁通值-小s， -(J) s=_ (J) r- (J) 3 (7) .3)根據(jù)公式(6)和公式(7)，得到 S=-(2+3)/2 (8) r= (2-3)/2 (9) .4)根據(jù)剩磁系數(shù)&計(jì)算公式(10)，得到剩磁系數(shù)&為，Kr= 4>r/4>s (10)將公式(4)、公式(5)、公式(8)和公式(9)代入公式(10)，得到剩磁系數(shù)Kr為，
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電流互感器剩磁測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法，上位機(jī)接收數(shù)據(jù)單元傳送的電流互感器的數(shù)據(jù)信號(hào)，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出剩磁系數(shù)，并且自動(dòng)判斷測(cè)量過(guò)程操作單元的運(yùn)行狀態(tài)，控制繼電器的閉合狀態(tài)，在電流互感器的一次側(cè)開(kāi)路條件下，對(duì)二次側(cè)依次進(jìn)行正向充電到電流互感器飽和狀態(tài)、放電、反向充電到電流互感器飽和狀態(tài)，運(yùn)算得到正向充電過(guò)程、放電過(guò)程、反向充電過(guò)程的磁通變化量，再對(duì)這三個(gè)磁通變化量運(yùn)算，可得到準(zhǔn)確的剩磁系數(shù)，消除電流互感器初始鐵心磁通不為零產(chǎn)生的剩磁系數(shù)測(cè)量誤差，提高了電流互感器測(cè)取剩磁系數(shù)的準(zhǔn)確性，保證電流互感器在電能計(jì)量和貿(mào)易結(jié)算使用的公平，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01R33/12GK103176147SQ201310080320
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者陳剛, 李紅斌, 黃奇峰, 王忠東, 范潔, 陳銘明, 盧樹(shù)峰, 楊世海, 張明明, 徐敏銳, 駱潘鈿, 田正其 申請(qǐng)人:江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院, 華中科技大學(xué), 江蘇省電力公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司