基于labview的電子式電壓互感器檢驗系統(tǒng)

0電子式整體路徑校驗系統(tǒng)隨著數(shù)字電源和智能電網(wǎng)的需求，電子繼續(xù)執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。電子式互感器的二次輸出與傳統(tǒng)的電磁式互感器不同,分為數(shù)字輸出和模擬輸出兩種,高壓互感器一般由合并單元通過以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)字輸出。這種數(shù)字輸出方式一般遵循國際電工委員會頒布的IEC60044-7、IEC60044-8,以及IEC61850-9等標準。電子式互感器校驗系統(tǒng)用來對電子式互感器的比差和角差進行校驗。由于電子式互感器不同于傳統(tǒng)的電磁式互感器,其校驗原理和方法與傳統(tǒng)互感器校驗方法完全不同,因此傳統(tǒng)互感器的校驗方法不能使用。本文介紹的校驗系統(tǒng)基于Labview平臺,通過讀取合并單元的數(shù)據(jù),配合高精度標準表,結(jié)合同步卡和數(shù)字信號處理實現(xiàn)對互感器的檢驗,對于校驗10~500kV電壓等級的電子式電壓互感器和額定電流為5~5000A的電子式電流互感器能夠達到萬分之五的精度。實驗測試和現(xiàn)場測試表明,測試系統(tǒng)精度高,性能穩(wěn)定可靠,能滿足對電子式互感器比差和角差進行校驗的要求。1試驗系統(tǒng)的原理1.1帶標準電子式整體轉(zhuǎn)型單元電壓傳感校驗本校驗系統(tǒng)原理框圖如圖1和圖2所示,其中圖1為電子式電流互感器校驗原理圖,圖2為電子式電壓互感器校驗原理圖。電流互感器校驗原理為:將標準電磁式電流互感器與被試電子式電流互感器一次側(cè)串聯(lián),由升流器為互感器一次側(cè)提供電流。調(diào)節(jié)自耦變壓器改變升流器輸出電流的大小。標準CT的二次側(cè)接標準電阻,取電阻上的電壓并送入八位半高精度數(shù)字萬用表。電子式互感器高壓側(cè)獲取的電流信號由光纖送入低壓側(cè)的合并單元。計算機通過GPIB獲取標準CT的測量結(jié)果,通過以太網(wǎng)獲取電子式互感器的測量結(jié)果。由計算機提供時鐘同步信號對被試電子式互感器和萬用表進行同步采樣,經(jīng)過數(shù)字濾波、DFT運算等信號處理,計算出電流比值誤差和相位誤差。電壓互感器校驗原理與電流互感器校驗原理類似,不同的是,標準電磁式電壓互感器與被試電子式電壓互感器一次側(cè)并聯(lián),由升壓器為互感器一次側(cè)提供電壓。通過調(diào)節(jié)自耦變壓器來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。1.2合并單元與校驗系統(tǒng)在IEC60044-8標準中合并單元(MergingUnit,本文也稱作合并器)有如下定義:用以對來自二次轉(zhuǎn)換器的電流和/或電壓數(shù)據(jù)進行時間相關(guān)組合的物理單元。合并單元可以是現(xiàn)場互感器的一個組成部件,或可能是一個分立單元,例如裝在控制室內(nèi),或開關(guān)柜上。系統(tǒng)圖如圖3所示。合并單元主要功能是同步接收12路電子式互感器輸出的數(shù)字信號(12路信號按照IEC60044-8標準規(guī)定的DATASET數(shù)據(jù)通道定義),并按照IEC60044-8標準規(guī)定的幀格式發(fā)送給保護、測量及控制設(shè)備。電子式互感器通過合并單元傳送數(shù)字信號與通信網(wǎng)絡(luò)容易接口,且傳輸過程中沒有附加誤差,同時隨著數(shù)字化變電站的推廣和建立,電子式互感器直接向二次設(shè)備提供數(shù)字量,省去原來保護、測控、計量裝置中的變換器、A/D采樣、信號調(diào)理部分,使二次設(shè)備得到大大的簡化,推動數(shù)字化變電站的發(fā)展和應(yīng)用。合并單元一般提供12路電流和電壓信號,其中7路電流信號,5路電壓信號,他們按一定的規(guī)則打包并通過以太網(wǎng)輸出。合并單元一般由被檢測的用戶提供,一般都遵循GBT-20840.7/8和IEC61850-9標準。合并單元與校驗系統(tǒng)連接主要包括兩個部分,一是同步脈沖信號的連接,一是以太網(wǎng)的連接。具體連接如圖3所示。合并單元與校驗系統(tǒng)的連接框圖如圖4所示。1.3iec65509-2與地臺數(shù)據(jù)通訊IEC61850標準對電子式互感器的采樣值傳輸服務(wù)功能劃分了2種不同的映射方法,即IEC618509-1和IEC618509-2部分。IEC618509-1在很大程度上遵循IEC60044-7和IEC60044-8,輸入交流通道為12路,數(shù)據(jù)幀格式固定,采用點對點或一點對多點的單向通信方式。此外,還增加了反映開關(guān)狀態(tài)的二進制輸入信息和時間標簽信息,通信采用以太網(wǎng)的鏈路層底層協(xié)議完成。IEC618509-2除了支持直接映射到數(shù)據(jù)鏈路層的“SendMSVMessage”服務(wù)外,還支持向制造報文規(guī)范(MMS)的映射,可以重新配置輸入通道數(shù)、采樣頻率等參數(shù),支持對數(shù)據(jù)集的更改和對數(shù)據(jù)對象的直接訪問,可靈活配置幀格式。目前很多互感器并沒有實現(xiàn)IEC618509-2通信。本設(shè)計遵循IEC618509-1及IEC618509-2通信協(xié)議。2系統(tǒng)操作界面的實現(xiàn)本校驗系統(tǒng)使用LabVIEW8.6軟件設(shè)計,軟件界面包括是三個部分:系統(tǒng)校驗界面、詳細參數(shù)分析界面和系統(tǒng)檢定界面。系統(tǒng)檢定界面主要完成軟件計算后將結(jié)果統(tǒng)計顯示,如圖5所示。該界面是整個系統(tǒng)的核心,在參數(shù)配置完成后,點擊開始按鍵,系統(tǒng)按照配置的參數(shù)“一鍵式”完成整個檢驗檢測,并能夠顯示標準源幅值百分比、系統(tǒng)頻率,比差(最大值、最小值和平均值)、相位差(最大值、最小值和平均值)、每次比較的實時波形及系統(tǒng)檢驗?zāi)壳皥?zhí)行的進度、每次比較的詳細參數(shù)列表(比較次數(shù)、幅值百分比、比差、相位差和本次比較數(shù)據(jù)是否有效等)。參數(shù)分析界面主要實現(xiàn)時域分析和頻譜分析,針對校驗結(jié)果不合格的互感器自動分析和顯示兩路信號的幅度譜,然后分析直流、2~20次諧波所占基波的百分比,同時計算總諧波畸變率。3工作原理分析校驗系統(tǒng)在校驗額定電壓或額定電流時,由于此時信噪比較高,校驗精度相對來說較容易能達到要求,但是在對5%甚至1%的弱信號進行校驗時,由于信噪比較低,電磁干擾大,往往達不到校驗精度,因此校驗系統(tǒng)需要有良好的抗干擾和濾波設(shè)計,保證對寬電壓范圍和寬電流范圍的校驗精度。(2)準同步算法嚴格的同步采樣在實際應(yīng)用中極難實現(xiàn),尤其是固定采樣頻率下,測量電網(wǎng)參數(shù)基本上不可能做到同步采樣。此時存在非同步誤差,它成為測量系統(tǒng)的主要誤差。在非同步采樣的前提下,通過計算達到同步采樣的結(jié)果,此時稱為準同步采樣。通過使用現(xiàn)代數(shù)值分析的方法提高測量精度,從時域角度來說稱為準同步算法。(3)加窗FFT實際電網(wǎng)信號往往并不只有基頻信號,它還含有豐富的諧波分量,而且諧波分量的幅值一般僅為基波分量幅值的百分之幾或更小。當對電網(wǎng)信號進行非同步采樣時,基波分量的頻譜泄漏將嚴重影響基頻分量的頻譜,從而導(dǎo)致校驗系統(tǒng)比差產(chǎn)生很大的誤差。同時對諧波分量的頻譜分析影響也很大,若相鄰諧波之間的幅值相差過大,幅值大的諧波分量同樣有可能淹沒幅值小的諧波分量。采用恰當?shù)募哟昂瘮?shù)可以提高FFT的計算精度。4測試測試4.1電子式整體傳感校驗為了檢驗測試系統(tǒng)的正確性,在實驗室做了如下試驗。用標準信號源(其交流電壓精度在2.2mV~220V范圍內(nèi)均可以達到100×10-4)提供標準電壓信號,結(jié)合互感器校驗儀(幅差調(diào)節(jié)精度可以達到十萬分之一,相差調(diào)節(jié)精度可以達到3秒)對比差和角差進行測量,測量結(jié)果表明校驗系統(tǒng)能達到萬分之五的精度,能校驗0.2級精度等級的電子式互感器。4.2電流器整體校驗(1)電子式電流互感器的現(xiàn)場校驗根據(jù)圖1校驗系統(tǒng)的連接方法,對0.2級精度等級的電子式電流互感器進行了校驗?，F(xiàn)場檢定記錄如表1、表2所示。(日期:2009.3.31;互感器類型:電子式電流互感器;檢驗通道:A相;測量電流額定變比:300A/1A;比較次數(shù):10次;互感器固有延時:188μs)。測試表明,該電子式電流互感器達到0.2級測量精度。(2)電子式電壓互感器的現(xiàn)場校驗根據(jù)圖2校驗系統(tǒng)的連接方法,對0.2級精度等級的電子式電壓互感器進行了校驗。現(xiàn)場檢定記錄如表3、表4所示。(日期:2009.3.31;互感器類型:電子式電壓互感器;檢驗通道:A相;測量電壓額定變比:110kV/57.7V;比較次數(shù):10次;互感器固有延時:188μs)。由于所測