专利名称：现场电压互感器误差主动检定系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种电压互感器检定系统，尤其涉及一种基于无线通信技术的现场电压互感器误差主动检定系统及其方法。
背景技术：
电力系统中的电压互感器是一种重要的高压输变电设备，主要用作电能计量的电压测量和继电保护的信号取样装置。发电厂和电网，电网和供电公司，供电公司和高压用户之间的电量贸易结算，都通过高压电能计量装置进行，根据《中华人民共和国计量法》，对关系到贸易结算的计量器具必须经过计量技术部门进行强制检定。2007年2月28日，国家质量监督检验检疫总局发布了 JJG1021-2007《电力互感器》检定规程，对电压互感器误差检定的线路和方法作出了规定，但是，由于电力系统中使用的各类电压互感器的原理不同、结构不同和安装环境不同，如有电容式电压互感器，电磁式电压互感器，电子式互感器，GIS(GasInsulated Switchgear,气体绝缘开关设备)电压互感器等,其升压模型和升压容量各异，导致依据规程进行互感器检定时的升压方式很多，有升压器直接升压、串联谐振升压和使用被试电磁式互感器升压等。长期以来，电压互感器现场检定依靠人工手动升压、人工记录测试数据的方式，人工出具检测报告，手动升压对操作人员的能力要求高，需要操作人员同时监测多个试验参数，特殊情况下，还需要多人同时配合监测多个参数，导致检定工作具有一定风险，工作效率低。虽然在实验室有全自动的标准电压互感器检定装置，实现电压互感器自动检定，但实验室环境与现场检定环境有着诸多不同，导致不能将实验室系统移植到现场系统，主要困难如下(I)现场电压互感器型号繁多，有电磁式、电容式、电子式和GIS内置式，升压系统一般为被试互感器升压和串联谐振升压。被试互感器升压时应被试互感器型号容量不一致，每次升压时的最高电压和最大电流限制不同，操作不当容易损坏试品；串联谐振升压一般用于电容式电压互感器或GIS内置电压互感器，安装于GIS中的电压互感器由于管道电容的存在，且GIS气室管道尺寸规格不同、长度不等以及接线布置方式不尽相同，从而造成了 GIS管道电容量的不确定性,在试验时需反复调节电感量或电容量参数才能成功,这对GIS电压互感器现场误差试验带来困难。因此现场升压系统的结构、原理和容量均与实验室有很大差别。(2)实验室被试互感器型号单一，均为不同电压等级的电磁式标准电压互感器，双绕组结构，现场电压互感器一般为三绕组以上结构，所接负荷箱数量、容量不一样。( 3 )实验室电源频率稳定，调压器一般为电工式调压器，现场条件下有时供电电源频率偏离50Hz ±0. 2Hz，电工式调压器不符合检定电容式电压互感器时对频率的要求；
(4)实验室检定设备集中布置，装置笨重，不易移动，控制系统总线结构为RS-232标准或并口的有线短距通信，不适应现场有时需要将升压系统和误差测量装置分开远距离使用的实际情况。
发明内容
针对上述现有技术手段存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种现场电压互感器误差主动检定系统及其方法，即提供一种基于无线通信技术的适用于现场使用的各类电压互感器的自动检定系统及其控制方法，能主动测量、计算出升压回路电气参数，并根据不同的调压器容量和升压器容量，预测升压幅度，主动提供参数调节依据，自动采集电压互感器检定数据，实时监控检定全过程，具有过压、过流、防震荡、防通信中断等保护功能，确保电压互感器检定过程安全、快速、准确。本发明的目的是这样实现的一、现场电压互感器误差主动检定系统(简称检定系统) 本检定系统包括PC机、无线程控调压器、升压器、串联谐振回路、标准电压互感器、被检电压互感器、无线程控互感器校验仪和无线程控负荷箱；其连接关系是PC机、无线程控调压器、无线程控互感器校验仪和无线程控负荷箱均通过无线连通组成无线通信网络，实现互相通信；无线程控调压器输出端通过电压线连接升压器输入端；升压器的输出端通过电压线连接串联谐振回路的输入端，串联谐振回路的输出端通过电压线分别连接标准电压互感器的一次电压输入端和被检电压互感器的一次电压输入端;标准电压互感器的二次电压输出端通过电压线连接无线程控互感器校验仪的输入端;被检电压互感器的被检绕组二次电压输出端通过电压线分别连接无线程控互感器校验仪的输入端和无线程控负荷箱的输入端，被检电压互感器的其他绕组二次电压输出端通过电压线连接到无线程控负荷箱的输入端。本检定系统的工作原理是本检定系统通过PC机中的检测软件控制无线程控互感器校验仪和无线程控负荷箱要求的工作状态，然后控制无线程控调压器输出工频小电压给升压器；升压器输出高电压后，PC机通过无线网络从无线程控调压器中读回Us (源的输出电动势)、U。(实际输出电压)、I0 (实际输出电流)和co^p(输出功率因数)，从无线程控互感器校验仪读回A (输出电压百分比)；PC机根据返回数据按照给定的算法计算出升压回路等效输入阻抗Z和V (含源的内阻抗)等；PC机根据升压器的输入电流、电压限值和升压器输出电流、电压限值，以及计算出的回路参数，判断检定系统是否可以升压至设定值，如不能升至设定值，则给出调整电抗参数的具体数值，方便工作人员据此调节试验参数，达到试验升压要求，主动完成电压互感器检定全过程。二、方法本包括下列步骤①设备参数输入；②检定参数设置；
③升压回路预测；④预测结果判断；⑤误差自动测量；⑥结束。·本发明具有以下优点和积极效果①将计算机控制代替人工控制，检定系统可在约IOOm直径范围内构成无线网络，实现现场电压互感器检定过程的自动化，提高现场检定工作的工作效率；②检定系统能自动判断升压回路实际负荷，计算出谐振参数，实时监测各路参数并进行保护控制，提高现场检定工作的安全性；③检定系统不受试验供电电源频率的影响，能准确检定各类型号的电压互感器；④对检定数据实现从现场的自动采集、保存到检定证书管理，提高工作效率。
图I是本检定系统的结构框图；图2无线程控调压器的原理框图；图3无线程控互感器校验仪的原理框图；图4无线程控负荷箱的原理框图；图5是本检定系统PC机检定软件的流程图；图6是本检定系统PC机检定软件中主动测量升压回路电气参数、预测升压幅度的流程图。其中10-PC 机；20—无线程控调压器；21-SPWM调压器，22-电压、电流、功率因数测量�？椋�23-第一 CPU，24-第一 WiFi无线通信模块；30-升压器；40-串联谐振回路；50—标准电压互感器；60-被检电压互感器；70-无线程控互感器校验仪；71—程控互感器校验仪，72—第二 CPU，73—第二 WiFi无线通信�？椋�80—无线程控负荷箱。81—程控负荷箱A，82—程控负荷箱B，83—第三CPU，84—第三WiFi无线通信�？�。
具体实施例方式一、系统I、总体如图1，本检定系统包括PC机10、无线程控调压器20、升压器30、串联谐振回路40、标准电压互感器50、被检电压互感器60、无线程控互感器校验仪70和无线程控负荷箱80 ；其连接关系是PC机10、无线程控调压器20、无线程控互感器校验仪70和无线程控负荷箱80均通过无线连通组成无线通信网络，实现互相通信；无线程控调压器20输出端通过电压线连接升压器30输入端；升压器30的输出端通过电压线连接串联谐振回路40的输入端，串联谐振回路40的输出端通过电压线分别连接标准电压互感器50的一次电压输入端和被检电压互感器60的一次电压输入端； 标准电压互感器50的二次电压输出端通过电压线连接无线程控互感器校验仪70的输入端；被检电压互感器60的被检绕组二次电压输出端通过电压线分别连接无线程控互感器校验仪70的输入端和无线程控负荷箱80的输入端，被检电压互感器60的其他绕组二次电压输出端通过电压线连接到无线程控负荷箱80的输入端。2、功能块I) PC 机 10PC机10是一种常用个人计算机,其硬件配置为主流配置,具备WiFi [是一种使用IEEE802. 11标准的无线局域网技术，可以将个人电脑、手持设备(如PDA、手机)等终端以无线方式互相连接]无线网卡，安装专用PC机检测软件。PC机检定软件见后文介绍。2)无线程控调压器20无线程控调压器20是基于SPWM(Sine pulse width modulation,正弦脉宽调制)原理的电压发生器，具备输出频率可控、输出电压可控，可将测量的输出电压、输出电流和功率因数数据通过WiFi无线传输的功能。如图2，无线程控调压器20由SPWM调压器21，电压、电流、功率因数测量�？�22，第一 WiFi无线通信�？�24以及第一 CPU 23组成，均有标准上市的产品。其连接关系是第一 CPU 23分别与SPWM调压器21，电压、电流、相位测量�？�22和第一 WiFi无线通信�？�24通过RS232通信接口连接，实现互相通信；SPWM调压器21的电压输出端通过电压线连接电压、电流、相位测量�？�22的输入端;无线程控调压器20传输的变量名及符号是源输出电压Us、输出电压U。、输出电流I。和输出功率因数coscp。无线程控调压器20传输的参数及符号是最大输出电压Uoutmax和最大输出电流
I outmax°无线程控调压器20的基本技术指标如下①电压调节范围0V 200V可调；②输出功率5kVA或IOkVA ；③输出频率45Hz 65Hz可调；
④电流保护IA 50A可设；⑤输出电压限值10V 200V可设；⑥测量功能电流、电压、功率因数；⑦通信功能WiFi无线通信。3)升压器 30升压器30是一种将交流小电压升为交流高电压的互感器。可以是专用的升压器，也可使用电磁式电压互感器当升压器使用。升压器30有标准上市产品。
升压器30的参数及符号是最大输入电压Uinmax和最大输入电流Iinmax。4 )串联谐振回路40串联谐振回路40包含高压可调电抗器和高压电容器组成，均有标准上市产品。高压可调电抗器由多节可调电抗器叠装而成，每节电抗器额定电压40kV。高压电容器为0. 02 U F/110kV,可多节串联使用。5)标准电压互感器50标准电压互感器50有标准上市产品。与被检电压互感器60变比相同，额定电压相同，准确度等级一般高于被检电压互感器60的两个等级。6 )被检电压互感器60是本检定系统的检定对象，有标准上市产品。7 )无线程控互感器校验仪70无线程控互感器校验仪70是采用差值法原理且工作频率为50Hz的用于测量互感器比例误差的互感器校验仪，具备WiFi无线通信控制功能。如图3，无线程控互感器校验仪70由程控互感器校验仪71，第二 WiFi无线通信�？�73以及第二 CPU 72组成，均有标准上市的产品。其连接关系是第二 CPU72分别与程控互感器校验仪71和第二 WiFi无线通信�？�73通过RS232通信接口连接，实现互相通信；无线程控互感器校验仪70传输的变量名及符号是百分比A、比值差f和相位差8。无线程控互感器校验仪70传输的参数及符号是二次电压量程D、检定点1J1、检定点2J2、和检定点3J3。无线程控互感器校验仪70的基本技术指标如下①电压量程100V、100VT \②通信功能WiFi无线通信。8)无线程控负荷箱80无线程控负荷箱80是在检定电压互感器时，给被检电压互感器60提供负荷，负荷由无源的阻抗器件组成，具备WiFi无线通信控制功能。如图4，无线程控负荷箱80由程控负荷箱A81、程控负荷箱B82、第三WiFi无线通信模块84以及第三CPU 83组成，均有标准上市的产品。其连接关系是第三CPU 83分别与程控负荷箱A81、程控负荷箱B81和第三WiFi无线通信�？�84通过RS232通信接口连接，实现互相通信。无线程控负荷箱80传输的参数及符号是负荷值B和负荷功率因数C。无线程控负荷箱80的基本技术指标如下①额定电压100V、100λ/ΙV;②负荷通道2路；③额定频率50Hz ;④功率因数0. 8、I. O ;
⑤负荷范围1.25VA 150VA ;⑥通信功能WiFi无线通信。二、方法如图5，本方法是基于上述检定系统由PC机10检定软件使用的主动检定方法，包括下列步骤开始O①设备参数输入I确定无线程控调压器20和升压器30的设备性能参数；要输入的无线程控调压器参数最大输出电压Uout順和最大输出电流Iratmax ；要输入的升压器参数最大输入电压Uinmax和最大输入电流Iinmax ；②检定参数设置2根据被检电压互感器60的类型设置无线程控互感器校验仪70和无线程控负荷箱80的参数；要输入的无线程控互感器校验仪参数二次电压量程D、检定点1J1、检定点2J2、和检定点3J3 ；要输入的无线程控负荷箱参数负荷值B和负荷功率因数C ；②升压回路预测3测算出升压回路含源内阻抗的等效输入阻抗Z’、升压回路等效电阻R、升压回路等效电抗X、程控调压器最大输出电流1。_和预测升压最大值Amax等，以便PC机判断系统是否可以升压至设定的最大检定点J3，如不能升至设定值，则给出调整电抗参数具体数值的提不;④预测结果判断4根据步骤③的测算结果，判断是否升至设定值，是则程序进入步骤⑤，否则程序进入步骤⑥，程序结束；⑤误差自动测量5根据步骤②预先设置好的检定点和负荷箱参数对被检电压互感器60的误差进行检定并保存检定数据；⑥结束6。所述步骤③升压回路预测的方法，如图6，包括下列步骤开始O;A、回路参数测量I控制无线程控调压器20输出一定电压值Usl，无线程控调压器20测出Iol,COSf ! 3个变量的值，无线程控互感器校验仪70测出A1的值，PC机检定软件读回上述5个数值；B、电压比较2判断电压参数Uwtmax是否大于Uinmax,是则执行第一回路参数计算3，否则执行第二回路参数计算4 ；所述第一回路参数计算3，是根据回路参数测量I中读回的数值按下式计算Amax=A1XUiJUol Z = Uol/IolI0max=Uimiax/Z
R二ZX coscp i
X二ZXsin (arccos (coscp ι))所述第二回路参数计算4，是根据回路参数测量I中读回的数值按下式计算Amax=A1XUoutmaiZUslV =Usl/IolZ = Uol/IolI。眶=UoutniaxZZ ’
R=ZX coscp ι
X=ZX sin (arccos (cos(p j)；C、第一预测值判断5判断比较计算出的Amax是否小于设定最大检定点J3，是则执行第一预测结果12，否则执行第一电流比较6;D、第一电流比较6判断计算值1。_是否大于参数值Umax，是则执行第二电流比较7，否则执行第三电流比较8 ;E、第二电流比较7判断参数值Iwtmax是否大于参数值Iinmax,是则执行第二预测值计算10，否则执行第一预测值计算9 ；所述第一预测值计算9，是按下式重新计算预测升压最大值Amax=A1XI
outmax/1 ol F、第三电流比较8判断计算值1。_是否大于参数值Iinmax,是则执行第二预测值计算10，否则执行第二预测结果13 ；所述第二预测值计算10，是按下式重新计算预测升压最大值Amax=A1XIinmaxZlol ；G、第二预测值判断11判断重新计算出的Amax是否小于设定最大检定点J3，是则执行第一预测结果12，否则执行第二预测结果13 ；所述第一预测结果12，是给出未通过预测的结论最大电压只能升到数值A_，不能升到设定的最大检定点J3的数值；当计算的X为正值时，提示增大串联谐振回路电感量|X|，当计算的X为负值时，提示减小串联谐振回路电感量|X| ；所述第二预测结果13，是给出通过预测的结论最大电压能够升到设定的最大检 定点J3的数值；H、结束 14。
权利要求
1.一种现场电压互感器误差主动检定系统，其特征在于 包括PC机(10)、无线程控调压器(20)、升压器(30)、串联谐振回路(40)、标准电压互感器(50)、被检电压互感器(60)、无线程控互感器校验仪(70)和无线程控负荷箱(80)； PC机(10 )、无线程控调压器(20 )、无线程控互感器校验仪(70 )和无线程控负荷箱(80 )均通过无线连通组成无线通信网络，实现互相通信； 无线程控调压器(20)的输出端通过电压线连接升压器(30)的输入端； 升压器(30)的输出端通过电压线连接串联谐振回路(40)的输入端，串联谐振回路(40)的输出端通过电压线分别连接标准电压互感器(50)的一次电压输入端和被检电压互感器(60)的一次电压输入端； 标准电压互感器(50)的二次电压输出端通过电压线连接无线程控互感器校验仪(70)的输入端； 被检电压互感器(60)的被检绕组二次电压输出端通过电压线分别连接无线程控互感器校验仪(70)的输入端和无线程控负荷箱(80)的输入端，被检电压互感器(60)的其他绕组二次电压输出端通过电压线连接到无线程控负荷箱(80 )的输入端。
2.按权利要求I所述的现场电压互感器误差主动检定系统的检定方法，其特征在于包括下列步骤 开始(O) ①设备参数输入(I) 确定无线程控调压器(20)和升压器(30)的设备性能参数； 要输入的无线程控调压器参数最大输出电压Uoutmax和最大输出电流Iwtmax ； 要输入的升压器参数最大输入电压Uinmax和最大输入电流Iinmax ； ②检定参数设置(2) 根据被检电压互感器(60)的类型设置无线程控互感器校验仪(70)和无线程控负荷箱(80)的参数； 要输入的无线程控互感器校验仪参数二次电压量程D、检定点1J1、检定点2J2、和检定点3J3 ； 要输入的无线程控负荷箱参数负荷值B和负荷功率因数C ； ③升压回路预测(3) 测算出升压回路含源内阻抗的等效输入阻抗Z’、升压回路等效电阻R、升压回路等效电抗X、程控调压器最大输出电流1。_和预测升压最大值Amax，以便PC机判断系统是否可以升压至设定的最大检定点J3，如不能升至设定值，则给出调整电抗参数具体数值的提示； ④预测结果判断(4) 根据步骤③的测算结果，判断是否升至设定值，是则程序进入步骤⑤，否则程序进入步骤⑥，程序结束； ⑤误差自动测量(5) 根据步骤②预先设置好的检定点和负荷箱参数对被检电压互感器(60)的误差进行检定并保存检定数据； ⑥结束(6)。
3.按权利要求2所述的检定方法，其特征在于所述步骤③升压回路预测的方法包括下列步骤 开始(O); A、回路参数测量(I) 控制无线程控调压器(20)输出一定电压值Usl，无线程控调压器(20)测出U0l、I01,coscp , 3个变量的值，无线程控互感器校验仪(70)测出A1的值，PC机检定软件读回上述5个数值； B、电压比较(2) 判断电压参数Uout隱是否大于Uinmax，是则执行第一回路参数计算(3)，否则执行第二回路参数计算(4)； 所述第一回路参数计算(3)，是根据回路参数测量(I)中读回的数值按下式计算 Amax=A1 X Uinmax/U0l Z = U0l/I0l Iomax UirmlaxZzR=ZX coscp IX=ZX sin (arccos (coscp !)) 所述第二回路参数计算(4)，是根据回路参数测量(I)中读回的数值按下式计算 Α—_Αι X Uoutmax/Usl
全文摘要
本发明公开了一种现场电压互感器误差主动检定系统及其方法，涉及一种电压互感器检定系统。本系统包括PC机(10)、无线程控调压器(20)、升压器(30)、串联谐振回路(40)、标准电压互感器(50)、被检电压互感器(60)、无线程控互感器校验仪(70)和无线程控负荷箱(80)。本方法包括①设备参数输入；②检定参数设置；③升压回路预测；④预测结果判断；⑤误差自动测量；⑥结束。本发明将计算机控制代替人工控制，实现现场电压互感器检定过程的自动化，提高现场检定工作的工作效率；检定系统能自动判断升压回路实际负荷，计算出谐振参数，实时监测各路参数并进行保护控制，提高现场检定工作的安全性。
文档编号G01R35/02GK102854486SQ20121036398
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者叶利, 舒开旗, 申莉, 李俊, 李帆, 汪司珂, 柯姗姗, 王龙 申请人:湖北省电力公司电力科学研究院, 国家电网公司
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