交直流传感器宽频校验仪及其性能检测标定方法与流程

1.本发明专利属于交、直流互感器测试的技术领域，尤其是一种交、直流互感器宽频特性检测仪器。


背景技术：

2.随着直流输电系统的不断发展，尤其是柔性直流输电等新兴技术的应用推广，交直流互感器作为直流输电系统建设和运行的重要一次设备，运行可靠性和测量准确性直接关系到直流输电系统的安全稳定运行。随着智能电网技术的不断发展，尤其是直流互感器国产化、属地化运维管理后，直流互感器现场校准的需求也越来越迫切。
3.交流和直流互感器二次输出一般分为模拟量和数字量，在工程现场开展试验、调试时，多数情况下要同时具备开展不同原理交、直流互感器稳态精度误差校验、频率响应试验和阶跃响应或暂态特性试验。因此，便要求施工现场校验系统具有多类型标准输出信号、被试互感器输出信号采集能力，也要兼顾模拟量输出的传统电力互感器，另外还要具备常规直流、柔性直流工程中电子式互感器的多类型协议自适应接收处理。
4.现场检测中标准器二次信号传输易受干扰，且现场高压试验一次和二次难以隔离。加之被测交、直流互感器既有模拟量输出，也有数字量输出型，同时二次输出信号呈现出多类型。由此造成了施工现场需准备的仪器种类复杂，且操作难度大。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种交直流传感器宽频校验仪及其性能检测标定方法，以解决交直流互感器在校准时需要多设备协同工作，且操作难度大的问题。
6.本发明通过以下技术方案来实现：
7.一种交直流传感器宽频校验仪，包括：信号源、标准通道、交直流互感器通道和交直流互感器校验仪；所述交直流互感器校验仪包括：标准输入单元、单元时钟同步单元、交直流互感器输入单元、数字量端口、被测电流信号端口、被测电压信号端口、数字量处理模块模拟量处理模块和上位机；
8.所述上位机包含上位机分配单元、直流分量校验系统、交流稳态校验系统和暂态阶跃校验系统；
9.所述标准通道被配置为接收并处理来自于信号源的原始信号，并将标准通道处理得到的标准信号传递给标准输入单元；
10.所述交直流互感器通道被配置为将接收的自于信号源的原始信号处理为交直流互感器信号，并将交直流互感器信号传递给交直流互感器通道输入单元；
11.标准输入单元被配置为接收钟同步单元的时间标记，并将含有时间标记的标准信号转化为标准数据，并将标准数据传输至上位机分配单元；
12.所述交直流互感器输入单元被配置为接收时钟同步单元的时间标记，并将含有时间标的交直流互感器信号处理交直流互感器数据，并将交直流互感器数据传送至数字量端
口、被测电流信号端口、被测电压信号端口；
13.所述数字量端口被配置为从交直流互感器数据中提取数字量信息，并将数字量信息传递至数字量处理模块；
14.所述数字量处理模块被配置为对数字量信息进行报文解析，解析得到的最终数字量信息传递至上位机分配单元；
15.所述被测电流信号端口被配置为从被时间标记后的交直流互感器信号中提取电流信号信息，并将电流信号量信息传递至模拟量处理模块；
16.所述被测电压信号端口被配置为从被时间标记后的交直流互感器信号中提取电压信号信息，并将电压信号量信息传递至模拟量处理模块；
17.所述模拟量处理块被配置为对电流信号量信息和电压信号量信息滤波并分析，并将处理得到的最终模拟量信息传递至上位机分配单元。
18.进一步地，所述上位机被配置为对校验仪直流测量误差、阶跃响应特性测量误差、频率响应特性测量误差与设定的误差范围进行比较；实际误差值在误差范围内，判定交直流互感器合格；实际误差值在误差范围外，判定交直流互感器需进行调整。
19.进一步地，所述被测电压信号端口包含i/v、v/v转换器。
20.进一步地，所述标准通道包括标准通道包括直流电流比较仪、标准直流高压分压器、谐波标准信号采样器和阶跃标准信号采样器。
21.进一步地，信号源包含多类型电压电流信号源和信号发生器。
22.本技术第二方面提供了一种交直流传感器宽频性能检测标定方法应用于第一方面所述的交直流传感器宽频校验仪，包括以下步骤：
23.信号源向标准通道和交直流互感器通道提供原始信号；
24.标准通道对原始信号进行处理后得到标准信号，然后标准通道将标准信号传递给标准输入单元；
25.交直流互感器通道对原始信号进行处理后得到交直流互感器信号，然后交直流互感器通道将交直流互感器信号传递给交直流互感器输入单元；
26.时钟同步单元对经过标准输入单元和交直流互感器单元的标准信号和交直流互感器信号进行时间标记；
27.标准输入单元将标准信号含有时间标记的标准信号转化为标准数据，然后标准输入单元将标准数据传递给上位机分配单元；
28.交直流互感器通道将含有时间标记的交直流互感器信号转化为交直流互感器数据，然后，交直流互感器通道将交直流互感器数据分别传递给数字量端口、被测电流信号端口、被测电压信号端口；
29.数字量端口提取交直流互感器数据中的数字量信息传递给数字量处理模块；
30.数字量处理模块对得到的数字量信息进行报文解析，解析得到的最终数字量信息传递至上位机分配单元；
31.被测电流信号端口提取交直流互感器数据中的电流信号信息传递给模拟量处理模块；
32.模拟量处理模块对得到的电流信号信息进行滤波，模拟量处理模将滤波后得到的最终模拟量信息传递至上位机分配单元；
33.被测电压信号端口提取交直流互感器数据中的电压信号信息传递给模拟量处理模块；
34.模拟量处理模块对得到的电压信号信息进行滤波，模拟量处理模将滤波后得到的最终模拟量信息传递至上位机分配单元；
35.上位机分配单元将收集得到的最终模拟量信息、最终数字量信息、标准数据分配给直流分量校验系统、交流稳态校验系统和暂态阶跃校验系统。
36.直流分量校验系统、交流稳态校验系统和暂态阶跃校验系统对得到的标准数据、最终数字量信息、最终模拟量信息进行计算和判定。
37.本技术提供的校验仪及系统具有下列有益效果：
38.一、兼顾多类型互感器的稳态准确度、频率响应和暂态特性试验能力。
39.二、通过将三个不同的系统集合在一起，使用时无需其他设备仪器，节约了时间。
40.三、可针对传统电磁互感器，电子式互感器，也能进行电压和电流互感器的宽频试验。
附图说明
41.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1为本技术一种交直流传感器宽频校验仪的模块示意图；
43.图2为本技术了一种交直流传感器宽频性能检测标定方法的流程示意图；
44.图3为本技术了一种交直流传感器宽频性能检测标定方法的步骤s113的具体流程示意图。
具体实施方式
45.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.交直流互感器作为直流输电系统建设和运行的重要一次设备，运行可靠性和测量准确性直接关系到直流输电系统的安全稳定运行。交流和直流互感器二次输出一般分为模拟量和数字量，在工程现场开展试验、调试时，多数情况下要同时具备开展不同原理交、直流互感器稳态精度误差校验、频率响应试验和阶跃响应或暂态特性试验。现场检测中标准器二次信号传输易受干扰，且现场高压试验一次和二次难以隔离。加之被测交、直流互感器既有模拟量输出，也有数字量输出型，同时二次输出信号呈现出多类型。由此造成了施工现场需准备的仪器种类复杂，且操作难度大。因此，本发明提供了一种交直流传感器宽频校验仪及一种交直流传感器宽频性能检测标定方法，能够实现在一个仪器中，实现兼顾多类型交、直流互感器宽频特性的校验，有效的提高了工程现场的校验效率，下面对本技术技术方案进行详细说明：
47.参考图1，实施例1为交直流传感器宽频校验仪，包括信号源、标准通道、交直流互
感器通道和交直流互感器校验仪。
48.所述信号源分别与标准通道和交直流互感器通道相连接，能够向两个通道施加各类型电压电流原始信号，为后续的校验过程提供原始数据。所述标准通道将来自于信号源的原始信号进行处理，得到能够被后续交直流互感器校验仪接收的标准信号。所述交直流互感通道为被测的交直流互感器，原始信号经过被测的交直流互感器处理后交直流互感器信号，交直流互感器信号被传送至交直流互感器校验仪。所述交直流互感器校验仪对标准信号和交直流互感器信号进行解析，处理得到标准数据、最终数字量信息和最终模拟量信息，并将解析得到的结果传递至上位机。所述上位机包含上位机配置单元、直流分量校验系统、交流稳态校验系统和暂态阶跃校验系统。所述直流分量校验系统、交流稳态校验系统和暂态阶跃校验系统分别对交直流互感器校验仪解析的结果进行计算和判定，以判断交直流互感器是否需要调整。
49.所述交直流互感器校验仪包括标准输入单元、单元时钟同步单元、交直流互感器输入单元、数字量端口、被测电流信号端口、被测电压信号端口、数字量处理模块和模拟量处理模块。
50.所述时钟同步单元对经过标准输入单元和交直流互感器输入单元的信号进行同步采集，并对采集到的信号进行时间标记。所述的标准输入单元接收来自于标准通道的标准信号，在经过时钟同步单元的采集和标记后，将得到的标准数据传递给上位机分配单元。所述标准数据包括标准器幅值信息u
bz
、标准器相位信息δ
bz
和标准器信息对应的时刻t
bj
。
51.所述交直流互感器输入单元接收来自于标交直流互感器通道的交直流互感器信号，在经过时钟同步单元的采集和标记后，将得到的交直流互感器数据分别传递给数字量端口、被测电流信号端口和被测电流信号端口。
52.所述数字量端口能够提取交直流互感器数据中的数字量信息，进行报文解析后，将该数字信息传递给数字量处理模块。所述的数字量处理模块，能够从数字量信息中提取被检测互感器对应的时刻t
bj
，t
bj
作为最终数字量信息通过数字量处理模块传递给上位机分配单元。
53.所述被测电流信号端口从交直流互感器数据中提取电流信号信息，并传递给模拟量处理模块。所述被测电压信号端口从交直流互感器数据中提取电压信号信息，并传递给模拟量处理模块。
54.所述模拟量处理模块对电流信号信息和电压信号信息进行处理，得到互感器幅值信息u
bj
、被检测互感器相位信息δ
bj
，u
bj
、δ
bj
作为最终模拟量信息传递给上位机分配单元。
55.所述上位机能够利用接收到的数据u
bz
、δ
bz
、t
bz
、u
bj
、δ
bj
、t
bj
计算得到f(被检测直流互感器比值误差)、δ(被检测直流互感器相位误差)、
△
t(被检测直流互感器延时时间)，计算方法如下：
56.f＝(u
bj
‑
u
bz
)/u
bz
(式1)
57.δ＝(δ
bj
‑
δ
bz
)/δ
bz
(式2)
58.δt＝t
bj
‑
t
bz
(式3)
59.所述上位机利用以上三个公式，能够实现对校验仪直流测量误差、阶跃响应特性测量误差和频率响应特性测量误差的判定。其中，所述上位机分配单元将u
bz
、δ
bz
、t
bz
、u
bj
、δ
bj
、t
bj
分配给直流分量校验系统、交流稳态校验系统、暂态阶跃校验系统。直流分量校验系
统能够对校验仪直流测量误差利用式1进行判定，交流稳态校验系统对阶跃响应特性测量误差利用式1和式3进行判定，暂态阶跃校验系统频率响应特性测量误差利用式1和式2及进行判定。
60.所述上位机将得到的实际误差值与标准范围进行比较，当实际误差值小于等于标准范围则判定交直流互感器合格，当实际误差值大于标准范围则判定交直流互感器需进行调整。
61.在实施例1的基础上，进一步地，所述被测电压信号端口前含有i/v、v/v转换器。
62.需要说明的是，如果进行模拟量输出型互感器校验时，一般需要通过i/v、v/v转换器将互感器二次信号电压电流进行i/v和v/v转换，以便达到校验仪模拟量输入端口所需采样电压。
63.在实施例1的基础上，进一步地，所述标准通道包括直流电流比较仪、标准直流高压分压器、谐波标准信号采样器和阶跃标准信号采样器。
64.需要说明的是，电流比较仪是测量电流比值的电测量仪器，标准直流高压分压器主要用于脉冲高压的测量，谐波标准信号采样器用于采集标准信号的谐波，阶跃标准信号采样器用于采集标准信号的阶跃信号。通过以上几个系统的配合，得到用于和交直流互感器最终数字量信号和最终模拟量信号比较的标准数据。
65.在实施例1的基础上，进一步地，用于数据采集的数字量处理模块和模拟量采集模块均为高精度数据采集模块。
66.需要说明的是，高精度数据采集模块用于提高提高和交直流互感器校验仪的校验准确度。
67.在实施例1的基础上，进一步地，所述交直流互感器通道，也可替换为传统电磁互感器，电子式互感器。
68.需要说明的是，利用本系统，在校验交直流互感器的同时，也能够对传统电磁互感器，电子式互感器进行宽频校验。
69.在实施例1的基础上，进一步地，标准通道具备多类型信号高精度采集能力，兼顾直流分量、高频交流分量及暂态阶跃信号采集转换。
70.需要说明的是，为对应交直流互感器不同类型的数据误差测量，标准通道需具备相应的信号采集能力。
71.在实施例1的基础上，进一步地，信号源包含信号发生器和多类型电压电流信号源。
72.需要说明的是，所述信号发生器被配置为提供小电流、电压，多类型电压电流信号源被配置为提供大电流和高电压。因此本身请提供的设备可以同时满足现有的两种测量校验需求。
73.在实施例1的基础上，进一步地，上位机的校验误差范围可根据实际需求进行更改。
74.以下给出了本发明的一种实际应用实例。
75.为验证校验仪的直流测量误差、阶跃响应特性测量误差和频率响应测量误差，采用信号发生器产生小电压信号，进入交直流互感器校验仪的标准通道，通过六位半的数表测试对信号发生器实际输出的真值，标准通道输出值进行测量，然后与交直流互感器校验
仪输出的试品通道值进行对比验证。结果记录在下表。
[0076][0077][0078]
从上表可以看出，在输入电压幅值≤0.25v时，最大允许误差满足
±
0.5mv。在0.25v～10v时，最大允许误差满足
±
0.2％。
[0079]
下表为位阶跃响应特性测量误差对比结果。
[0080][0081]
从上表可以看出，校验仪的阶跃响应上升和下降时间值均在，均在最大允许误差在
±
10μs以内，过冲小于规定的范围值
±
2％。
[0082]
下表为输入电压为1v时的频率响应测量误差结果。
[0083][0084]
从上表可以看出，校验仪在50hz～3000hz信号输入时，其采集信号的幅值误差小于规定的范围值
±
0.2％，相位误差小于
±
10
×
f/50。
[0085]
由此可见，通过交直流互感器校验系统能够准确的对交直流互感器是否合格进行准确的判断。
[0086]
以上为本技术实施例提供的一种电流互感器抗直流性能的检测装置的实施例及原理分析，以下为本技术实施例提供的一种交直流传感器宽频性能检测标定方法的实施例。
[0087]
请参阅图2，图2为本技术实施例中提供的一种交直流传感器宽频性能检测标定方法的流程示意图。
[0088]
步骤s101、信号源向标准通道和交直流互感器通道提供原始信号。
[0089]
需要说明的是，本技术实施例的信号源能够向两个通道施加各类型电压电流原始信号。
[0090]
步骤s102、标准通道对原始信号进行处理后得到标准信号，然后标准通道将标准信号传递给标准输入单元。
[0091]
其中，需要说明的是，本技术实施例的准通道包括标准通道包括直流电流比较仪、标准直流高压分压器、谐波标准信号采样器和阶跃标准信号采样器。需要说明的是，本技术实施例的标准通道具备多类型信号高精度采集能力，兼顾直流分量、高频交流分量及暂态阶跃信号采集转换。以配合上位机对不同类型数据的需求。
[0092]
步骤s103、交直流互感器通道对原始信号进行处理后得到交直流互感器信号，然后交直流互感器通道将交直流互感器信号传递给交直流互感器输入单元。
[0093]
需要说明的是，本技术实施例的交直流互感器通道也可以被替换为传统电磁互感器，电子式互感器。即，在保证先用功能的同时，也能够为也能够对传统电磁互感器，电子式互感器进行宽频校验。
[0094]
步骤s104、时钟同步单元对经过标准输入单元和交直流互感器单元的标准信号和交直流互感器信号进行时间标记。
[0095]
需要说明的是，本技术实施例的时钟同步单元能够同步采集准输入单元和交直流互感器单元中的信号，并基于决定延时时间同步，实现交直流互感器校验仪的闭环测试。
[0096]
步骤s105、标准输入单元将标准信号含有时间标记的标准信号转化为标准数据，
然后标准输入单元将标准数据传递给上位机分配单元。
[0097]
需要说明的是，本技术实施例的所述标准数据包括标准器幅值信息u
bz
、标准器相位信息δ
bz
、标准器信息对应的时刻t
bj
。
[0098]
步骤s106、交直流互感器通道将含有时间标记的交直流互感器信号转化为交直流互感器数据，然后，交直流互感器通道将交直流互感器数据分别传递给数字量端口、被测电流信号端口。
[0099]
需要说明的是，本技术实施例的被测电压信号端口在进行模拟量输出型互感器校验时，一般需要在被测电压信号端口前增加一个i/v、v/v转换器，将互感器二次信号电压电流进行i/v和v/v转换，以便达到校验仪模拟量输入端口所需采样电压。
[0100]
步骤s107、数字量端口提取交直流互感器数据中的数字量信息传递给数字量处理模块。
[0101]
步骤s108、数字量处理模块对得到的数字量信息进行报文解析，解析得到的最终数字量信息传递至上位机分配单元。
[0102]
需要说明的是，本技术实施例的数字量信息为t
bz
。
[0103]
步骤s109、被测电流信号端口提取交直流互感器数据中的电流信号信息传递给模拟量处理模块。
[0104]
步骤s110、模拟量处理模块对得到的电流信号信息进行滤波，模拟量处理模将滤波后得到的最终模拟量信息传递至上位机分配单元。
[0105]
步骤s111、被测电压信号端口提取交直流互感器数据中的电压信号信息传递给模拟量处理模块。
[0106]
步骤s112、模拟量处理模块对得到的电压信号信息进行滤波，模拟量处理模将滤波后得到的最终模拟量信息传递至上位机分配单元。
[0107]
需要说明的是，本技术实施例的终模拟量信息为被检测互感器幅值信息u
bj
、被检测互感器相位信息δ
bj
。
[0108]
需要说明的是，本技术实施例的步骤s107和步骤s108为数字量处理过程；步骤s109和步骤s110为电流模拟量处理过程；步骤s111和步骤s112为电压模拟量处理过程，三个处理过程相对独立，步骤前后顺序可以互换。
[0109]
需要说明的是，本技术实施例的步骤s105为标准数据的获取过程；步骤s106至步骤s112为交直流互感器数据的获取过程，两个过程相对独立，步骤前后顺序可以互换。
[0110]
步骤s113、上位机对标准数据、最终数字量信息、最终模拟量信息进行计算和判定。
[0111]
需要说明的是，所述上位机利用上位机分配单元将标准数据、最终数字量信息、最终模拟量信分配给直流分量校验系统、交流稳态校验系统和暂态阶跃校验系统，进行计算和判定。
[0112]
本技术实施例的步骤s113还可以包括以下步骤，参阅图3：
[0113]
步骤s201、校验仪直流测量误差、阶跃响应特性测量误差、频率响应特性测量误差与各参数设定的步骤s113、误差范围进行比较；
[0114]
需要说明的是，本技术实施例的误差范围可根据实际需求进行设置。
[0115]
步骤s202、判定实际误差值在误差范围内，则认为交直流互感器合格；
[0116]
步骤s203、判定实际误差值在误差范围外，则认为交直流互感器需进行调整。
[0117]
需要说明的是，本技术实施例的步骤s202和步骤s203的前后顺序可以互换。
[0118]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述装置实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0119]
本发明能够有效的对交直流互感器进行校验，并具有以下优势：
[0120]
1.兼顾多类型互感器的稳态准确度、频率响应和暂态特性试验能力；
[0121]
2.通过将三个不同的系统集合在一起，测试时无需增加其他设备仪器，节约了时间；
[0122]
3.可针对传统电磁互感器，电子式互感器，也能进行电压和电流互感器的宽频试验。