基于labview的电子式电压互感器检验系统

基于labview的电子式电压互感器检验系统

0电子式整体路径校验系统随着数字电源和智能电网的需求，电子继续执行网络传输。电子式互感器的二次输出与传统的电磁式互感器不同,分为数字输出和模拟输出两种,高压互感器一般由合并单元通过以太网实现数字输出。这种数字输出方式一般遵循国际电工委员会颁布的IEC60044-7、IEC60044-8,以及IEC61850-9等标准。电子式互感器校验系统用来对电子式互感器的比差和角差进行校验。由于电子式互感器不同于传统的电磁式互感器,其校验原理和方法与传统互感器校验方法完全不同,因此传统互感器的校验方法不能使用。本文介绍的校验系统基于Labview平台,通过读取合并单元的数据,配合高精度标准表,结合同步卡和数字信号处理实现对互感器的检验,对于校验10~500kV电压等级的电子式电压互感器和额定电流为5~5000A的电子式电流互感器能够达到万分之五的精度。实验测试和现场测试表明,测试系统精度高,性能稳定可靠,能满足对电子式互感器比差和角差进行校验的要求。1试验系统的原理1.1带标准电子式整体转型单元电压传感校验本校验系统原理框图如图1和图2所示,其中图1为电子式电流互感器校验原理图,图2为电子式电压互感器校验原理图。电流互感器校验原理为:将标准电磁式电流互感器与被试电子式电流互感器一次侧串联,由升流器为互感器一次侧提供电流。调节自耦变压器改变升流器输出电流的大小。标准CT的二次侧接标准电阻,取电阻上的电压并送入八位半高精度数字万用表。电子式互感器高压侧获取的电流信号由光纤送入低压侧的合并单元。计算机通过GPIB获取标准CT的测量结果,通过以太网获取电子式互感器的测量结果。由计算机提供时钟同步信号对被试电子式互感器和万用表进行同步采样,经过数字滤波、DFT运算等信号处理,计算出电流比值误差和相位误差。电压互感器校验原理与电流互感器校验原理类似,不同的是,标准电磁式电压互感器与被试电子式电压互感器一次侧并联,由升压器为互感器一次侧提供电压。通过调节自耦变压器来调节输出电压的大小。1.2合并单元与校验系统在IEC60044-8标准中合并单元(MergingUnit,本文也称作合并器)有如下定义:用以对来自二次转换器的电流和/或电压数据进行时间相关组合的物理单元。合并单元可以是现场互感器的一个组成部件,或可能是一个分立单元,例如装在控制室内,或开关柜上。系统图如图3所示。合并单元主要功能是同步接收12路电子式互感器输出的数字信号(12路信号按照IEC60044-8标准规定的DATASET数据通道定义),并按照IEC60044-8标准规定的帧格式发送给保护、测量及控制设备。电子式互感器通过合并单元传送数字信号与通信网络容易接口,且传输过程中没有附加误差,同时随着数字化变电站的推广和建立,电子式互感器直接向二次设备提供数字量,省去原来保护、测控、计量装置中的变换器、A/D采样、信号调理部分,使二次设备得到大大的简化,推动数字化变电站的发展和应用。合并单元一般提供12路电流和电压信号,其中7路电流信号,5路电压信号,他们按一定的规则打包并通过以太网输出。合并单元一般由被检测的用户提供,一般都遵循GBT-20840.7/8和IEC61850-9标准。合并单元与校验系统连接主要包括两个部分,一是同步脉冲信号的连接,一是以太网的连接。具体连接如图3所示。合并单元与校验系统的连接框图如图4所示。1.3iec65509-2与地台数据通讯IEC61850标准对电子式互感器的采样值传输服务功能划分了2种不同的映射方法,即IEC618509-1和IEC618509-2部分。IEC618509-1在很大程度上遵循IEC60044-7和IEC60044-8,输入交流通道为12路,数据帧格式固定,采用点对点或一点对多点的单向通信方式。此外,还增加了反映开关状态的二进制输入信息和时间标签信息,通信采用以太网的链路层底层协议完成。IEC618509-2除了支持直接映射到数据链路层的“SendMSVMessage”服务外,还支持向制造报文规范(MMS)的映射,可以重新配置输入通道数、采样频率等参数,支持对数据集的更改和对数据对象的直接访问,可灵活配置帧格式。目前很多互感器并没有实现IEC618509-2通信。本设计遵循IEC618509-1及IEC618509-2通信协议。2系统操作界面的实现本校验系统使用LabVIEW8.6软件设计,软件界面包括是三个部分:系统校验界面、详细参数分析界面和系统检定界面。系统检定界面主要完成软件计算后将结果统计显示,如图5所示。该界面是整个系统的核心,在参数配置完成后,点击开始按键,系统按照配置的参数“一键式”完成整个检验检测,并能够显示标准源幅值百分比、系统频率,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)、每次比较的实时波形及系统检验目前执行的进度、每次比较的详细参数列表(比较次数、幅值百分比、比差、相位差和本次比较数据是否有效等)。参数分析界面主要实现时域分析和频谱分析,针对校验结果不合格的互感器自动分析和显示两路信号的幅度谱,然后分析直流、2~20次谐波所占基波的百分比,同时计算总谐波畸变率。3工作原理分析校验系统在校验额定电压或额定电流时,由于此时信噪比较高,校验精度相对来说较容易能达到要求,但是在对5%甚至1%的弱信号进行校验时,由于信噪比较低,电磁干扰大,往往达不到校验精度,因此校验系统需要有良好的抗干扰和滤波设计,保证对宽电压范围和宽电流范围的校验精度。(2)准同步算法严格的同步采样在实际应用中极难实现,尤其是固定采样频率下,测量电网参数基本上不可能做到同步采样。此时存在非同步误差,它成为测量系统的主要误差。在非同步采样的前提下,通过计算达到同步采样的结果,此时称为准同步采样。通过使用现代数值分析的方法提高测量精度,从时域角度来说称为准同步算法。(3)加窗FFT实际电网信号往往并不只有基频信号,它还含有丰富的谐波分量,而且谐波分量的幅值一般仅为基波分量幅值的百分之几或更小。当对电网信号进行非同步采样时,基波分量的频谱泄漏将严重影响基频分量的频谱,从而导致校验系统比差产生很大的误差。同时对谐波分量的频谱分析影响也很大,若相邻谐波之间的幅值相差过大,幅值大的谐波分量同样有可能淹没幅值小的谐波分量。采用恰当的加窗函数可以提高FFT的计算精度。4测试测试4.1电子式整体传感校验为了检验测试系统的正确性,在实验室做了如下试验。用标准信号源(其交流电压精度在2.2mV~220V范围内均可以达到100×10-4)提供标准电压信号,结合互感器校验仪(幅差调节精度可以达到十万分之一,相差调节精度可以达到3秒)对比差和角差进行测量,测量结果表明校验系统能达到万分之五的精度,能校验0.2级精度等级的电子式互感器。4.2电流器整体校验(1)电子式电流互感器的现场校验根据图1校验系统的连接方法,对0.2级精度等级的电子式电流互感器进行了校验。现场检定记录如表1、表2所示。(日期:2009.3.31;互感器类型:电子式电流互感器;检验通道:A相;测量电流额定变比:300A/1A;比较次数:10次;互感器固有延时:188μs)。测试表明,该电子式电流互感器达到0.2级测量精度。(2)电子式电压互感器的现场校验根据图2校验系统的连接方法,对0.2级精度等级的电子式电压互感器进行了校验。现场检定记录如表3、表4所示。(日期:2009.3.31;互感器类型:电子式电压互感器;检验通道:A相;测量电压额定变比:110kV/57.7V;比较次数:10次;互感器固有延时:188μs)。由于所测