基于iec604-8標準的電流互感器校準技術(shù)

基于iec604-8標準的電流互感器校準技術(shù)

0兩種分流器的信號特性傳統(tǒng)的電壓補償誤差補償技術(shù)（ta）基于比較儀式（當前血壓的測量電壓下的測量電壓）和電位差公式（工作電流的電位差，即低電壓）的補償零補償平衡原則。輸出負載和輸出差分的校正濾波。傳統(tǒng)模擬式TA利用零檢測儀通過平衡模擬橋(其讀數(shù)即TA的比值差和相位差)來校驗。這都是模擬方法,且誤差不能太大(否則模擬橋不能平衡)。新型電子式電流互感器(ETA)由電磁鐵心線圈、Rogowski線圈、分流器以及傳感元件(傳感光纖或光學玻璃)構(gòu)成,其傳感機理雖與傳統(tǒng)電磁式TA不同,但均有模擬電壓小信號和數(shù)字量輸出。ETA的電子線路帶來的信號時延經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后再利用模擬橋時被看作ETA的相位差。時延較小時該誤差可在算法上補償,但該時延大多較大(通常ms級),使橋不能平衡。依據(jù)IEC標準,ETA輸出的數(shù)字量或模擬量信號的準確度均須校驗,而現(xiàn)有TA校驗技術(shù)已難滿足ETA性能檢定的技術(shù)要求,故有必要研究ETA校驗技術(shù)。1理論分析1.1時延tdr傳統(tǒng)TA的相位差指標因ETA的模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理引入了時延而不再適用,故而使用新定義的相位誤差。相位差系一、二次信號間總的相角差,對模擬輸出系一、二次電流相量間的相位移之差,對數(shù)字輸出系一次側(cè)某電流出現(xiàn)時刻與二次數(shù)字化數(shù)據(jù)集傳輸啟動時刻間的時間差。傳統(tǒng)TA基于極坐標的相位差φ=φs-φp(見圖1,φp為一次電流相量Ip的相位移,φs為二次電流相量Is的相位移,Kr為變比)。若Is超前Ip,則φ>0。相位誤差φe=φ-(φ0r+φtdr)(見圖2,φ0r為額定相位偏差補償;φtdr=-2πftdr,為額定時間延遲tdr引起的相位偏差;f為頻率)。無積分環(huán)節(jié)空心線圈式TA的φ0r=90°,其他類型ETA的φ0r=0°(意即任何其他的相位偏差必須在tdr中考慮)。數(shù)字量輸出的Is一般會滯后Ip,即φ<0(見圖3),因校正的tdr工作在與φ相反的方向,故φe<φ。圖4的實際校驗測試系統(tǒng)相量參考圖系在圖3基礎(chǔ)上增加參考系統(tǒng)的相量(虛線所示)后所得。該系統(tǒng)中先用采樣技術(shù)將標準參考系統(tǒng)數(shù)字化,再與被測TA的輸出結(jié)果比較。顯然,參考系統(tǒng)的相位差φr包含模擬部分引起的相位移φer和采樣過程中的時延tdrr。實際測試所得相位差是被測TA和參考系統(tǒng)輸出相量間的角度差,即圖4中最下面兩相量間的夾角φm。因參考系統(tǒng)的tdrr和φer較準確,故它們對整個測試系統(tǒng)的作用可校正。略去φ0r(設(shè)為0°)時,φr=φer-2πftdrr,則被測TA的相位誤差為φe=φm+φr+φtdr。(1)φe=φm+φr+φtdr。(1)1.2模擬輸出/數(shù)字輸出ETA的比值誤差ε與傳統(tǒng)TA類似。對于模擬輸出,ε=(KraUs-Ip)/Ip,(2)對于數(shù)字輸出,ε=(KrdIs-Ip)/Ip,(3)其中,Kra、Krd分別為模擬、數(shù)字輸出的額定比例系數(shù),Us為二次轉(zhuǎn)換輸出的有效值,Is為二次數(shù)字輸出的有效值,Ip為一次電流有效值。2光學電流傳感校驗系統(tǒng)daq卡的建立為克服交流電源不穩(wěn)帶來的誤差,ETA的校驗(系統(tǒng)框圖見圖5)一般采用比較法原理。被測ETA和標準參考TA同串一回路,通過調(diào)節(jié)輸入電流的大小進行測試。圖5中參考TA是一臺標準高準確度(至少比被測ETA高兩個數(shù)量級)電磁式TA,以高準確度無感電阻作為電流/電壓轉(zhuǎn)換器,可代表一次電流。被測ETA一般同時有數(shù)字量和模擬小電壓信號輸出,根據(jù)IEC標準,這些量都必須經(jīng)過校驗。這些信號經(jīng)DAQ卡采集到處理計算機中處理和計算后即得所需測試結(jié)果。為滿足多種ETA校驗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集要求,DAQ卡必須包含多個A/D口、DIO口以及計數(shù)器口,且這些端口間必須要有同步觸發(fā)信號進行同步采樣。結(jié)合自制的混合式光學電流互感器(HOTA),建立了一套互感器校驗系統(tǒng)(見圖6)。參考TA的輸出電流經(jīng)電阻采樣后輸入DAQ卡的A/D口,被測HOTA的數(shù)字量輸出直接送計數(shù)器進行數(shù)字解調(diào),而模擬電壓輸出也進入DAQ卡的A/D口進行采樣,所得采樣信號最終輸入計算機處理。數(shù)值處理過程中引入了虛擬儀器技術(shù),利用LabVIEW編程進行數(shù)字信號處理和計算,它靈活易用,很便于算法的實現(xiàn)和修改。3被測機組信號轉(zhuǎn)換的基波幅值a和b針對工頻量而言的ε和φe的算法有多種,本文采用DFT算法。將信號f(t)按傅立葉級數(shù)展開,可求得基波分量的大小為a1=2N∑i=0N?1f(i)cos(2πNi),b1=2N∑i=0N?1f(i)sin(2πNi),a1=2Ν∑i=0Ν-1f(i)cos(2πΝi),b1=2Ν∑i=0Ν-1f(i)sin(2πΝi),其中,N為采樣點數(shù),f(i)為信號f(t)的采樣值。則可得信號f(t)的基波幅值A(chǔ)1和相位移φ1:A1=a21+b21??????√,φ1=arctan(a1/b1)。A1=a12+b12,φ1=arctan(a1/b1)。以被測HOTA的模擬電壓小信號輸出為例,分別計算參考輸出和被校驗HOTA輸出的A1和φ1,再按式(2)、(1)分別計算ε和φe。圖7、8分別為被測HOTA穩(wěn)態(tài)時的ε和φe曲線圖,測試的13個*點的一次電流在5%~120%額定電流間變化,虛線為0.2級TA的誤差界限。4光學電流傳感校驗系統(tǒng)本文依據(jù)IEC60044-8的定義,討論了針對電子式電流互感器提出的相位誤差和比值誤差概念。基于此分析了建立新型互感器校驗系統(tǒng)的要求,并結(jié)合所研究的混合式光學電流互感器,建立了一套實際的校驗系統(tǒng),引入虛擬儀器技術(shù),測試了互感器的誤差特性。本測試系統(tǒng)只要簡單地改換測試端口,就可針對多種不同輸出特性的電子式電流互感器編制測試程序進行測試,顯然它方便、靈活和快捷。當然,建立一