基于iec604-8標(biāo)準(zhǔn)的電流互感器校準(zhǔn)技術(shù)

基于iec604-8標(biāo)準(zhǔn)的電流互感器校準(zhǔn)技術(shù)

0兩種分流器的信號(hào)特性傳統(tǒng)的電壓補(bǔ)償誤差補(bǔ)償技術(shù)（ta）基于比較儀式（當(dāng)前血壓的測(cè)量電壓下的測(cè)量電壓）和電位差公式（工作電流的電位差，即低電壓）的補(bǔ)償零補(bǔ)償平衡原則。輸出負(fù)載和輸出差分的校正濾波。傳統(tǒng)模擬式TA利用零檢測(cè)儀通過(guò)平衡模擬橋(其讀數(shù)即TA的比值差和相位差)來(lái)校驗(yàn)。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(xué)玻璃)構(gòu)成,其傳感機(jī)理雖與傳統(tǒng)電磁式TA不同,但均有模擬電壓小信號(hào)和數(shù)字量輸出。ETA的電子線路帶來(lái)的信號(hào)時(shí)延經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后再利用模擬橋時(shí)被看作ETA的相位差。時(shí)延較小時(shí)該誤差可在算法上補(bǔ)償,但該時(shí)延大多較大(通常ms級(jí)),使橋不能平衡。依據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn),ETA輸出的數(shù)字量或模擬量信號(hào)的準(zhǔn)確度均須校驗(yàn),而現(xiàn)有TA校驗(yàn)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(yàn)技術(shù)。1理論分析1.1時(shí)延tdr傳統(tǒng)TA的相位差指標(biāo)因ETA的模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理引入了時(shí)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(hào)間總的相角差,對(duì)模擬輸出系一、二次電流相量間的相位移之差,對(duì)數(shù)字輸出系一次側(cè)某電流出現(xiàn)時(shí)刻與二次數(shù)字化數(shù)據(jù)集傳輸啟動(dòng)時(shí)刻間的時(shí)間差。傳統(tǒng)TA基于極坐標(biāo)的相位差φ=φs-φp(見(jiàn)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(jiàn)圖2,φ0r為額定相位偏差補(bǔ)償;φtdr=-2πftdr,為額定時(shí)間延遲tdr引起的相位偏差;f為頻率)。無(wú)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(huì)滯后Ip,即φ<0(見(jiàn)圖3),因校正的tdr工作在與φ相反的方向,故φe<φ。圖4的實(shí)際校驗(yàn)測(cè)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(biāo)準(zhǔn)參考系統(tǒng)數(shù)字化,再與被測(cè)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(guò)程中的時(shí)延tdrr。實(shí)際測(cè)試所得相位差是被測(cè)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(zhǔn)確,故它們對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的作用可校正。略去φ0r(設(shè)為0°)時(shí),φr=φer-2πftdrr,則被測(cè)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(duì)于模擬輸出,ε=(KraUs-Ip)/Ip,(2)對(duì)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(xué)電流傳感校驗(yàn)系統(tǒng)daq卡的建立為克服交流電源不穩(wěn)帶來(lái)的誤差,ETA的校驗(yàn)(系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖5)一般采用比較法原理。被測(cè)ETA和標(biāo)準(zhǔn)參考TA同串一回路,通過(guò)調(diào)節(jié)輸入電流的大小進(jìn)行測(cè)試。圖5中參考TA是一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)高準(zhǔn)確度(至少比被測(cè)ETA高兩個(gè)數(shù)量級(jí))電磁式TA,以高準(zhǔn)確度無(wú)感電阻作為電流/電壓轉(zhuǎn)換器,可代表一次電流。被測(cè)ETA一般同時(shí)有數(shù)字量和模擬小電壓信號(hào)輸出,根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn),這些量都必須經(jīng)過(guò)校驗(yàn)。這些信號(hào)經(jīng)DAQ卡采集到處理計(jì)算機(jī)中處理和計(jì)算后即得所需測(cè)試結(jié)果。為滿足多種ETA校驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集要求,DAQ卡必須包含多個(gè)A/D口、DIO口以及計(jì)數(shù)器口,且這些端口間必須要有同步觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行同步采樣。結(jié)合自制的混合式光學(xué)電流互感器(HOTA),建立了一套互感器校驗(yàn)系統(tǒng)(見(jiàn)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(cè)HOTA的數(shù)字量輸出直接送計(jì)數(shù)器進(jìn)行數(shù)字解調(diào),而模擬電壓輸出也進(jìn)入DAQ卡的A/D口進(jìn)行采樣,所得采樣信號(hào)最終輸入計(jì)算機(jī)處理。數(shù)值處理過(guò)程中引入了虛擬儀器技術(shù),利用LabVIEW編程進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理和計(jì)算,它靈活易用,很便于算法的實(shí)現(xiàn)和修改。3被測(cè)機(jī)組信號(hào)轉(zhuǎn)換的基波幅值a和b針對(duì)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(hào)f(t)按傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi),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(diǎn)數(shù),f(i)為信號(hào)f(t)的采樣值。則可得信號(hào)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(cè)HOTA的模擬電壓小信號(hào)輸出為例,分別計(jì)算參考輸出和被校驗(yàn)HOTA輸出的A1和φ1,再按式(2)、(1)分別計(jì)算ε和φe。圖7、8分別為被測(cè)HOTA穩(wěn)態(tài)時(shí)的ε和φe曲線圖,測(cè)試的13個(gè)*點(diǎn)的一次電流在5%~120%額定電流間變化,虛線為0.2級(jí)TA的誤差界限。4光學(xué)電流傳感校驗(yàn)系統(tǒng)本文依據(jù)IEC60044-8的定義,討論了針對(duì)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(yàn)系統(tǒng)的要求,并結(jié)合所研究的混合式光學(xué)電流互感器,建立了一套實(shí)際的校驗(yàn)系統(tǒng),引入虛擬儀器技術(shù),測(cè)試了互感器的誤差特性。本測(cè)試系統(tǒng)只要簡(jiǎn)單地改換測(cè)試端口,就可針對(duì)多種不同輸出特性的電子式電流互感器編制測(cè)試程序進(jìn)行測(cè)試,顯然它方便、靈活和快捷。當(dāng)然,建立一