一種帶自校準功能的電子式互感器及其自校準方法
【專利摘要】本發明提供一種帶自校準功能的電子式互感器，包括傳感頭、信號處理單元、合并單元、標準直流電源、多路開關、控制單元和校準模塊：所述標準直流電壓源用于在校準模式下輸出已知幅度和相位的標準信號；所述多路開關用于在所述傳感頭和所述標準直流電壓源之間進行切換；所述控制單元用于控制所述多路開關切換至所述標準直流電壓源側；所述校準模塊用于在所述電子式互感器校準模式下，將所述合并單元計算得到的標準源被測值與標準源理論值進行對比，得到所述電子式互感器的比差和角差值，實現電子式互感器的自校準功能和/或判斷所述信號處理單元中的采集電路工作是否正常。
【專利說明】
一種帶自校準功能的電子式互感器及其自校準方法
技術領域
[0001]本發明涉及電氣測量領域，特別涉及一種帶自校準功能的電子式互感器及其自校準方法。
【背景技術】
[0002]在國家電網公司大力推進智能電網建設的大背景下，電子式互感器不同于傳統的電磁式互感器，大量集成電子電路，采用光纖傳輸信號，并且具有絕緣成本低，體積小特點，以其數字化、智能化的巨大優勢得到一定的發展，適應了智能電網發展潮流，目前在國網公司大力支持下已經大量掛網試點運行并處在實用化發展階段，希望取代傳統電磁式互感器。不過，就目前電子式互感器的應用情況來看，電子式互感器經常出現故障及超差，其穩定性以及可靠性仍有待改進。因此需要對電子式互感器的運行狀態進行在線監測。目前電子式互感器的檢定和傳統互感器一樣，都需要停電后進行，并且需要周期檢定，這種周期性的停電檢定的模式逐漸不適應當前電網發展方向，對運維工作帶來諸多不便，同時也對電網運行造成一定的風險。
[0003]目前，互感器的誤差校準一般都是通過與標準互感器進行比對完成，一般都需要停電進行，采用升流升壓裝置與標準互感器配合進行。但是在實際變電站運行后，安排停電檢修計劃時間較緊，不能按照周期進行檢定，給電網運行和計量計費帶來一定的風險。
[0004]另外，電子式互感器誤差特性在線對比和校準方法，目前都是采用一套或兩套電磁式互感器作為參考標準，需要額外的標準設備同時在線運行。
【發明內容】
[0005]鑒于上述問題，提出了本發明，以便提供一種克服上述問題或至少部分地解決上述問題的一種帶自校準功能的電子式電流互感器及其自校準方法。
[0006]根據本發明的一個方面，提供一種帶自校準功能的電子式互感器，包括傳感頭、信號處理單元和合并單元，其特征在于，還包括標準直流電源、多路開關、控制單元和校準模塊:
[0007]所述傳感頭用于在所述電子式互感器正常工作模式下輸出工作信號；
[0008]所述標準直流電壓源作為標準源，用于在所述電子式互感器校準模式下輸出已知幅度和相位的標準信號；
[0009]所述信號處理單元用于對所述傳感頭或所述標準直流電壓源輸出的信號進行處理和轉換，并發給所述合并單元進行計算或比對；
[0010]所述多路開關用于根據所述控制單元發來的控制信號，在所述傳感頭和所述標準直流電壓源之間進行切換；
[0011]所述控制單元用于根據所述合并單元或遠程發來的控制指令，控制所述多路開關切換至所述標準直流電壓源側；
[0012]所述合并單元用于對接收的信號進行計算或比對，以及與后續的測量裝置或控制裝置進行通信；
[0013]所述校準模塊用于在所述電子式互感器校準模式下，將所述合并單元計算得到的標準源被測值與標準源理論值進行對比，得到所述電子式互感器的比差和角差值，實現電子式互感器的自校準功能和/或判斷所述信號處理單元中的采集電路工作是否正常。
[0014]進一步的，所述電子式互感器還包括操作面板，所述操作面板用于設置選定所述電子式互感器的工作模式以及顯示校準結果。
[0015]進一步的，所述校準模塊和所述操作面板集成在所述合并單元中。
[0016]進一步的，所述傳感頭、標準直流電壓源、信號處理單元、多路開關和控制單元位于所述電子式互感器的高壓側;所述合并單元、校準模塊和操作面板位于所述電子式互感器的低壓側。
[0017]進一步的，所述信號處理單元包括數據采集、A/D轉換、濾波處理、光電轉換和數據發送，所述光電轉換用于將進入信號處理單元的光信號轉變為電信號進行處理，以及將處理后的電信號轉換成光信號發送給所述合并單元。
[0018]進一步的，所述多路開關為程控開關。
[0019]進一步的，在所述電子式互感器運行在正常工作模式時，所述多路開關與所述傳感頭側連通，由所述傳感頭采集信號，經過所述多路開關和信號處理單元傳輸至所述合并單元，再由所述合并單元進行數據計算，所述標準直流電壓源處在待機狀態，不輸出任何信號；
[0020]在所述電子式互感器運行在校準模式時，所述多路開關斷開與所述傳感頭的信號并切換至所述標準直流電壓源側，所述標準直流電壓源由所述控制單元控制，輸出已知幅值和相位的信號作為標準信號源，也作為電子式互感器待測信號源，經過所述信號處理單元13、合并單元21進行處理計算得到被測值，通過所述校準模塊將被測值與標準信號的標準值進行對比，得到電子式互感器的比差和角差值，并在所述操作面板上顯示比差和角差等校準結果，根據需要決定是否將比差和角差值補償給所述合并單元，實現電子式互感器的自校準功能。
[0021 ]進一步的，所述標準直流電壓源采用屏蔽措施和恒溫措施保證準確度要求和穩定性要求。
[0022]進一步的，所述屏蔽措施為雙層屏蔽結構，在高壓側包裹較厚的鐵殼以及在相應電路板上包裹鐵皮;所述恒溫措施采用溫度傳感器，監測所述標準直流電壓源所處的環境溫度，并將環境溫度恒定在40 0C -50 0C。
[0023]根據本發明的另一方面，提供一種電子式互感器的自校準方法，所述方法包括如下步驟:
[0024]合并單元獲取用戶選定的電子式互感器的工作模式，并根據工作模式向控制單元發送控制指令，控制多路開關在傳感頭端或標準直流電壓源端的信號切換，在正常工作模式下，多路開關與傳感頭側接通;在校準模式下，多路開關與標準直流電壓源側接通；
[0025]信號處理單元對接入的傳感頭工作信號或者標準直流電壓源的標準信號進行處理和轉換后，輸入給合并單元；
[0026]所述合并單元根據選定的工作模式進行不同的處理、計算和輸出。
[0027]本發明不需要額外的電磁式互感器作為標準設備就可以實現電子式互感器在不斷電的情況下進行在線校準功能，有效提升電網的運行效率和運維水平。
【附圖說明】
[0028]為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0029]圖1為本發明一種實施例的帶自校準功能的電子式互感器原理示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面將參照附圖更詳細的描述本發明的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本發明的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現本發明，而不應被這里闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能更透徹的理解本發明，并且能夠將本發明的范圍完整的傳達給本領域的技術人員。
[0031]普通電子式互感器主要是由附圖1中虛線上方的器件組成，包括傳感頭11、信號處理單元13和合并單元21組成，本發明實施例的帶自校準功能的電子式互感器與普通電子式互感器相比，電子式互感器高壓側10還包括標準直流電源12、多路開關14和控制單元15，合并單元21還包括互感器校驗模塊212，進而能夠實現電子式互感器的自校準功能，建立了一套帶自校準功能的電子式互感器，極大推動電子式互感器的應用發展。
[0032]根據本發明的一個方面，如圖1所示，提供一種帶自校準功能的電子式互感器，包括電子式互感器高壓側10和電子式互感器低壓側20，其中，電子式互感器高壓側10包括互感器的傳感頭11、標準直流電壓源12、信號處理單元13、多路開關14和控制單元15，傳感頭11用于在電子式互感器正常工作模式下輸出工作信號;標準直流電壓源12，作為電子式互感器自校準功能的校準源(標準源)，用于在電子式互感器校準模式下輸出已知幅度和相位的標準信號，標準信號針對不同的設備有不同的已知幅度和相位，其值是固定值;信號處理單元13用于對傳感頭11或標準直流電壓源12輸出的信號進行處理和轉換，并發給合并單元21進行計算或比對;多路開關14用于根據控制單元15發來的控制信號，在傳感頭11和標準直流電壓源12之間進行切換，將傳感頭11端或標準直流電壓源12端的輸出信號接入到信號處理單元13中，進行信號處理轉換，多路開關14為程控開關;控制單元15用于根據合并單元21或遠程發來的控制指令，控制多路開關14切換至標準直流電壓源12側，斷開傳感頭11側的信號并使標準直流電壓源12的信號接入到信號處理單元13、合并單元21中進行處理計算，實現電子式互感器自校準功能。
[0033]信號處理單元13用于對傳感頭11端或標準直流電壓源12端接入的信號數據進行處理和轉換，具體包括數據采集、A/D轉換、濾波處理、光電轉換和數據發送，光電轉換用于將進入信號處理單元13的光信號轉變為電信號進行處理，以及將處理后的電信號轉換成光信號發送給合并單元21。
[0034]電子式互感器低壓側20包括合并單元21，合并單元21用于對接收的信號進行計算或比對，以及與后續的測量裝置或控制裝置進行通信。合并單元21包括操作面板211和校驗模塊212，操作面板211用于設置選定電子式互感器的工作模式和顯示校準結果，可允許用戶現場手工設置或遠程設置，工作模式有兩種，即電子式互感器的正常工作模式或校準模式;校驗模塊212用于在電子式互感器校準模式下，將合并單元21計算得到的標準源被測值與標準源理論值進行對比，得到電子式互感器的比差和角差值，實現電子式互感器的自校準功能，也可以判斷信號處理單元13中的采集器是否工作正常。校驗模塊212提供互感器數據校準的平臺，能夠根據合并單元21測量值與已知的標準值計算得到互感器誤差結果。
[0035]日常運行中，電子式互感器運行在正常工作模式下，功能與普通電子式互感器一致，多路開關14切換到傳感頭11側，由傳感頭11采集信號，經過多路開關14和信號處理單元13，再由合并單元21進行數據計算，標準直流電壓源12處在待機狀態，不輸出任何信號;在需要校準時，電子式互感器運行在校準模式下，多路開關14斷開與傳感頭11的信號并切換至標準直流電壓源12側，標準直流電壓源12由控制單元15控制，輸出已知幅值和相位的信號作為標準信號源，也作為電子式互感器待測信號源，經過電子式互感器的信號處理單元13、合并單元21進行處理計算得到被測值(即實際的測量值)，通過校準模塊212將被測值與標準信號源的理論值(即標準信號的標準值)進行對比，計算出誤差，得到電子式互感器的比差和角差值，合并單元的操作面板上顯示電子式互感器的比差和角差等校準結果，根據需要決定是否將比差和角差值補償給合并單元，實現電子式互感器的自校準功能。
[0036]此外，為滿足較高的準確度要求和穩定性要求，標準直流電壓源12采用較好的屏蔽措施和恒溫措施，以保證較高的準確度，比如采用雙層屏蔽結構，即在高壓側包裹較厚的鐵殼以及在相應電路板上包裹鐵皮實現教好的屏蔽措施，使標準源在高壓大電流電磁環境中具有較強抗擾性能;又比如使用溫度傳感器，監測標準直流電壓源12所處的環境溫度，并將環境溫度恒定在40°C-5(TC，使標準源在高壓大電流電磁環境中具有較強恒溫特性。
[0037]作為上述實施例的進一步改進，標準直流電壓源、多路開關和控制單元集成在電子式互感器的高壓側，操作面板和校驗模塊集成在電子式互感器低壓側的合并單元中。
[0038]作為上述實施例的進一步改進，電子式互感器在正常測量時，可實現定期或者遠程控制其進行校準，控制信號處理控制單元的采集電路對標準直流源信號進行測量，與其理論值進行比對，判斷電子式互感器信號處理單元中的采集電路工作是否正常。
[0039]根據本發明的另一方面，基于上述原理，提供了一種電子式互感器的自校準方法，由于原理與上述實施例對應，在此不再贅述。自校準方法包括如下步驟:
[0040]合并單元獲取用戶選定的電子式互感器的工作模式，并根據工作模式向控制單元發送控制指令，控制多路開關在傳感頭端或標準直流電壓源端的信號切換。在正常工作模式下，多路開關與傳感頭側接通;在校準模式下，多路開關與標準直流電壓源側接通。
[0041]信號處理單元對接入的傳感頭工作信號或者標準直流電壓源的標準信號進行處理和轉換后，輸入給合并單元。具體的，在電子式互感器運行正常工作模式下，功能與普通電子式互感器一致，標準直流電壓源處在待機狀態下，不輸出任何信號，傳感頭輸出工作信號給信號處理單元進行處理和轉換；在電子式互感器運行校準模式下，標準直流電壓源輸出已知幅值和相位的信號作為標準信號，輸出給信號處理單元進行處理和轉換。
[0042]合并單元根據選定的工作模式進行不同的處理、計算和輸出。具體的，在電子式互感器運行正常工作模式下，合并單元輸出數字量的電壓電流信號;在電子式互感器運行校準模式下，合并單元的校準模塊將合并單元計算得到的被測值與標準源的理論值進行對比，得到電子式互感器的比差和角差值，之后在合并單元的操作面板上顯示。
[0043]本發明實施例的帶自校準功能的電子式互感器與普通電子式互感器相比，在電子式互感器高壓側中集成了標準直流電源，在合并單元中集成了互感器校驗模塊，進而能夠實現電子式互感器的自校準功能。本發明通過集成標準源和校驗模塊，在合并單元中將獲取的標準源數據和合并單元處理的數據進行對比，監測電子式互感器的誤差特性，實現對電子式互感器的定期自校準，建立了一套帶自校準功能的電子式互感器，極大推動電子式互感器的應用發展。
[0044]本專利相比現有專利技術，不需要額外的電磁式互感器作為標準設備就可以實現電子式互感器的在線校準功能。本發明提供了一種帶自校準功能的電子式互感器，能夠實現在沒有標準計量設備的情況下實現電子式互感器的在線校準功能，對于電子式互感器的在線狀態監測具有重要推動作用，使得電子式互感器的在線監測更加方便快捷，可以實現不停電下的誤差校準和故障診斷，大大提高運維檢修效率，解決停電運維的成本，能夠實現電子式互感器的長時間帶電運行。
[0045]本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于裝置或系統實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述得比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。以上所描述的裝置及系統實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現本實施例方案的目的。本領域普通技術人員在不付出創造性勞動的情況下，即可以理解并實施。
[0046]以上所述僅為本發明之較佳實施例，并非用以限定本發明的權利要求保護范圍。同時以上說明，對于相關技術領域的技術人員應可以理解及實施，因此其他基于本發明所揭示內容所完成的等同改變，均應包含在本權利要求書的涵蓋范圍內。
【主權項】
1.一種帶自校準功能的電子式互感器，包括傳感頭、信號處理單元和合并單元，其特征在于，還包括標準直流電源、多路開關、控制單元和校準模塊: 所述傳感頭用于在所述電子式互感器正常工作模式下輸出工作信號； 所述標準直流電壓源作為標準源，用于在所述電子式互感器校準模式下輸出已知幅度和相位的標準信號； 所述信號處理單元用于對所述傳感頭或所述標準直流電壓源輸出的信號進行處理和轉換，并發給所述合并單元進行計算或比對； 所述多路開關用于根據所述控制單元發來的控制信號，在所述傳感頭和所述標準直流電壓源之間進行切換； 所述控制單元用于根據所述合并單元或遠程發來的控制指令，控制所述多路開關切換至所述標準直流電壓源側； 所述合并單元用于對接收的信號進行計算或比對，以及與后續的測量裝置或控制裝置進行通?目; 所述校準模塊用于在所述電子式互感器校準模式下，將所述合并單元計算得到的標準源被測值與標準源理論值進行對比，得到所述電子式互感器的比差和角差值，實現電子式互感器的自校準功能和/或判斷所述信號處理單元中的采集電路工作是否正常。2.根據權利要求1所述的一種帶自校準功能的電子式互感器，其特征在于:所述電子式互感器還包括操作面板，所述操作面板用于設置選定所述電子式互感器的工作模式以及顯示校準結果。3.根據權利要求2所述的一種帶自校準功能的電子式互感器，其特征在于:所述校準模塊和所述操作面板集成在所述合并單元中。4.根據權利要求2所述的一種帶自校準功能的電子式互感器，其特征在于:所述傳感頭、標準直流電壓源、信號處理單元、多路開關和控制單元位于所述電子式互感器的高壓側;所述合并單元、校準模塊和操作面板位于所述電子式互感器的低壓側。5.根據權利要求1所述的一種帶自校準功能的電子式互感器，其特征在于:所述信號處理單元包括數據采集、A/D轉換、濾波處理、光電轉換和數據發送，所述光電轉換用于將進入信號處理單元的光信號轉變為電信號進行處理，以及將處理后的電信號轉換成光信號發送給所述合并單元。6.根據權利要求1所述的一種帶自校準功能的電子式互感器，其特征在于:所述多路開關為程控開關。7.根據權利要求1所述的一種帶自校準功能的電子式互感器，其特征在于: 在所述電子式互感器運行在正常工作模式時，所述多路開關與所述傳感頭側連通，由所述傳感頭采集信號，經過所述多路開關和信號處理單元傳輸至所述合并單元，再由所述合并單元進行數據計算，所述標準直流電壓源處在待機狀態，不輸出任何信號； 在所述電子式互感器運行在校準模式時，所述多路開關斷開與所述傳感頭的信號并切換至所述標準直流電壓源側，所述標準直流電壓源由所述控制單元控制，輸出已知幅值和相位的信號作為標準信號源，也作為電子式互感器待測信號源，經過所述信號處理單元13、合并單元21進行處理計算得到被測值，通過所述校準模塊將被測值與標準信號的標準值進行對比，得到電子式互感器的比差和角差值，并在所述操作面板上顯示比差和角差等校準結果，根據需要決定是否將比差和角差值補償給所述合并單元，實現電子式互感器的自校準功能。8.根據權利要求1所述的一種帶自校準功能的電子式互感器，其特征在于:所述標準直流電壓源采用屏蔽措施和恒溫措施保證準確度要求和穩定性要求。9.根據權利要求8所述的一種帶自校準功能的電子式互感器，其特征在于:所述屏蔽措施為雙層屏蔽結構，在高壓側包裹較厚的鐵殼以及在相應電路板上包裹鐵皮;所述恒溫措施采用溫度傳感器，監測所述標準直流電壓源所處的環境溫度，并將環境溫度恒定在40°C-50。。。10.—種電子式互感器的自校準方法，所述方法包括如下步驟: 合并單元獲取用戶選定的電子式互感器的工作模式，并根據工作模式向控制單元發送控制指令，控制多路開關在傳感頭端或標準直流電壓源端的信號切換，在正常工作模式下，多路開關與傳感頭側接通;在校準模式下，多路開關與標準直流電壓源側接通； 信號處理單元對接入的傳感頭工作信號或者標準直流電壓源的標準信號進行處理和轉換后，輸入給合并單元； 所述合并單元根據選定的工作模式進行不同的處理、計算和輸出。
【文檔編號】G01R15/18GK105842510SQ201610152892
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月17日
【發明人】胡浩亮, 雷民, 聶琪, 李鶴, 李登云, 徐子立, 楊春燕
【申請人】中國電力科學研究院, 國家電網公司