用於電子式電流互感器諧波影響量檢測的標準源及檢測裝置的製作方法

2023-06-05 04:39:26 1

專利名稱：用於電子式電流互感器諧波影響量檢測的標準源及檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電子式電流互感器諧波影響量的檢測設備，具體地說是一種用於電子式電流互感器諧波影響量檢測的標準源，以及採用該標準源的電子式電流互感器諧波影響量檢測裝置。
背景技術：
在電力系統中，為了保證電網的正常運行，需要對電力參數進行實時檢測。其中最重要的是對電壓、電流進行測量。但是隨著用電設備的日益複雜化，電網中非線性負載的使用量日益增加，而非線性負載的使用量的上升會導致電網中諧波含量的增加，那隨著諧波問題的日益嚴重，對電能計量的準確度會產生非常大的影響。對於這些影響的主要原因是不同的計量檢測設備對諧波的影響量的表現不盡相同。電子式互感器作為新一代數位化變電站電能計量的核心部件，其在電網富含諧波的情況下的測量準確度成為人們關注的焦 點，因此，對電子式互感器進行諧波影響量的測試，掌握其在不同諧波含量下的特性具有非常重要的意義。目前針對電子式互感器諧波影響量的檢測的主要方法是採用大功率基波諧波合成電源，諧波標準電流電壓互感器，標準電流電壓轉換裝置，電子式互感器校驗儀來組成，主要工作方式是由諧波基波合成電源輸出信號經過諧波標準電流電壓互感器後再輸入標準電流電壓轉換裝置送入電子式互感器校驗儀進行比對。對於現有技術中基波諧波合成電源主要是通過晶振電路生產50HZ的正弦波，然後通過功率放大電路形成一個所需要的電壓值，用於測試電壓互感器，而電流的實現主要是通過對電壓信號進行電阻取樣獲得，此種方式得到的電流信號精度不高穩定性不強，輸出的帶載能力有限，在測試過程中具有一定的局限性。對於測試所用到的標準源現有技術中也有高精度標準源的方案，但是現有技術中高精度標準源輸出的電壓電流的幅度過小，一般電壓只能輸出到380V，電流到10A，一般輸出功率一般也只有幾十伏安，無法滿足帶大容量負載的測試情況，只能模擬電網二次側的低壓電壓、電流的運行情況。而且其輸出的諧波能力有限一般只能疊加到21次諧波，諧波的精度也不高。所以其在電力測試過程中同樣具有測試的一些局限性。

發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供一種用於電子式電流互感器諧波影響量檢測的標準源，其能夠提供模擬電網一次側的電流模擬信號，並且，提供一種採用該標準源的檢測裝置，簡化對電子式電流互感器諧波影響量的檢測。本發明解決上述技術問題所採用的技術手段為一種用於電子式電流互感器諧波影響量檢測的標準源，所述的標準源包括用於提供模擬電網一次側基諧波波形的電壓模擬信號的基波諧波發生器和用於提高所述電壓模擬信號模擬精度的標準源輸出模塊；所述標準源輸出模塊包括儀表運算放大電路、功率放大電路、電壓跟隨器和高精度分流電阻；所述基波諧波發生器的電壓輸出端依次通過儀表運算放大電路和功率放大電路連接到高精度分流電阻的一端，高精度分流電阻的另一端為標準源的標準電流輸出端，所述電壓跟隨器連接在標準源的標準電流輸出端和儀表運放放大電路的參考輸入端之間，所述儀表運算放大電路將基波諧波發生器提供的電壓模擬信號轉換成電流模擬信號，並通過功率放大電路進行功率放大後，在標準源的標準電流輸出端輸出高精度的電網一次側電流模擬信號。作為發明的一種實施方式，所述儀表運算放大電路包括儀表運算放大器、第一平衡電阻、第二平衡電阻和放大倍數調節電路；所述第一平衡電阻連接在儀表運放放大電路的輸入端正極和儀表運算放大器的同名輸入引腳之間，第二平衡電阻連接在儀表運算放大電路的輸入端負極與儀表運算放大電路的異名輸入引腳之間，放大倍數調節電路連接在儀表運算放大器的兩個放大倍數調節引腳之間，儀表運算放大器的輸出引腳為儀表運放放大電路的輸出端，參考引腳連接放大電路的反饋輸入端。作為發明的一種實施方式，所述放大倍數調節電路包括第一高精度電阻、調節繼電器和第二高精度電阻；所述第一高精度電阻連接在儀表運算放大器的兩個放大倍數調節引腳之間，所述調節繼電器和第二高精度電阻相串聯，該串聯支路與所述第一高精度電阻 相併聯。作為發明的一種實施方式，所述電壓跟隨器包括高精度運算放大器，所述高精度運算放大器的異名端與輸出端相連接，所述高精度運算放大器的輸出端與儀表運算放大器的參考引腳相連接，同名輸入端連接到標準源的標準電流輸出端。作為發明的一種實施方式，所述功率放大電路包括第一電阻、第二電阻、第一 NPN三極體和第一 PNP三極體；所述第一 NPN三極體和第一 PNP三極體的發射極相連接，直流供電電源正極從第一 NPN三極體的集電極接入，直流供電電源負極從第一 PNP三極體的集電極接入，第一 NPN三極體的基極通過第一電阻和第二電阻連接到第一 PNP三極體的基極，第一電阻和第二電阻的連接點為功率放大電路的輸入端，第一 NPN三極體和第一 PNP三極體的連接點為功率放大電路的輸出端。作為對功率放大電路的一種改進，所述功率放大電路還包括第二 NPN三極體和第二 PNP三極體；所述第二 NPN三極體和第二 PNP三極體的發射極分別連接到功率放大電路的輸出端，直流供電電源正極從第二 NPN三極體的集電極接入，直流供電電源負極從第二PNP三極體的集電極接入，第二 NPN三極體與第一 NPN三極體的基極相連接，第二 PNP三極體和第一 PNP三極體的基極相連接。一種用於電子式電流互感器諧波影響量檢測的檢測裝置，所述檢測裝置包括上述各個方案任一項所述的標準源、用於連接待測電子式電流互感器一次側電流輸入端的一次側正極和一次側負極、升流器、合併單元、電子式互感器校驗儀以及用於連接待測電子式電流互感器二次側電壓輸出端的二次側檢測端；所述升流器連接在標準源的標準電流輸出端和所述一次側正極之間，所述電子式互感器校驗儀的標準電流輸入端正極與所述一次側負極相連接，標準電流輸入端負極與檢測裝置的共地端相連接，被檢輸入端通過合併單元與所述二次側檢測端相連接。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果第一，本發明的標準源採用基波諧波發生器提供模擬電網一次側基諧波波形的電壓模擬信號，並通過標準源輸出模塊對該電壓模擬信號進行處理，使得該信號轉換成功率、電流、電壓接近電網一次側信號特性的電流信號，即該標準源提供了高模擬精度的電網一次側電流模擬信號，模擬了電網實際波形的富含諧波、大功率、大電流的特性；第二，本發明標準源輸出模塊採用儀表運放放大電路將電壓模擬信號轉換成電流信號，並採用電壓跟隨器進行反饋，使得標準源提供的電流模擬信號具有高精度和高穩定性，而且電路中選用了高精度電阻，有助於標準源提供信號的長期穩定性，提高了標準源作為檢測信號源的可靠性；標準源採用三極體對基波諧波發生器輸出的信號進行放大，可疊加到超過100次諧波，諧波的精度高；第三，本發明的檢測裝置採用了發明方案提供的標準源作為信號源，對電子式電流互感器進行諧波影響量檢測，由於標準源具有高可靠性，它的輸出信號能直接為電子式互感器校驗儀提供比較基準，電子式互感器校驗儀通過將電子式電流互感器的輸出信號與該基準進行比較，即可測出電子式電流互感器的諧波影響量，同時通過電腦控制基波諧波發生器疊加不同諧波次數，可測試得出被檢電子式互感器在各種諧波輸入情況下的特性； 因此，本發明的檢測裝置簡化了對電子式電流互感器諧波影響量的檢測。


下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明圖I為本發明優選實施例的原理框圖；圖2為本發明優選實施例的電路原理圖。
具體實施例方式如圖I所示，本發明優選實施例用於電子式電流互感器諧波影響量檢測的檢測裝置，包括標準源、用於連接待測電子式電流互感器一次側電流輸入端的一次側正極Sll和一次側負極S12、升流器、合併單元、電子式互感器校驗儀以及用於連接待測電子式電流互感器二次側電壓輸出端的二次側檢測端S20 ;升流器連接在標準源的標準電流輸出端IOUT+和一次側正極Sll之間，電子式互感器校驗儀的標準電流輸入端正極I+與一次側負極S12相連接，標準電流輸入端負極I-與檢測裝置的共地端GND相連接，被檢輸入端Vin通過合併單元與二次側檢測端S20相連接。其中合併單元選用常用的型號，其作用是適配待測的電子式電流互感器輸出端接口和電子式互感器校驗儀的被檢輸入端接口。如圖2所示，本優選實施例的標準源包括用於提供模擬電網一次側基諧波波形的電壓模擬信號的基波諧波發生器和用於提高電壓模擬信號模擬精度的標準源輸出模塊；標準源輸出模塊包括儀表運算放大電路Al、功率放大電路A2、電壓跟隨器A3和高精度分流電阻R206 ;基波諧波發生器的電壓輸出端依次通過儀表運算放大電路Al和功率放大電路A2連接到高精度分流電阻R206的一端，高精度分流電阻R206的另一端為標準源的標準電流輸出端I0UT+，電壓跟隨器A3連接在標準源的標準電流輸出端和儀表運放放大電路Al的參考輸入端之間，儀表運算放大電路Al將基波諧波發生器提供的電壓模擬信號轉換成電流模擬信號，並通過功率放大電路A2進行功率放大後，在標準源的標準電流輸出端IOUT+輸出高模擬精度的電網一次側電流模擬信號。其中，上述基波諧波發生器選用現有的發生器，其能夠提供精確度高達O. 02%的小電壓信號，該電壓信號能疊加任意次諧波，從而模擬電網的波形。上述儀表運算放大電路Al包括儀表運算放大器U209、第一平衡電阻R203、第二平衡電阻R204、第一高精度電阻R205、調節繼電器SI和第二高精度電阻R105 ;第一平衡電阻R203連接在儀表運放放大電路Al的輸入端正極和儀表運算放大器U209的同名輸入引腳之間，第二平衡電阻R204連接在儀表運算放大電路Al的輸入端負極與儀表運算放大電路Al的異名輸入引腳之間，第一高精度電阻R205、調節繼電器SI和第二高精度電阻R105組成放大倍數調節電路，儀表運算放大器U209通過外接放大倍數調節電路來改變放大倍數；第一高精度電阻R205連接在儀表運算放大器U209的兩個放大倍數調節引腳之間，調節繼電器SI和第二高精度電阻R105相串聯，該串聯支路與第一高精度電阻R205相併聯，儀表運算放大器U209的輸出引腳為儀表運放放大電路Al的輸出端，參考引腳REF接整個功率放大電路Al的反饋輸入端。上述功率放大電路A2包括第一電阻Rl、第二電阻R2、第一 NPN三極體Ql、第一 PNP三極體Q2、第二 NPN三極體Q3和第二 PNP三極體Q4 ;第一 NPN三極體Ql和第一 PNP三極體Q2的發射極相連接，直流供電電源正極V+從第一 NPN三極體Ql的集電極接入，直流供 電電源負極V-從第一 PNP三極體Q2的集電極接入，第一 NPN三極體Ql的基極通過第一電阻Rl和第二電阻R2連接到第一 PNP三極體Q2的基極，第二 NPN三極體Q3和第二 PNP三極體Q4的發射極分別連接到功率放大電路A2的輸出端，直流供電電源正極V+從第二 NPN三極體Q3的集電極接入，直流供電電源負極V-從第二 PNP三極體Q4的集電極接入，第二NPN三極體Q3與第一 NPN三極體Ql的基極相連接，第二 PNP三極體Q4和第一 PNP三極體Q2的基極相連接，第一電阻Rl和第二電阻R2的連接點為功率放大電路A2的輸入端，第一NPN三極體Ql和第一 PNP三極體Q2的連接點為功率放大電路A2的輸出端。上述電壓跟隨器A3包括高精度運算放大器UE3A，高精度運算放大器UE3A的異名端與輸出端相連接，高精度運算放大器UE3A的輸出端與儀表運算放大器U209的參考引腳REF相連接，同名輸入端連接到標準源的標準電流輸出端。該電壓跟隨器A3的作用是標準源對輸出的電壓信號進行採樣，反饋到儀表運算放大器U209的REF端，只有反饋跟輸入信號達到平衡標準源才能穩定運行。其中，上述高精度電阻是指常用的溫度係數在IPPM以下的電阻。本優選實施例中標準源的工作原理為本優選實施例中，基波諧波發生器可以通過RS232接口與電腦相連，由電腦控制在基波上任意疊加諧波輸出，模擬電網中複雜的波形，即輸出了模擬電網一次側基諧波波形的電壓模擬信號，根據對常用的基波諧波發生器進行測量可知，該電壓模擬信號精確度高達O. 02%,但其功率僅有幾十毫瓦，交流電壓只能在0-7V之間變化。將該電壓模擬信號通過兩個平衡電阻R203和R204以差分方式輸入到儀表運放，高精度電阻R105和R205接儀表運算放大器U209的兩個放大倍數調節引腳之間，即第2、3腳之間，用於調整儀表運算放大器U209的輸出放大倍數，繼電器SI用於控制放大倍數，放大倍數為Gain=l+49. 4K/RG，RG為運放的2，3腳上面的電阻阻值，電阻採用IPPM的高精度高穩定性電阻，以保證輸出的長期穩定性。儀表運放的6腳為REF參考腳，用於接收反饋信號。由於儀表運放的輸出電流比較小，所以要最終得到大電流必須要對儀表運放輸出的小電流進行放大，這裡採用2000W的大功率NPN與PNP對管3CF200，3DF200,作為電流放大管，電阻Rl和電阻R2為對管的限流電阻，為了使輸出的電流足夠大，這裡採用2對大功率對管來增大輸出電流，三極體輸出的信號經過一個高精度大功率分流器R206，轉換為最終輸出的電流信號，最終輸出的電流幅度為I=U0UT/R206。三極體的輸出端通過一個高精度運放做電壓跟隨後輸出的信號反饋到儀表運放的參考端，使最終整個系統能夠穩定的輸出。如此，本優選實施例中的標準源提供了高模擬精度的電網一次側電流模擬信號，即模擬了電網實際波形的富含諧波、大功率、大電流的特性。本優選實施例檢測裝置的工作原理為將待測的電子式電流互感器接入本優選實施例的檢測裝置中，即電子式電流互感器的一次側輸入端分別與一次側正極Sll和一次側負極S12相連接，二次側輸出端與二次側檢測端S20相連接，標準源輸出高模擬精度的電網一次側電流模擬信號，該電流模擬信號依次流過升流器、電子式電流互感器的一次側，從電子式互感器校驗儀的標準電流輸入端正極I+輸入，最後從其標準電流輸入端負極I-輸出流入到檢測裝置的共地端GND，該過程一方面為待測的電子式電流互感器提供了電網一次側模擬電流信號，另一方面電子式互·感器校驗儀採集了該模擬電流的信息，作為對待測的電子式電流互感器諧波影響量檢測的基礎；在待測的電子式電流互感器的二次側，電子式電流互感器的二次側電壓輸出端輸出的電壓信號經過合併單元從二次側檢測端S20輸入電子式互感器校驗儀，電子式互感器校驗儀將標準輸入端接收到的信號與被檢端接收到的信息進行比較，即可得出電子式電流互感器的一些特性參數，同時通過電腦控制基波諧波發生器疊加不同諧波次數，可測試得出被檢電子式互感器在各種諧波輸入情況下的特性。本優選實施例中的標準源也可以提供給電網二次側的其他各種電子設備作為電網一次模擬波形的輸出，為生產電力二次側產品的廠家提供實驗測試手段。本發明的實施方式不限於此，根據上述內容，按照本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本發明上述基本技術思想前提下，本發明還可以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，例如上述優選實施例中也可以在高精度電阻R205上再並聯多個繼電器和高精度電阻組成的串聯支路，以增加儀表運算放大器U209的放大範圍，或者直接以常用的高精度調節電阻器實現高精度阻抗調節電路，均可實現本發明目的。
權利要求
1.一種用於電子式電流互感器諧波影響量檢測的標準源，其特徵在於所述的標準源包括用於提供模擬電網一次側基諧波波形的電壓模擬信號的基波諧波發生器和用於提高所述電壓模擬信號模擬精度的標準源輸出模塊；所述標準源輸出模塊包括儀表運放放大電路(Al)、功率放大電路(A2)、電壓跟隨器(A3)和高精度分流電阻(R206)；所述基波諧波發生器的電壓輸出端依次通過儀表運放放大電路(Al)和功率放大電路(A2)連接到高精度分流電阻(R206)的一端，高精度分流電阻(R206)的另一端為標準源的標準電流輸出端(IOUT+)，所述電壓跟隨器(A3)連接在標準源的標準電流輸出端和儀表運放放大電路(Al)的參考輸入端之間，所述儀表運放放大電路(Al)將基波諧波發生器提供的電壓模擬信號轉換成電流模擬信號，並通過功率放大電路(A2)進行功率放大後，在標準源的標準電流輸出端(IOUT+)輸出高精度的電網一次側電流模擬信號。
2.根據權利要求I所述的用於電子式電流互感器諧波影響量檢測的標準源，其特徵在於所述儀表運放放大電路(Al)包括儀表運算放大器(U209)、第一平衡電阻(R203)、第二平衡電阻(R204)和放大倍數調節電路；所述第一平衡電阻(R203)連接在儀表運放放大電路(Al)的輸入端正極和儀表運算放大器(U209)的同名輸入引腳之間，第二平衡電阻(R204)聯接在儀表運放放大電路(Al)的輸入端負極與儀表運放放大電路(Al)的異名輸入引腳之間，放大倍數調節電路連接在儀表運算放大器(U209)的兩個放大倍數調節引腳之間，儀表運算放大器(U209)的輸出引腳為儀表運放放大電路(Al)的輸出端，參考引腳(REF)為儀表運放放大電路(Al)的反饋輸入端。
3.根據權利要求2所述的用於電子式電流互感器諧波影響量檢測的標準源，其特徵在於所述放大倍數調節電路包括第一高精度電阻(R205)、調節繼電器(SI)和第二高精度電阻(R105);所述第一高精度電阻(R205)連接在儀表運算放大器(U209)的兩個放大倍數調節引腳之間，所述調節繼電器(SI)和第二高精度電阻(R105)相串聯，該串聯支路與所述第一高精度電阻(R205)相併聯。
4.根據權利要求3所述的用於電子式電流互感器諧波影響量檢測的標準源，其特徵在於所述電壓跟隨器(A3)包括高精度運算放大器(C202)，所述高精度運算放大器(C202)的異名端與輸出端相連接，所述高精度運算放大器(C202)的輸出端與儀表運算放大器(U209)的參考引腳(REF)相連接，同名輸入端連接到標準源的標準電流輸出端。
5.根據權利要求I至4任一項所述的用於電子式電流互感器諧波影響量檢測的標準源，其特徵在於所述功率放大電路(A2)包括第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第一 NPN三極體(Ql)和第一 PNP三極體(Q2);所述第一 NPN三極體(Ql)和第一 PNP三極體(Q2)的發射極相連接，直流供電電源正極(V+)從第一 NPN三極體(Ql)的集電極接入，直流供電電源負極(V-)從第一 PNP三極體(Q2)的集電極接入，第一 NPN三極體(Ql)的基極通過第一電阻(Rl)和第二電阻(R2)連接到第一 PNP三極體(Q2)的基極，第一電阻(Rl)和第二電阻(R2)的連接點為功率放大電路(A2)的輸入端，第一 NPN三極體(Ql)和第一 PNP三極體(Q2)的連接點為功率放大電路(A2)的輸出端。
6.根據權利要求5所述的用於電子式電流互感器諧波影響量檢測的標準源，其特徵在於所述功率放大電路(A2 )還包括第二 NPN三極體(Q3 )和第二 PNP三極體(Q4);所述第二NPN三極體(Q3 )和第二 PNP三極體(Q4)的發射極分別連接到功率放大電路(A2 )的輸出端，直流供電電源正極(V+)從第二 NPN三極體(Q3)的集電極接入，直流供電電源負極(V-)從第二 PNP三極體(Q4)的集電極接入，第二 NPN三極體(Q3)與第一 NPN三極體(Ql)的基極相連接，第二 PNP三極體(Q4)和第一 PNP三極體(Q2)的基極相連接。
7.一種用於電子式電流互感器諧波影響量檢測的檢測裝置，其特徵在於所述檢測裝置包括權利要求I至6任一項所述的標準源、用於連接待測電子式電流互感器一次側電流輸入端的一次側正極(Sll)和一次側負極(S12)、升流器、合併單元、電子式互感器校驗儀以及用於連接待測電子式電流互感器二次側電壓輸出端的二次側檢測端(S20);所述升流器連接在標準源的標準電流輸出端(IOUT+)和所述一次側正極(Sll)之間，所述電子式互感器校驗儀的標準電流輸入端正極(I+)與所述一次側負極(S12)相連接，標準電流輸入端負極(I-)與檢測裝置的共地段(GND)相連接，電子式互感器校驗儀的被檢輸入端(Vin)通過合併單元與所述二次側檢測端(S20)相連接。
全文摘要
本發明公開了一種用於電子式電流互感器諧波影響量檢測的標準源及檢測裝置，該標準源包括用於提供模擬電網一次側基諧波波形的電壓模擬信號的基波諧波發生器和用於提高所述電壓模擬信號模擬精度的標準源輸出模塊，其提供了高模擬精度的電網一次側電流模擬信號，本發明的檢測裝置採用該標準源、升流器、合併單元和電子式互感器校驗儀，對電子式電流互感器進行諧波影響量檢測，能夠直接將標準源的輸出信號作為諧波影響量檢測的比較基準，將其與電子式電流互感器的輸出信號進行比較得出電子式電流互感器的諧波影響量。本發明的檢測裝置能夠簡化對電子式電流互感器諧波影響量的檢測。
文檔編號G01R31/00GK102879758SQ20121035049
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月18日 優先權日2012年9月18日
發明者趙偉, 潘峰, 孫衛明, 張永旺, 孟金嶺 申請人:廣東電網公司電力科學研究院