專利名稱：一種互感器校驗儀及其校驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可同時適用于多廠家電子式互感器和傳統(tǒng)互感器檢測及符合 正C61850-9-1/2規(guī)約的校驗儀。
背景技術(shù)：
由于計量用互感器的基本誤差涉及到電能計量關(guān)口貿(mào)易結(jié)算的準(zhǔn)確公正，隨著 智能電網(wǎng)的快速發(fā)展以及電子式互感器的推廣應(yīng)用，電子式互感器的誤差試驗越來越被 各方關(guān)注。電子式互感器輸出的是數(shù)字信號或者低電壓模擬信號，傳統(tǒng)互感器校驗儀無 法檢測這些信號。目前國內(nèi)各廠家生產(chǎn)的電子式互感器輸出雖符合IEC61850-9-1/2規(guī)約，但仍有 相關(guān)參數(shù)和報文字段存在差異，導(dǎo)致各廠家開發(fā)的互感器校驗儀只能用于本廠的產(chǎn)品， 適應(yīng)性差，且現(xiàn)有的互感器校驗儀不具備自校準(zhǔn)功能，設(shè)備的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)可靠性較差。此外，國內(nèi)常用的電子式互感器誤差試驗方法為采用傳統(tǒng)互感器作為標(biāo)準(zhǔn)互 感器，電子式互感器作為被測對象，通過互感器校驗儀比較數(shù)字信號和模擬信號獲得被 測電子式互感器的基本誤差。隨著技術(shù)的發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)電子式互感器已經(jīng)出現(xiàn)，目前尚沒 有將兩數(shù)字信號進(jìn)行比對獲得誤差數(shù)據(jù)的測試儀器。同時，對應(yīng)于輸出低電壓信號的電 子式互感器，目前也沒有專用校驗儀可以檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種可適用 于多廠家的電子式互感器產(chǎn)品和傳統(tǒng)互感器產(chǎn)品檢測的互感器校驗儀，滿足對數(shù)字信號 和模擬信號的測量要求，對互感器基本誤差實現(xiàn)準(zhǔn)確可靠測量的目的。為此，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種互感器校驗儀，包括機(jī)體，其特征在于 所述的機(jī)體上設(shè)有數(shù)字信號輸入端和模擬交流信號輸入端，機(jī)體內(nèi)裝有至少二個數(shù)字信 號通道和至少二個模擬信號通道，所述的模擬信號通道包括程控放大電路、自校電路、 高速分頻采樣保持電路和高速A/D測量電路，所述的數(shù)字信號通道包括光電信號轉(zhuǎn)換模 塊，信號通道之間裝有同步信號發(fā)生器與接收器；所述程控放大電路的輸入端與模擬交流信號輸入端連接，輸出端與自校電路的 輸入端連接；所述高速分頻采樣保持電路的輸入端與自校電路的輸出端連接，輸出端與 高速A/D測量電路的輸入端連接；所述光電信號轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與數(shù)字信號輸入端連接，光電信號轉(zhuǎn)換模塊的 輸出端和高速A/D測量電路的輸出端共同與一工控機(jī)的輸入端連接，所述的工控機(jī)內(nèi)裝 有誤差計算模塊。所述的同步信號發(fā)生器與接收器通過Agilent HFBR芯片將電信號和光信號相互 轉(zhuǎn)換，同步信號發(fā)生器輸出同步電信號給高速分頻采樣保持電路和高速A/D測量電路，同時通過光纖將同步光信號傳送至被測互感器合并單元；同步信號接收器的輸入端與外 部同步信號源的輸出端相連，其輸出端與高速分頻采樣保持電路和高速A/D測量電路的 輸入端連接，同步信號接收器用于接受外部的同步光信號來達(dá)到測量同步的目的。本發(fā)明具有四個信號通道，可輸入兩路模擬信號、兩路數(shù)字信號，任意兩個通 道可組合使用，完成數(shù)字信號與數(shù)字信號測量、數(shù)字信號與模擬信號測量、模擬信號與 模擬信號測量功能，可適用于傳統(tǒng)互感器和符合IEC61850-9-1/2規(guī)約的電子式互感器。上述的互感器校驗儀，光電信號轉(zhuǎn)換模塊選用10/100M自適應(yīng)多模/單模光纖 收發(fā)器，將被測互感器合并單元輸出的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后通過網(wǎng)線傳輸給工控 機(jī)。上述的互感器校驗儀，自校電路采用AD7545型12位D/A芯片，此電路用于確 定儀器是否工作在正常狀態(tài)，調(diào)整比差、角差的數(shù)據(jù)并觀察測量結(jié)果對應(yīng)的變化量，從 而來判斷儀器的工作狀況。上述的互感器校驗儀，高速A/D測量電路采用ADS7813型16位A/D芯片，有 效保證測量的準(zhǔn)確度。同步信號發(fā)生器與接收器用同步信號發(fā)生器發(fā)出秒脈沖或IRIG—B碼同步光信號 給電子式互感器合并單元，同時同步電信號將分頻成4KHz信號并傳送至校驗儀的高速分 頻采樣保持電路和高速A/D測量電路。另一種工作方式為同步信號接收器接收到外部信 號源發(fā)出的同步秒脈沖或IRIG—B碼來保證數(shù)字量通道和模擬量通道采集到同一時刻的信號。程控放大電路根據(jù)輸入的模擬信號幅值進(jìn)行不同比例的放大，以獲得足夠強(qiáng)的 信號用于后續(xù)高精度采樣；自校電路對模擬信號的幅值進(jìn)行等比例縮放，并進(jìn)行移相， 獲得標(biāo)準(zhǔn)的比差和角差，若自校電路正確反應(yīng)該誤差，則校驗儀正常工作，反之，自校 電路工作異常提示報警，校驗儀停止工作，直至誤差排除后繼續(xù)；校驗儀自校正常后， 高速分頻采樣保持電路在同步信號分頻后的4KHz脈沖信號觸發(fā)下對模擬信號進(jìn)行采樣， 并將瞬時采樣值保持供后續(xù)高速A/D測量電路使用；高速A/D測量電路將模擬信號轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號，輸入工控機(jī)中進(jìn)行誤差數(shù)據(jù)計算，并通過工控機(jī)將結(jié)果輸出。電子式互感器合并單元在獲得秒脈沖或IRIG—B碼同步信號后依據(jù)各自的采樣 速率輸出離散的數(shù)字信號，以IEC61850-9-1/2格式的報文輸出，傳輸至光電信號轉(zhuǎn)換模 塊，通過網(wǎng)口通訊進(jìn)入工控機(jī)，工控機(jī)完成對數(shù)據(jù)報文的解包，提取其中的數(shù)據(jù)信息， 并對每1秒的前10個周波數(shù)據(jù)進(jìn)行離散傅里葉變換(DFT)，獲得電子式互感器輸出信號 (正弦波)的有效值和初相角；比較模擬信號和數(shù)字信號的有效值和初相角，獲得被測電 子式互感器的比差和角差。工控機(jī)除了完成數(shù)據(jù)報文分析處理及誤差計算外，還完成結(jié)果輸出的功能，包 括標(biāo)準(zhǔn)通道和被測通道的波形繪制、誤差結(jié)果輸出、測試結(jié)果數(shù)據(jù)庫管理、報告證書打 印等。在采用電子式互感器檢測電子式互感器時，本發(fā)明實現(xiàn)了數(shù)字信號對數(shù)字信號 的誤差計算，或低壓模擬信號(mV級)對低壓模擬信號的誤差計算，即標(biāo)準(zhǔn)通道和被測 通道同為數(shù)字信號輸入或模擬信號輸入，其工作流程和原理與傳統(tǒng)互感器檢測電子式互 感器時一致。
程控放大電路的特征在于放大倍數(shù)1、2、4、8、16、32、64可控并盡可能 的將放大倍數(shù)在可測范圍內(nèi)達(dá)到最大。具體放大倍數(shù)選擇流程為輸入的模擬電壓信 號經(jīng)過變壓線圈后電壓等比例縮小為Vm，當(dāng)Vm e [3.5，10]時，放大倍數(shù)G=I;當(dāng) Vm e [1.75, 3.5)時，放大倍數(shù) G = 2 ；當(dāng) Vm e [0.875, 1.75)時，放大倍數(shù) G = 4 ；當(dāng) Vm e [0.4375，0.875)時，放大倍數(shù) G = 8 ；當(dāng) Vm e [0.21875，0.4375)時，放大倍數(shù) G =16;當(dāng) Vm e [0.109375，0.21875)時，放大倍數(shù) G = 32 ；當(dāng) Vm e [0，0.109375)時， 放大倍數(shù)G = 64。所述的高頻分頻采樣保持電路控制頻率為4KHz，在其上升沿時觸發(fā)橋路，將本 時刻的信號瞬間保持，這樣就可以保證測量時無采樣延時。此外，本發(fā)明還可實現(xiàn)傳統(tǒng)互感器對傳統(tǒng)互感器的檢測，即兩通道都輸入電壓 信號(57.7V)或電流信號(5A、1A)，可采用直接測量法獲得被測互感器的基本誤差。本發(fā)明具有以下有益效果1)準(zhǔn)確度等級達(dá)0.05S級，可用于0.2S級電流互感 器和0.2級電壓互感器的誤差試驗；2)可適用于多廠家電子式互感器和傳統(tǒng)互感器；3) 功能全面，可滿足傳統(tǒng)互感器、模擬低電壓輸出和數(shù)字量輸出的電子式互感器準(zhǔn)誤差試 驗，可實現(xiàn)模擬信號對模擬信號、數(shù)字信號對數(shù)字信號、數(shù)字信號對模擬信號的測試； 4)具備自校功能，可輸出標(biāo)準(zhǔn)誤差進(jìn)行設(shè)備自檢，保證校驗儀正常工作、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可 靠；5)以工控機(jī)為基礎(chǔ)，集成設(shè)計，系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾能力強(qiáng)。下面結(jié)合說明書附圖和具體實施方式
對本說明作進(jìn)一步的說明。


圖1為本發(fā)明的原理框圖。圖2為本發(fā)明程控放大電路的原理框圖。圖3為本發(fā)明自校電路的原理框圖。圖4為本發(fā)明高速分頻采樣保持電路的原理框圖。圖5為本發(fā)明同步信號發(fā)生器與接收器的原理框圖。
具體實施例方式如圖1所示的互感器校驗儀，機(jī)體上設(shè)有數(shù)字信號輸入端和模擬交流信號輸入 端，機(jī)體內(nèi)裝有二個數(shù)字信號通道和二個模擬信號通道，所述的模擬信號通道由程控放 大電路、自校電路、高速分頻采樣保持電路和高速A/D測量電路組成，所述的數(shù)字信號 通道包括光電信號轉(zhuǎn)換模塊。信號通道之間裝有同步信號發(fā)生器與接收器，同步信號發(fā) 生器與接收器通過Agilent HFBR芯片將電信號和光信號相互轉(zhuǎn)換，同步信號發(fā)生器輸出 同步信號電信號分頻成4KHZ信號給高速分頻采樣保持電路和高速A/D測量電路，同時 同步光信號通過光纖傳送至被測互感器合并單元，同步信號接收器用于外部同步信號的 接受來達(dá)到測量同步的目的。程控放大電路的輸入端與模擬交流信號輸入端連接，輸出端與自校電路的輸入 端連接；高速分頻采樣保持電路的輸入端與自校電路的輸出端連接，輸出端與高速A/D 測量電路的輸入端連接。光電信號轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與數(shù)字信號輸入端連接，光電信號轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和高速A/D測量電路的輸出端與工控機(jī)的輸入端連接，所述的工控機(jī)內(nèi)裝有誤差計算 模塊。如圖2所示，模擬交流信號輸入后首先通過交流轉(zhuǎn)直流電路變成直流信號，經(jīng) 高速A/D測量電路獲得交流信號的有效值，并由此判斷PGA205型程控放大電路的放大 倍數(shù)，選擇最大允許放大倍數(shù)，盡可能放大模擬信號到接近測量芯片的最大量程。模擬 交流信號經(jīng)過放大倍數(shù)可控電路進(jìn)行放大后輸出至自校電路。如圖3所示，放大后的模擬信號將進(jìn)入自校電路，自校電路主要由AD7545及移 相電路組成。模擬信號將分為兩路，一路經(jīng)過D/A電路進(jìn)行幅值調(diào)理作為同相分量信 號，另一路移相90°后經(jīng)D/A電路進(jìn)行幅值調(diào)理作為正交分量信號，將同相分量信號和 正交分量信號疊加，并與原始信號比較，可獲得設(shè)定的比差和角差，若自校結(jié)果正常， 則后續(xù)信號將不再進(jìn)行調(diào)幅和移相，原始信號直接進(jìn)去采樣保持電路。若自校結(jié)果異 常，則停止后續(xù)信號處理，并發(fā)出錯誤信號提示。如圖4所示，自校合格時，模擬交流信號經(jīng)過程控放大電路后直接輸入高速分 頻采樣保持電路。圖中采樣保持的控制信號4KHz由長沙太陽人公司生產(chǎn)的高精度IMHz 晶振分頻出來，同時分頻出來IHz的同步信號輸出至電子式互感器合并單元，當(dāng)觸發(fā)信 號為高電平時，采樣橋路保持，這一瞬間的模擬信號被保持，供后續(xù)A/D高速測量電路 采樣。當(dāng)觸發(fā)信號為低電平時，采樣橋路連通，不進(jìn)行信號保持和采樣。當(dāng)信號保持的 時候進(jìn)行高速A/D測量，A/D高速測量電路主要采用串行16位A/D轉(zhuǎn)換器ADS7813。本發(fā)明中秒脈沖及IRIG—B碼同步信號的發(fā)生、接收是保證相位測量準(zhǔn)確可靠 的關(guān)鍵，秒脈沖同步信號的發(fā)送與接收具體實現(xiàn)框圖如圖5所示，IHz的同步光脈沖信 號發(fā)生的原理是將IMHz高精度晶振分頻成通過256分頻計數(shù)器進(jìn)行分頻，獲得4KHz 的采樣保持觸發(fā)信號。而4KHz的信號又經(jīng)過兩級分別為400分頻和10分頻，獲得 IHz的電信號，調(diào)整該電信號的占空比，獲得占空比為20%的電信號，并以此信號驅(qū)動 AgilentHFBR 1414Tz芯片發(fā)出IHz的同步光脈沖信號。當(dāng)本校驗儀接受外部IHz激光秒 脈沖輸入時，首先通過AgilentHFBR 1414Τζ光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成IHz的電信號，該電信號 的上升沿觸發(fā)256分頻計數(shù)器清零，并以此計數(shù)器將IMHz高精度晶振分頻成4kHz，用 于模擬信號通道的采樣保持電路觸發(fā)使用，保證數(shù)字信號和模擬信號為同一時刻采樣。 本發(fā)明采用CPLD來實現(xiàn)接受IHz信號的同步，當(dāng)IHz上升沿來的時候，以IMHz作為 時鐘的計數(shù)器清零并開始計數(shù)實現(xiàn)256分頻。由此同步誤差小于等于1 μ s的一個時鐘， 即可知相角誤差在1'以內(nèi)。IRIG—B碼同步信號的發(fā)送原理為在上述IHz信號上升沿時 立刻生成一個占空比為80%、周期為IOms的矩形波，然后依次連續(xù)生成98個占空比為 50%,周期為IOms的矩形波，最后生成一個占空比為80%、周期為IOms的矩形波，這 樣實現(xiàn)與本校驗儀所要用到的4ΚΗζ與IHz信號同步。IRIG—B碼同步信號的接收原理為 當(dāng)接收的IRIG—B信號當(dāng)達(dá)到第2個占空比為80%的矩形波時IHz信號立刻變?yōu)樯仙兀?這樣就可以得到一個秒脈沖同步信號，接下來就可以按照接收秒脈沖同步信號原理來得 到同步的4KHz的信號。通過上述過程將模擬信號的若干個信號周期(每個周期80個點)測量出來，然 后根據(jù)離散傅里葉變化來求取信號的有效值和初相角。基波分量表達(dá)式為
權(quán)利要求
1.一種互感器校驗儀，包括機(jī)體，其特征在于所述的機(jī)體上設(shè)有數(shù)字信號輸入端和 模擬交流信號輸入端，機(jī)體內(nèi)裝有至少二個數(shù)字信號通道和至少二個模擬信號通道，所 述的模擬信號通道包括程控放大電路、自校電路、高速分頻采樣保持電路和高速A/D測 量電路，所述的數(shù)字信號通道包括光電信號轉(zhuǎn)換模塊，信號通道之間裝有同步信號發(fā)生 器與接收器；所述程控放大電路的輸入端與模擬交流信號輸入端連接，輸出端與自校電路的輸入 端連接；所述高速分頻采樣保持電路的輸入端與自校電路的輸出端連接，輸出端與高速 A/D測量電路的輸入端連接；所述光電信號轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與數(shù)字信號輸入端連接，光電信號轉(zhuǎn)換模塊的輸出 端和高速A/D測量電路的輸出端共同與一工控機(jī)的輸入端連接，所述的工控機(jī)內(nèi)裝有誤 差計算模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互感器校驗儀，其特征在于所述的同步信號發(fā)生器與接收器 通過Agilent HFBR芯片將電信號和光信號相互轉(zhuǎn)換，同步信號發(fā)生器輸出同步電信號給 高速分頻采樣保持電路和高速A/D測量電路，同時通過光纖將同步光信號傳送至被測互 感器合并單元；同步信號接收器的輸入端與外部同步信號源的輸出端相連，其輸出端與 高速分頻采樣保持電路和高速A/D測量電路的輸入端連接，同步信號接收器用于接受外 部的同步光信號來達(dá)到測量同步的目的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的互感器校驗儀，其特征在于所述的光電信號轉(zhuǎn)換模塊選用 10/100M自適應(yīng)多模/單模光纖收發(fā)器，將被測互感器合并單元輸出的光信號轉(zhuǎn)換成電 信號，然后通過網(wǎng)線傳輸給工控機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互感器校驗儀，其特征在于所述的自校電路采用AD7545型 12位D/A芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互感器校驗儀，其特征在于所述的高速A/D測量電路采用 ADS7813 型 16 位 A/D 芯片。
6.權(quán)利要求1-5任一項所述互感器校驗儀的校驗方法，其特征在于在同步信號發(fā) 生器與接收器發(fā)出或接受的同步秒脈沖或者IRIG—B碼信號的作用下，測量同一時刻的模 擬交流信號和數(shù)字信號，比較兩信號的有效值和初相角，進(jìn)一步獲得被測互感器的比差 和角差，所述誤差計算模塊使用離散傅里葉變換去除直流誤差。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的校驗方法，采用傳統(tǒng)互感器檢測電子式互感器誤差時，校驗 步驟為首先需要同步信號發(fā)生器發(fā)出秒脈沖或IRIG—B碼同步信號給電子式互感器合并單 元、高速分頻采樣保持電路和高速A/D測量電路，來保證數(shù)字量通道和模擬量通道采集 到同一時刻的信號；實現(xiàn)數(shù)字量和模擬量同時刻采樣的另一種工作方式是同步信號接收器接收到外部信 號源發(fā)出的同步秒脈沖或IRIG—B碼，該同步信號源同時輸入被測電子式電流互感器合并 單元；程控放大電路根據(jù)輸入的模擬信號幅值進(jìn)行不同比例的放大，供后續(xù)信號采樣、處 理使用；自校電路對模擬信號的幅值進(jìn)行等比例縮放，并進(jìn)行移相，獲得標(biāo)準(zhǔn)的比差和角差，若自校電路正確反應(yīng)該誤差，則校驗儀正常工作，反之，自校電路工作異常提示報 警，校驗儀停止工作，直至誤差排除后繼續(xù)；校驗儀自校正常后，高速分頻采樣保持電 路在同步信號的觸發(fā)下對模擬信號進(jìn)行采樣，并將瞬時采樣值保持供后續(xù)高速A/D測量 電路使用；高速A/D測量電路將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸入工控機(jī)中進(jìn)行誤差數(shù)據(jù) 計算，并通過工控機(jī)將結(jié)果輸出；電子式互感器合并單元在獲得秒脈沖或IRIG—B碼同步信號后依據(jù)各自的采樣速率輸 出離散的數(shù)字信號，以IEC61850-9-1/2格式的報文輸出，傳輸至光電信號轉(zhuǎn)換模塊，通 過網(wǎng)口通訊進(jìn)入工控機(jī)，工控機(jī)完成對數(shù)據(jù)報文的解包，提取其中的數(shù)據(jù)信息，并對每 1秒的前10個周波數(shù)據(jù)進(jìn)行離散傅里葉變換，獲得電子式互感器輸出信號的有效值和初 相角；比較模擬信號和數(shù)字信號的有效值和初相角，獲得被測電子式互感器的比差和角 差。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的校驗方法，其特征在于所述的高頻分頻采樣保持電路控制頻 率為4KHz，在其上升沿時觸發(fā)橋路，將本時刻的信號瞬間保持。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的校驗方法，采用傳統(tǒng)互感器檢測傳統(tǒng)互感器誤差時，兩模擬 信號通道分別輸入標(biāo)準(zhǔn)和被測互感器的電壓信號或電流信號，采用直接測量法獲得被測 傳統(tǒng)互感器的基本誤差。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的校驗方法，采用電子式互感器檢測電子式互感器誤差時， 兩數(shù)字信號通道分別輸入標(biāo)準(zhǔn)和被測互感器的數(shù)字信號，采用直接測量法獲得被測電子 式互感器的基本誤差。
全文摘要
目前尚沒有將兩數(shù)字信號進(jìn)行比對獲得誤差數(shù)據(jù)的測試儀器；同時，對應(yīng)于輸出低電壓信號的電子式互感器，目前也沒有專用校驗儀可以檢測。本發(fā)明公開了一種可同時適用于多廠家電子式互感器和傳統(tǒng)互感器檢測的校驗儀，其特征在于所述的機(jī)體上設(shè)有數(shù)字信號輸入端和模擬交流信號輸入端，機(jī)體內(nèi)裝有至少二個數(shù)字信號通道和至少二個模擬信號通道，所述的模擬信號通道包括程控放大電路、自校電路、高速分頻采樣保持電路和高速A/D測量電路，所述的數(shù)字信號通道包括光電信號轉(zhuǎn)換模塊，信號通道之間裝有同步信號發(fā)生器與接收器。本發(fā)明可滿足傳統(tǒng)互感器、模擬低電壓輸出和數(shù)字量輸出的電子式互感器準(zhǔn)誤差試驗。
文檔編號G01R35/02GK102012494SQ20101055643
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者周永佳, 朱重冶, 李航康, 白衛(wèi)平, 許靈潔 申請人:寧波三維電測設(shè)備有限公司, 浙江省電力試驗研究院