檢測羅氏線圈電子式電流互感器附加動態(tài)分量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及智能變電站試驗技術(shù)領(lǐng)域，是一種檢測羅氏線圈電子式電流互感器附 加動態(tài)分量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 智能變電站利用電子式電流互感器將高壓輸電線路電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字化信號，供變 電站繼電保護(hù)裝置使用。基于羅氏線圈原理的電子式電流互感器在我國智能變電站中已經(jīng) 應(yīng)用。
[0003] 圖1給出羅氏線圈電子式電流互感器典型原理框圖。圖中，穿過羅氏線圈的一次 電流i在羅氏線圈上感應(yīng)出與一次電流的微分成正比的電壓信號U，采集器對羅氏線圈輸 出的電壓信號進(jìn)行濾波處理和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換后用光纖將數(shù)字信號傳送到合并單元，合并 單元對數(shù)字信號做數(shù)值積分，獲得測量電流i'。理想情況下，電子式電流互感器的測量值 i'與i的實際值相等。
[0004] 運(yùn)行實踐證明，輸電線路帶電操作過程中，羅氏線圈電子式電流互感器測量信號 i'中可能出現(xiàn)輸電線路電流i原本沒有的附加動態(tài)分量，該附加動態(tài)分量可能導(dǎo)致繼電保 護(hù)裝置誤動作。
[0005]目前國內(nèi)外主要針對電子式電流互感器測量工頻信號時的延時特性和精度特性 進(jìn)行檢測方法研宄和儀器開發(fā)，未見對電子式電流互感器附加動態(tài)分量產(chǎn)生原因和檢測方 法開展研宄的報道。
[0006] 基于電子式互感器在變電站中的重要地位和應(yīng)用前景，以及因電子式電流互感器 附加動態(tài)分量使繼電保護(hù)裝置誤動作造成的嚴(yán)重后果，研宄羅氏線圈電子式電流互感器附 加動態(tài)分量產(chǎn)生原因和檢測附加動態(tài)分量的方法，具有重要技術(shù)價值。
[0007] 本發(fā)明使用的技術(shù)術(shù)語：
[0008] 電子式電流互感器：一類裝置，采用電流傳感器和信號處理電路將電網(wǎng)一次電流 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過光纖將數(shù)字信號傳送到繼電保護(hù)裝置。
[0009] 羅氏線圈：一種由均勻纏繞在非鐵磁性材料上的環(huán)形線圈構(gòu)成的電流傳感器，是 羅氏線圈電子式電流互感器的一個組成部分。輸電線路電流垂直穿過線圈圓心，線圈輸出 電壓信號是輸電線路電流對時間的微分。
[0010] 采集器：電子式電流互感器的組成部分，用于將羅氏線圈輸出的模擬量電壓信號 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0011] 合并單元：電子式電流互感器的組成部分，將多臺電子式互感器采集器采集的信 號進(jìn)行合并處理，并將處理后的信號傳送給繼電保護(hù)裝置使用。
[0012] 附加動態(tài)分量：一種動態(tài)響應(yīng)行為，指電子式電流互感器在數(shù)據(jù)采集處理過程中 產(chǎn)生的不屬于被測電流原有信息的附加信號分量。
[0013] 智能變電站：變電站的一種型式，利用電子式互感器將變電站高壓側(cè)電壓、電流信 號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，供變電站繼電保護(hù)裝置使用。
[0014] 電流行波：以一定速度沿著輸電線路行進(jìn)的電磁波。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 羅氏線圈電子式電流互感器是一種具有動態(tài)響應(yīng)行為的設(shè)備。由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和變 電站結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及電網(wǎng)操作和故障形態(tài)的多樣性，檢測羅氏線圈電子式電流互感器動 態(tài)響應(yīng)行為的最大困難是難以獲取激發(fā)電子式電流互感器動態(tài)響應(yīng)過程的大電流試驗條 件，以及沒有可控、可測的檢測電子式電流互感器動態(tài)響應(yīng)行為的手段。
[0016] 為解決羅氏線圈電子式電流互感器動態(tài)響應(yīng)行為和寬頻域穩(wěn)態(tài)測量特性檢測方 法問題，本發(fā)明提出一種利用仿真方法計算輸電線路電流^和羅氏線圈輸出電壓u 2、用模 擬量再現(xiàn)方法將數(shù)字表達(dá)的羅氏線圈電壓u2轉(zhuǎn)換為模擬量電壓u2'，將模擬量電壓u 2'輸入 到被檢測電子式電流互感器采集器，分析電子式電流互感器合并單元測量的h'與被測電 流h的差別，實現(xiàn)檢測羅氏線圈電子式電流互感器動態(tài)響應(yīng)行為的目的。
[0017] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下：
[0018] 一種檢測羅氏線圈電子式電流互感器附加動態(tài)分量的方法，所述羅氏線圈電子式 電流互感器包括羅氏線圈、采集器和合并單元；檢測試驗裝置還包括數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器和 寬頻放大器；包括以下步驟：
[0019] 構(gòu)造羅氏線圈模型和采集器等效負(fù)載模型的步驟；
[0020] 構(gòu)建電網(wǎng)仿真模型的步驟：將羅氏線圈模型和采集器等效負(fù)載模型輸入PSCAD電 網(wǎng)電磁暫態(tài)仿真軟件，構(gòu)建包含羅氏線圈和輸電線路的電網(wǎng)仿真模型并以200ns的步長完 成電磁暫態(tài)仿真，得到包含輸電線路電流值序列h (t)和羅氏線圈電壓值序列u2 (t)的數(shù)據(jù) 文件File ;
[0021] 確定自動掃描試驗次數(shù)的步驟：自動掃描試驗的試驗次數(shù)
其中，F(xiàn)s是采 集器采樣頻率；
[0022] 連接自動掃描試驗裝置的步驟：將數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器、寬頻放大器、采集器和合并 單元依次連接；
[0023] 在GPS秒脈沖發(fā)出時刻，進(jìn)行自動掃描試驗的步驟：將數(shù)據(jù)文件File中仿真的羅 氏線圈電壓值序列u 2 (t)寫入數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，通過寬頻放大器向采集器輸出模擬量電 壓112'（t)，接收合并單元測量的輸電線路電流值序列i/ (t);計算得到附加動態(tài)分量的數(shù) 值序列Aijt) = i/ (O-iJt-At)，其中，At是所述羅氏線圈電子式電流互感器延遲時 間；
[0024] 重復(fù)進(jìn)行自動掃描試驗的步驟：在GPS秒脈沖發(fā)出時刻延時n y s，重復(fù)進(jìn)行自動 掃描試驗的步驟，其中，n = 1，2，...，M-1。
[0025] 進(jìn)一步地，還包括以下步驟：計算每次自動掃描試驗中羅氏線圈電子式電流互感 器附加動態(tài)分量的最大值Max| A ijt) |彡k*Ie，其中，Ie為所述羅氏線圈電子式電流互感 器額定電流，k為允許的附加動態(tài)分量最大值占額定電流的比例；統(tǒng)計M次自動掃描試驗中 附加動態(tài)分量超過允許值的次數(shù)。
[0026] 其中，所述允許的附加動態(tài)分量最大值占額定電流的比例k = 0. 05。
[0027] 上述技術(shù)方案中，所述羅氏線圈模型由感應(yīng)電勢
、羅氏線圈電阻R,、羅 氏線圈電感L及羅氏線圈互感I串聯(lián)后，再與羅氏線圈對屏蔽層電容Q并聯(lián)，其中i是羅 氏線圈的輸入電流，t是時間；所述采集器等效負(fù)載模型為串聯(lián)的等效輸入電阻ri和等效 輸入電容ci;
[0028] 獲取羅氏線圈模型參數(shù)的方法是：
[0029] 利用PH02行波測距測試儀輸出幅值為5A、頻率為50Hz的方波信號作為被試羅氏 線圈輸入電流，利用fluckl98示波器記錄被試羅氏線圈輸出電壓，并測取羅氏線圈輸出電 壓中自由振蕩信號的頻率f z;
[0030] 利用升流器將取自220V交流電源的試驗電流升高至被試羅氏線圈電子式電流 互感器額定電流I作為標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和羅氏線圈的輸入電流，利用NORMA 5000功率 測量儀測量得到標(biāo)準(zhǔn)電流互感器輸出電流I*和羅氏線圈輸出電壓U，計算羅氏線圈互感
[0031] 將被試羅氏線圈兩端連接到安捷倫E4980A，利用安捷倫E4980A輸出頻率為 1. 0kHz、幅值為1. 0V的試驗信號，測量得到羅氏線圈電感L,;
[0032] 將被試羅氏線圈兩端連接到安捷倫E4980A，利用安捷倫E4980A輸出頻率為fz、幅 值為1.0V的試驗信號，測量得到羅氏線圈電阻艮；
[0033] 將被試羅氏線圈兩端并聯(lián)后連接到安捷倫E4980A，將被試羅氏線圈屏蔽層也連接 到安捷倫E4980A，利用安捷倫E4980A輸出頻率為1. 0kHz、幅值為1. 0V試驗信號，測量得到 羅氏線圈對屏蔽層電容(；。
[0034] 獲取采集器等效負(fù)載模型參數(shù)的方法是：
[0035] 將被試采集器兩端連接到安捷倫E4980A，利用安捷倫E4980A輸出頻率為1. 0kHz、 幅值為1. 0V試驗信號，測量得到采集器的等效輸入電阻^和等效輸入電容Ci。
[0036] 本發(fā)明的技術(shù)效果在于，利用本發(fā)明提出的方法，可以模擬輸電線路電流的各種 暫態(tài)現(xiàn)象，檢測羅氏線圈電子式電流互感器的動態(tài)響應(yīng)行為。該方法可用于檢驗羅氏線圈 電子式電流互感器適應(yīng)變電站運(yùn)行需求的能力，為改善羅氏線圈電子式電流互感器性能提 供幫助。
【附圖說明】
[0037] 圖1是羅氏線圈電子式電流互感器的原理框圖；
[0038] 圖2是羅氏線圈模型圖；
[0039] 圖3是測取羅氏線圈自由振蕩頻率的試驗接線圖；
[0040] 圖4是測量羅氏線圈互感的試驗接線圖；
[0041] 圖5是測量羅氏線圈電阻、電感的試驗接線圖；
[0042] 圖6是測量羅氏線圈對屏蔽層電容的試驗接線圖；
[0043]圖7是采集器等效負(fù)載模型圖；
[0044]圖8是測量采集器輸入電阻和輸入電容的試驗接線圖。
【具體實施方式】
[0045] 高壓輸電線路進(jìn)行空載合閘操作時，輸電線路會出現(xiàn)電流行波。電流行波在波阻 抗發(fā)生變化的輸電線路邊界會形成波的折射和反射，電流行波的波長與電子式電流互感器 采集器的采樣頻率呈一定關(guān)系時，由于電子式電流互感器積分環(huán)節(jié)的作用，會使羅氏線圈 電子式電流互感器產(chǎn)生動態(tài)附加分量。
[0046] 為解決羅氏線圈電子式電流互感器附加動態(tài)分量檢測問題，本發(fā)明提出利用包含 羅氏線圈模型、采集器等效負(fù)載模型和輸電線路模型的小步長電磁暫態(tài)仿真方法模擬輸電 線路電流行波h和羅氏線圈輸出電壓u 2，用模擬量再現(xiàn)方法將仿真的數(shù)值結(jié)果112還原成羅 氏線圈的模擬量電壓信號u 2'，將u2'接到被測電子式電流互感器采集器的信號輸入端，分 析被測電子式電流互感器合并單元測量電流i/與仿真電流h的差別，判斷羅氏線圈電子 式電流互感器測量結(jié)果中是否含有附加動態(tài)分量。
[0047] 本發(fā)明采用的羅氏線圈模型見圖2。
[0048]用下述方法獲取羅氏線圈模型參數(shù)：
[0049] 1)按照圖3接線，利用PH02行波測距測試儀輸出幅值為5A、頻率為50Hz的方波 信號作為羅氏線圈的輸入電流，利用fluckl98示波器記錄羅氏線圈輸出電壓，并測取羅氏 線圈輸出電壓中自由振蕩信號的頻率f z。
[0050] 2)按照圖4接線，利用升流器將取自220V交流電源的試驗電流升高至被試羅氏線 圈電子式電流互感器額定電流I作為標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和羅氏線圈的輸入電流，利用NORMA 5000功率測量儀測量標(biāo)準(zhǔn)電流互感器電流I*和羅氏線圈電壓U，利用下式計算羅氏線圈互 感M r:
[0052] 式中：
[0053] JT :常數(shù)，31 = 3. 14159 ;
[0054] N:變流比，
[0055] 3)按照圖5接線，利用安捷倫E4980A輸出頻率為1. 0kHz、幅值為1.