CN103197274B - 电流互感器的交流大电流校验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电流互感器的交流大电流校验系统及方法，包括大电流传感单元、数据采集单元和PC机，大电流传感单元包括铁芯线圈、空心线圈、信号调理单元和屏蔽罩，空心线圈和信号调理单元固定在屏蔽罩内部，铁芯线圈、空心线圈和屏蔽罩分别安装在载流导线上，铁芯线圈和空心线圈之间设有第一旁路导线，信号调理单元的输出端通过数据采集单元与PC机相连接。本发明利用铁芯线圈对安装后空心线圈的互感系数进行校正，判断空心线圈状态是否满足校验条件，并通过空心线圈互感系数的反馈，完成校验时的闭环控制，实现了高精度的交流大电流校验，保证空心线圈电流互感器的输出精度。

Description

电流互感器的交流大电流校验系统及方法

技术领域

本发明具体涉及一种基于空心线圈互感系数自校验原理的电流互感器交流大电流校验系统及方法，属于电能参数测量技术领域。 

背景技术

随着电力系统的快速发展，电网的电压等级不断提高，电流也不断增大，但是高电压、大电流情况下计量设备的性能受到更大的考验，作为变电站的重要计量设备之一，电流互感器在大电流情况下的性能及其校验受到越来越多的重视。

传统的电流互感器校验设备一般采用基于电磁式互感器的校验设备，只能在小电流情况下校验电流互感器的性能，对于数十kA的电流，由于铁芯的饱和特性，导致标准电流互感器的准确度无法达到校验要求，甚至偏差很大，如果铁芯的线圈要达到校验用的精度，体积会非常大，不利于加工生产，更不适合现场操作。

目前，基于空心线圈的电流互感器，具有动态范围大、测量频带宽、线性度好等优点，成为交流大电流测量时的首选。然而，由于空心线圈的输出信号小，受外界电磁场和载流导线位置的影响较大，因此其精度不高，理论精度最高为0.1%，然而实际中远远达不到理论精度，为了提高测量精度，有些研究人员采用多对PCB型空心线圈串联的形式，用以提高输出信号的幅值，如专利（授权公告号：CN 1967267A）中就采用这种形式，串联线圈的数量取决于一次电流的大小及要求的精度；还有专利（授权公告号：CN 2099085Y）也提及到了基于空心线圈的电流互感器，但是上述专利存在以下不足：

1）空心线圈的输出为微分信号，需要在后续电路中加硬件积分电路或者在软件中进行处理，硬件积分电路会受到温度漂移和时间漂移的影响，软件积分会受信号中直流成分的影响，因此都会给信号引入附加的误差，而铁芯线圈则不需要相应的积分电路，其输出经过电阻取样后可直接采集，因此精度比空心线圈高；

2）多个空心线圈的串联尽管可以增大输出信号，但同时会增大空心线圈的内阻，使输出产生误差；

3）空心线圈的测量精度受安装位置的影响很大，所以大电流校验时，在安装过程和结果不可控的前提下，空心线圈的测量精度也是不可控的，难以保证标准电流通道的电流测量精度，以至于校验结果的可信度受到质疑。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提出基于空心线圈互感系数自校验原理的电流互感器交流大电流校验系统及方法，利用铁芯线圈对安装后空心线圈的互感系数进行校正，判断空心线圈状态是否满足校验条件，并通过空心线圈互感系数的反馈，完成校验时的闭环控制，实现了高精度的交流大电流校验，保证空心线圈电流互感器的输出精度。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种电流互感器的交流大电流校验系统，其特征在于：包括大电流传感单元、数据采集单元和PC机，其特征在于：所述大电流传感单元包括铁芯线圈、空心线圈、信号调理单元和屏蔽罩，所述空心线圈和信号调理单元固定在屏蔽罩内部，所述铁芯线圈、空心线圈和屏蔽罩分别安装在载流导线上，所述铁芯线圈和空心线圈之间设有第一旁路导线，所述第一旁路导线的端部设有第一连接端子为大电流传感单元的第一输入端，所述载流导线的端部设有第二连接端子为大电流传感单元的第二输入端，所述信号调理单元的输出端做为大电流传感单元的信号输出端通过数据采集单元与PC机相连接。

前述的电流互感器的交流大电流校验系统，其特征在于：所述铁芯线圈为穿心固定在载流导线上。

前述的电流互感器的交流大电流校验系统，其特征在于：所述第一旁路导线与载流导线垂直连接。

前述的电流互感器的交流大电流校验系统，其特征在于：所述数据采集单元为数据采集卡。

前述的电流互感器的交流大电流校验系统，其特征在于：所述载流导线为金属硬导线。

前述的电流互感器的交流大电流校验系统，其特征在于：所述铁芯线圈、空心线圈和屏蔽罩分别安装在载流导线上，铁芯线圈和空心线圈之间的距离可调整。

基于上述的电流互感器的交流大电流校验方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤（1）空心线圈的互感系数自校验阶段

通过大电流传感单元的第一输入端输入，铁芯线圈和空心线圈都接入校验回路，铁芯线圈和空心线圈都接入回路中，对空心线圈的互感系数进行校正； 

步骤（2）交流大电流校验阶段

通过大电流传感单元的第二输入端输入，将铁芯线圈去除校验回路，此时只有空心线圈接入校验回路，对被校验的电流互感器输出交流大电流进行误差计算及校验。

前述的电流互感器的交流大电流校验方法，其特征在于：步骤（1）所述对空心线圈的互感系数进行校正的步骤如下：

1）记录铁芯线圈输出值，将铁芯线圈的输出值作为校正的标准值；

2）根据空心线圈互感系数的计算出计算值，计算出两者的误差；

3）当误差符合相应准确度等级规定时，空心线圈的状态满足校验标准通道的条件要求；

4）当误差超过规定的阈值上限，则调整铁芯线圈和空心线圈之间的间距，调整后再重复1）-2），直至空心线圈的状态满足校验标准通道的条件要求。

本发明的有益效果是：本发明提出的基于空心线圈互感系数校验的电流互感器交流大电流校验系统及方法，利用铁芯线圈对安装后空心线圈的互感系数进行校正，判断空心线圈状态是否满足校验条件，然后通过空心线圈互感系数的反馈，完成校验时的闭环控制，实现了高精度的交流大电流校验，保证空心线圈电流互感器的输出精度。

附图说明

图1是本发明的电流互感器的交流大电流校验系统的系统框图。

图2是本发明的空心线圈互感系数校正阶段的连接图。

图3是本发明的交流大电流校验阶段的连接图。

附图的标记含义如下：

1：大电流传感单元；2：数据采集单元；3：PC机；4：铁芯线圈； 5：空心线圈；6：信号调理单元；7：屏蔽罩；8：载流导线；9：第一旁路导线；10：第一连接端子；11：第二连接端子。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

本发明的基于空心线圈互感系数校验的电流互感器交流大电流校验系统及方法，利用铁芯线圈对安装后空心线圈的互感系数进行校正，判断空心线圈状态是否满足校验条件，然后通过空心线圈互感系数的反馈，完成校验时的闭环控制，实现了高精度的交流大电流校验，保证空心线圈电流互感器的输出精度，如图1所示，本发明的电流互感器的交流大电流校验系统，包括大电流传感单元1、数据采集单元2和PC机3，大电流传感单元包括铁芯线圈4、空心线圈5、信号调理单元6和屏蔽罩7，空心线圈5和信号调理单元6固定在屏蔽罩7内部，空心线圈5和信号调理单元6、屏蔽罩7的尺寸（外径、内径、厚度）可以实际情况进行调整。铁芯线圈4、空心线圈5和屏蔽罩6分别安装在载流导线8上，载流导线8为金属硬导线，铁芯线圈4和空心线圈5之间设有第一旁路导线9，第一旁路导线9通过螺栓从载流导线8上引出，且铁芯线圈4和空心线圈5之间的距离可调整，第一旁路导线9的端部设有第一连接端子10为大电流传感单元1的第一输入端，载流导线8的端部设有第二连接端子11为大电流传感单元1的第二输入端，信号调理单元6的输出端做为大电流传感单元1的信号输出端通过数据采集单元2与PC机3相连接，数据采集单元2为数据采集卡，PC机3通过采集的数据进行相应的设置，准备测量及校验，其中铁芯线圈4为穿心固定在载流导线1上，第一旁路导线9与载流导线8垂直连接，以降低对大电流传感单元1的电磁干扰，提高校正的准确性，保证空心线圈电流互感器的输出精度。

基于上述的电流互感器的交流大电流校验方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步，空心线圈5的互感系数自校验阶段

通过大电流传感单元1的第一输入端输入，铁芯线圈4和空心线圈5都接入校验回路，铁芯线圈4和空心线圈5都接入回路中，对空心线圈1的互感系数进行校正的方法如下：

1）记录铁芯线圈4的输出值，将铁芯线圈1的输出值作为校正的标准值；

2）根据空心线圈5的互感系数的计算出计算值，计算出两者的误差；

3）当误差符合相应准确度等级规定时，空心线圈5的状态满足校验标准通道的条件要求，这里的准确度等级为一般为不超过0.05%；

4）当误差超过规定的阈值上限，则调整铁芯线圈4和空心线圈5之间的间距，调整后再重复1）-2），直至空心线圈5的状态满足校验标准通道的条件要求。

第二步，交流大电流校验阶段

通过大电流传感单元1的第二输入端输入，将铁芯线圈4去除校验回路，此时只有空心线圈5接入校验回路，对被校验的电流互感器输出交流大电流进行误差计算及校验。

综上所述，基于空心线圈互感系数校验的交流大电流校验系统级方法，根据铁芯线圈和空心线圈各自的特性，即铁芯线圈测量小电流时的准确度高、稳定性好，空心线圈在安装位置固定的情况下线性度好这两个特点，在两者共同的电流测量范围内，首先利用铁芯线圈对安装后空心线圈的互感系数进行校正，判断空心线圈状态是否满足校验条件，从而实现对空心线圈电流传感器使用条件是否符合要求的判断，然后通过空心线圈互感系数的反馈，完成校验时的闭环控制，实现了高精度的交流大电流校验。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.电流互感器的交流大电流校验系统，其特征在于：包括大电流传感单元、数据采集单元和PC机，其特征在于：所述大电流传感单元包括铁芯线圈、空心线圈、信号调理单元和屏蔽罩，所述空心线圈和信号调理单元固定在屏蔽罩内部，所述铁芯线圈、空心线圈和屏蔽罩分别安装在载流导线上，所述铁芯线圈和空心线圈之间设有第一旁路导线，所述第一旁路导线的端部设有第一连接端子为大电流传感单元的第一输入端，所述载流导线的端部设有第二连接端子为大电流传感单元的第二输入端，所述信号调理单元的输出端做为大电流传感单元的信号输出端通过数据采集单元与PC机相连接。

2.根据权利要求1所述的电流互感器的交流大电流校验系统，其特征在于：所述铁芯线圈为穿心固定在载流导线上。

3.根据权利要求1所述的电流互感器的交流大电流校验系统，其特征在于：所述第一旁路导线与载流导线垂直连接。

4.根据权利要求1所述的电流互感器的交流大电流校验系统，其特征在于：所述数据采集单元为数据采集卡。

5.根据权利要求1或2所述的电流互感器的交流大电流校验系统，其特征在于：所述载流导线为金属硬导线。

6.根据权利要求1所述的电流互感器的交流大电流校验系统，其特征在于：所述铁芯线圈、空心线圈和屏蔽罩分别安装在载流导线上，铁芯线圈和空心线圈之间的距离可调整。

7.基于权利要求1所述的电流互感器的交流大电流校验方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤（1）空心线圈的互感系数自校验阶段

通过大电流传感单元的第一输入端输入，铁芯线圈和空心线圈都接入校验回路，铁芯线圈和空心线圈都接入回路中，对空心线圈的互感系数进行校正； 

步骤（2）交流大电流校验阶段

通过大电流传感单元的第二输入端输入，将铁芯线圈去除校验回路，此时只有空心线圈接入校验回路，对被校验的电流互感器输出交流大电流进行误差计算及校验。

8.根据权利要求7所述的电流互感器的交流大电流校验方法，其特征在于：步骤（1）所述对空心线圈的互感系数进行校正的步骤如下：

1）记录铁芯线圈的输出值，将铁芯线圈的输出值作为校正的标准值；

2）根据空心线圈互感系数的计算出计算值，计算出两者的误差；

3）当误差符合相应准确度等级规定时，空心线圈的状态满足校验标准通道的条件要求；

4）当误差超过规定的阈值上限，则调整铁芯线圈和空心线圈之间的间距，调整后再重复1）-2），直至空心线圈的状态满足校验标准通道的条件要求。