CN106772201A - 电子式互感器暂态特性检测试验系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子式互感器暂态特性检测试验系统，它包括合成回路控制系统、交流暂态电流源、直流可控电流源和直流冲击电流源，所述合成回路控制系统的交流暂态电流源开关机指令和电气参数设置信号输出端连接交流暂态电流源的控制信号输入端，交流暂态电流源的工作状态和故障状态以及录波数据输出端连接合成回路控制系统的交流暂态电流源反馈信号输入端；本发明实现了三种不同类型电流源的合成同步控制，使得三个不同时间尺度且相互独立的试验大电流通过合理的控制策略和时序设计，最终合成为满足电子式互感器暂态特性检测试验要求的，与电力系统回路一次短路故障电流相吻合的全偏移模拟电流。

Description

电子式互感器暂态特性检测试验系统及控制方法

技术领域

本发明涉及电子式互感器检测试验领域，具体涉及一种电子式互感器暂态特性检测试验系统及控制方法。

背景技术

随着新一代智能变电站概念的提出，关于电子式互感器以及智能变电站的理念及技术发生了很大的变化，而随着2013年6座新一代智能变电站示范站的顺利建成投运，标志着电子式互感器新的应用阶段的来临，国家电网公司接着在2014年提出了50座新一代智能变电站扩大示范工程的计划，新一代智能变电站中的应用已成为电子式互感器新的发展方向。

暂态特性是电子式电流互感器的重要特性，直接影响间隔层设备的运行稳定性。随着电力系统容量的不断增大和电网运行电压等级的提高，一旦发生短路故障，电网保护装置和断路器动作要在极短的时间内切除事故。这就要求互感器具有良好的暂态响应特性，能真实、快速地反映一次故障信号，使继电保护装置能在暂态过程尚未结束前就正确动作。目前，互感器暂态特性检测方面的研究都是采用间接法，这些方法要么不能全面真实反映互感器的暂态特性，如传变方法，要么无法在变电站现场实施校验，如等安匝法。由于电子式电流互感器自身结构，暂态性能只能选用直接法检测。而实际运行的电子式互感器暂态特性试验都是在试验室环境下采用选相合闸开关投切大容量短路变压器的方法进行的。目前，国内仅有极个别的试验单位具备互感器暂态特性检测试验能力的大容量强电流实验室条件，试验设备十分巨大，占地需几百平方，且试验电流的时间常数已无法满足目前超特高压电力系统互感器的暂态特性检测需求。不利于互感器暂态特性检测试验技术的普及和广泛应用。

为了解决上述问题，实现电子式互感器暂态特性的直接法检测，发明专利《交直流暂稳态一体化检测装置》(申请号：201610192639.3)公开了一种由交流工频暂稳态电源、直流暂稳态试验电源和直流冲击电源以及合成试验控制系统组成的交直流暂稳态一体化试验装置，该交直流暂稳态一体化试验电源装置通过采用合成试验回路，明显减小直流冲击/暂稳态试验中储能电容的容量，并保证了试验电流上升速率和时间常数要求；但由于此方案采用三种不同类型的电流源生成合成的目标试验波形，因此控制系统设计难度大，控制时序要求高，并且需要合适控制策略才能生成与理论相吻合的合成波形。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术提出的问题，提出一种电子式互感器暂态特性检测试验系统及控制方法，该系统和方法实现了三种不同类型电流源(直流冲击电流源、直流可控电流源和交流暂态电流源)的合成同步控制，使得三个不同时间尺度且相互独立的试验大电流通过合理的控制策略和时序设计，最终合成为满足电子式互感器暂态特性检测试验要求的，与电力系统回路一次短路故障电流相吻合的全偏移模拟电流。

为解决上述技术问题，本发明公开的一种电子式互感器暂态特性检测试验系统，它包括合成回路控制系统、用于对电子式互感器提供暂态特性检测试验电源的交流暂态电流源、直流可控电流源和直流冲击电流源，其特征在于：所述合成回路控制系统的交流暂态电流源开关机指令和电气参数设置信号输出端连接交流暂态电流源的控制信号输入端，交流暂态电流源的工作状态和故障状态以及录波数据输出端连接合成回路控制系统的交流暂态电流源反馈信号输入端；

合成回路控制系统的直流可控电流源开关机指令和电气参数设置以及预置目标曲线信号输出端连接直流可控电流源的控制信号输入端，直流可控电流源的工作状态和故障状态以及录波数据输出端连接合成回路控制系统的直流可控电流源反馈信号输入端；

合成回路控制系统的直流冲击电流源开关机指令和电气参数设置以及充电过程控制的信号输出端连接直流冲击电流源的控制信号输入端，直流冲击电流源的工作状态和故障状态以及录波数据输出端连接合成回路控制系统的直流冲击电流源反馈信号输入端；

直流可控电流源的同步请求信号输出端连接交流暂态电流源的同步请求信号输入端，交流暂态电流源的同步确认信号输出端连接直流可控电流源的同步确认信号输入端，直流可控电流源的同步触发信号输出端连接直流冲击电流源的同步触发信号输入端，直流可控电流源的第一电平触发信号输出端连接交流暂态电流源的电平触发信号输入端，直流可控电流源的第二电平触发信号输出端连接直流冲击电流源的电平触发信号输入端。

一种上述电子式互感器暂态特性检测试验系统的控制方法，

步骤1：建立合成回路控制系统与交流暂态电流源、直流可控电流源和直流冲击电流源的通信连接，使合成回路控制系统与交流暂态电流源、直流可控电流源和直流冲击电流源处于正常通信状态，同时，在合成回路控制系统中设置需可视化显示的波形类型；

步骤2：执行开机操作，根据电子式互感器试品暂态特性检测试验需求，通过合成回路控制系统设置输出试验电流非周期分量峰值、周期分量峰值和非周期分量衰减时间常数，并下发给交流暂态电流源、直流可控电流源和直流冲击电流源，此时，交流暂态电流源、直流可控电流源和直流冲击电流源只接收设置参数信息，并不输出电流；

步骤3：合成回路控制系统控制直流冲击电流源进行充电操作，当直流冲击电流源中的储能电容电压充至设置电压时，停止充电，进入触发预备状态；

步骤4：直流可控电流源执行对直流冲击电流源和交流暂态电流源的同步控制操作，首先，直流可控电流源向交流暂态电流源发送同步请求指令，然后，交流暂态电流源将收到同步请求指令后的第一个电网电压过零点时刻发送给直流可控电流源作为同步起始点和同步确认，同时，交流暂态电流源输出交流暂态电流，直流可控电流源以同步起始点为同步时间基准开始计时，在交流暂态电流处于峰值时输出可控电流，并同时触发直流冲击电流源输出直流冲击电流；

步骤5：步骤4中输出的交流暂态电流、直流可控电流和直流冲击电流生成合成试验电流，该合成试验电流波形即为电子式互感器所在电力系统回路发生短路故障时的短路电流全偏移时的电流，生成合成试验电流的同时，交流暂态电流源、直流可控电流源和直流冲击电流源开始执行录波操作，暂态试验电流输出结束时，录波操作随之结束，交流暂态电流源、直流可控电流源和直流冲击电流源将各自的录波数据上报给合成回路控制系统，合成回路控制系统根据步骤1中事先设置的可视化显示波形类型进行试验波形显示，如果交流暂态电流源、直流可控电流源和直流冲击电流源的录波数据与预置目标波形的数据之间的误差超出预设的阈值限值时，合成回路控制系统利用上述录波数据进行自校准。

本发明的有益效果：

1、本发明技术方案实现了三种不同类型电流源(直流冲击电流源、直流可控电流源和交流暂态电流源)的合成同步控制，使得三个不同时间尺度且相互独立的试验大电流通过合理的控制策略和时序设计，最终合成为满足电子式互感器暂态特性检测试验要求的，与电力系统回路一次短路故障电流相吻合的全偏移模拟电流；

2、本发明技术方案中，将合成回路控制系统作为软件控制中枢，通过合成回路控制系统4对各模块电流源的参数设置，实现了输出试验电流非周期分量峰值、周期分量峰值和非周期分量衰减时间常数在各自设置范围内的任意可调，同时，利用系统同步控制方式，以交流工频电压过零时刻为起点，控制直流冲击电流源和直流可控电流源的触发时刻，还可以满足不同相位要求的合成输出电流波形；使得试验系统可以兼容适应不同电压等级的互感器试品和不同的短路电流偏移情况，具有极大地灵活性；

3、本发明技术方案中，在试验系统输出合成试验电流的同时，对每个模块电源(即直流可控电流源、冲击电流源和交流暂态电流源)输出的电流进行录波，可对各模块电源输出电流和合成电流的实际波形与预置目标波形的差异进行可视化展示，直观确定试验波形质量，如果实际输出电流误差超出阈值限值时，试验控制系统还可利用录波数据进行自校准；

附图说明

图1本发明的结构示意图；

图2为本发明的控制流程图；

图3为本发明中直流可控电流、直流冲击电流和交流暂态电流合成示意图。

其中，1—交流暂态电流源、2—直流可控电流源、3—直流冲击电流源、4—合成回路控制系统。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

本发明的一种电子式互感器暂态特性检测试验系统，如图1所示，它包括合成回路控制系统4、用于对电子式互感器提供暂态特性检测试验电源的交流暂态电流源1、直流可控电流源2和直流冲击电流源3，所述合成回路控制系统4的交流暂态电流源开关机指令和电气参数设置信号输出端连接交流暂态电流源1的控制信号输入端，交流暂态电流源1的工作状态和故障状态以及录波数据输出端连接合成回路控制系统4的交流暂态电流源反馈信号输入端；

合成回路控制系统4的直流可控电流源开关机指令和电气参数设置以及预置目标曲线信号输出端连接直流可控电流源2的控制信号输入端，直流可控电流源2的工作状态和故障状态以及录波数据输出端连接合成回路控制系统4的直流可控电流源反馈信号输入端；

合成回路控制系统4的直流冲击电流源开关机指令和电气参数设置以及充电过程控制的信号输出端连接直流冲击电流源3的控制信号输入端，直流冲击电流源3的工作状态和故障状态以及录波数据输出端连接合成回路控制系统4的直流冲击电流源反馈信号输入端；

直流可控电流源2的同步请求信号输出端连接交流暂态电流源1的同步请求信号输入端，交流暂态电流源1的同步确认信号输出端连接直流可控电流源2的同步确认信号输入端，直流可控电流源2的同步触发信号输出端连接直流冲击电流源3的同步触发信号输入端，直流可控电流源2的第一电平触发信号输出端连接交流暂态电流源1的电平触发信号输入端，直流可控电流源2的第二电平触发信号输出端连接直流冲击电流源3的电平触发信号输入端。

一种上述电子式互感器暂态特性检测试验系统的控制方法，如图2所示，它包括如下步骤：

步骤1：建立合成回路控制系统4与交流暂态电流源1、直流可控电流源2和直流冲击电流源3的通信连接，使合成回路控制系统4与交流暂态电流源1、直流可控电流源2和直流冲击电流源3处于正常通信状态，同时，在合成回路控制系统4中设置需可视化显示的波形类型；

步骤2：执行开机操作，根据电子式互感器试品暂态特性检测试验需求，通过合成回路控制系统4设置输出试验电流非周期分量峰值、周期分量峰值和非周期分量衰减时间常数，并下发给交流暂态电流源1、直流可控电流源2和直流冲击电流源3，此时，交流暂态电流源1、直流可控电流源2和直流冲击电流源3只接收设置参数信息，并不输出电流；

步骤3：合成回路控制系统4控制直流冲击电流源3进行充电操作，当直流冲击电流源3中的储能电容电压充至设置电压时，停止充电，进入触发预备状态；

步骤4：直流可控电流源2执行对直流冲击电流源3和交流暂态电流源1的同步控制操作，首先，直流可控电流源2向交流暂态电流源1发送同步请求指令，然后，交流暂态电流源1将收到同步请求指令后的第一个电网电压过零点时刻发送给直流可控电流源2作为同步起始点和同步确认，同时，交流暂态电流源1输出交流暂态电流，直流可控电流源2以同步起始点为同步时间基准开始计时，在交流暂态电流处于峰值时输出可控电流，并同时触发直流冲击电流源3输出直流冲击电流，电流输出过程中如出现故障，试验系统将自动停机，并将故障信息上报给合成回路控制系统4；

步骤5：步骤4中输出的交流暂态电流、直流可控电流和直流冲击电流生成合成试验电流，该合成试验电流波形即为电子式互感器所在电力系统回路发生短路故障时的短路电流全偏移时的电流，如图3所示，生成合成试验电流的同时，交流暂态电流源1、直流可控电流源2和直流冲击电流源3开始执行录波操作，暂态试验电流输出结束时，录波操作随之结束，交流暂态电流源1、直流可控电流源2和直流冲击电流源3将各自的录波数据上报给合成回路控制系统4，合成回路控制系统4根据步骤1中事先设置的可视化显示波形类型进行试验波形显示，如果交流暂态电流源1、直流可控电流源2和直流冲击电流源3的录波数据与预置目标波形的数据之间的误差超出预设的阈值限值时，合成回路控制系统4利用上述录波数据进行自校准。

上述技术方案的步骤1中，合成回路控制系统4设置的可视化显示的波形类型包括合成电流目标波形、直流冲击电流目标波形、直流可控电流目标波形、交流暂态电流目标波形、合成电流录波波形、直流冲击电流录波波形、直流可控电流录波波形和交流暂态电流录波波形。

上述技术方案的步骤4中，直流可控电流源2以同步起始点为同步时间基准开始计时，在下一个工频交流1/4周期为交流暂态电流处于峰值。

上述技术方案中，所述合成试验电流波形为电子式互感器所在电力系统回路发生短路故障时的一次短路电流的模拟电流，且取故障发生瞬间相位角为0时的电流(即故障最为严重的情况，也即取短路电流全偏移时的电流)。

上述技术方案中，所述合成试验电流波形包括周期分量(对称分量)和非周期分量(直流分量)两个部分，周期分量和非周期分量的幅值通过合成回路控制系统4进行设置，非周期分量衰减时间常数也通过合成回路控制系统4进行设置。周期分量和非周期分量的幅值范围均为0～40kA，非周期分量衰减时间常数范围为0～300ms。

上述技术方案中，电子式互感器暂态特性检测试验系统电气参数设置和预置目标曲线参数设置包括电流上升时间、非周期电流峰值、周期分量峰值、总电流时间常数、冲击电流下降时间常数和冲击电流源充电电压。

上述技术方案中，电子式互感器暂态特性检测试验系统直流冲击电流源在输出冲击电流之前需要预先对其储能电容模块进行充电，充电过程包括断开泄能开关、启动充电、采样保持、停止充电和闭合泄能开关等操作，充电操作由合成回路控制系统4控制直流冲击电流源的充电模块完成，当储能电容电压充至设置电压时，停止充电。进入触发预备状态。

上述技术方案中，电子式互感器暂态特性检测试验系统在电流输出过程中如出现故障，试验系统将自动停机，并将故障信息上报给合成回路控制系统4。升流过程中如无故障产生，电子式互感器暂态特性检测试验系统输出合成试验电流波形，各模块电流源开始执行录波操作，暂态试验电流输出结束时，录波操作随之结束。

上述技术方案中，电子式互感器暂态特性检测试验系统的录波数据由各电流源模块上报给合成回路控制系统4，进行可视化显示，如果实际输出电流误差超出阈值限值时，试验控制系统可利用录波数据进行自校准。

本发明试验系统中的合成回路控制系统4作为系统的软件控制中枢，合成回路控制系统4通过电接口或光纤接口分别与交流暂态电流源1、直流可控电流源2和直流冲击电流源3建立通信连接，并对交流暂态电流源1、直流可控电流源2和直流冲击电流源3进行控制，交流暂态电流源1、直流可控电流源2和直流冲击电流源3将状态信息和数据上传给合成回路控制系统4。对交流暂态电流源1而言，合成回路控制系统4下发开关机指令、设置电气参数，交流暂态电流源1向合成回路控制系统4返回工作状态、故障状态、录波数据等信息；对于直流冲击电流源3，合成回路控制系统4下发开关机指令、设置电气参数、充电过程信息，直流冲击电流源3向合成回路控制系统4返回工作状态、故障状态和录波数据；直流可控电流源2作为试验系统的硬件控制中枢，合成回路控制系统4除了向直流可控电流源2下发开关机指令和电气参数等控制信息外，试验波形的预置目标曲线数据也由合成回路控制系统4向直流可控电流源2下发，直流可控电流源2接收到试验所需的电流波形预置目标曲线数据和开机命令后，即对直流冲击电流源3和交流暂态电流源1进行同步控制，并按时序要求依次输出交流暂态电流、直流可控电流和直流冲击电流，并最终生成目标合成试验电流。同样，直流可控电流源返回工作状态、故障状态和录波数据给合成回路控制系统4。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种电子式互感器暂态特性检测试验系统，它包括合成回路控制系统(4)、用于对电子式互感器提供暂态特性检测试验电源的交流暂态电流源(1)、直流可控电流源(2)和直流冲击电流源(3)，其特征在于：所述合成回路控制系统(4)的交流暂态电流源开关机指令和电气参数设置信号输出端连接交流暂态电流源(1)的控制信号输入端，交流暂态电流源(1)的工作状态和故障状态以及录波数据输出端连接合成回路控制系统(4)的交流暂态电流源反馈信号输入端；

合成回路控制系统(4)的直流可控电流源开关机指令和电气参数设置以及预置目标曲线信号输出端连接直流可控电流源(2)的控制信号输入端，直流可控电流源(2)的工作状态和故障状态以及录波数据输出端连接合成回路控制系统(4)的直流可控电流源反馈信号输入端；

合成回路控制系统(4)的直流冲击电流源开关机指令和电气参数设置以及充电过程控制的信号输出端连接直流冲击电流源(3)的控制信号输入端，直流冲击电流源(3)的工作状态和故障状态以及录波数据输出端连接合成回路控制系统(4)的直流冲击电流源反馈信号输入端；

直流可控电流源(2)的同步请求信号输出端连接交流暂态电流源(1)的同步请求信号输入端，交流暂态电流源(1)的同步确认信号输出端连接直流可控电流源(2)的同步确认信号输入端，直流可控电流源(2)的同步触发信号输出端连接直流冲击电流源(3)的同步触发信号输入端，直流可控电流源(2)的第一电平触发信号输出端连接交流暂态电流源(1)的电平触发信号输入端，直流可控电流源(2)的第二电平触发信号输出端连接直流冲击电流源(3)的电平触发信号输入端。

2.一种权利要求1所述电子式互感器暂态特性检测试验系统的控制方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：建立合成回路控制系统(4)与交流暂态电流源(1)、直流可控电流源(2)和直流冲击电流源(3)的通信连接，使合成回路控制系统(4)与交流暂态电流源(1)、直流可控电流源(2)和直流冲击电流源(3)处于正常通信状态，同时，在合成回路控制系统(4)中设置需可视化显示的波形类型；

步骤2：执行开机操作，根据电子式互感器试品暂态特性检测试验需求，通过合成回路控制系统(4)设置输出试验电流非周期分量峰值、周期分量峰值和非周期分量衰减时间常数，并下发给交流暂态电流源(1)、直流可控电流源(2)和直流冲击电流源(3)，此时，交流暂态电流源(1)、直流可控电流源(2)和直流冲击电流源(3)只接收设置参数信息，并不输出电流；

步骤3：合成回路控制系统(4)控制直流冲击电流源(3)进行充电操作，当直流冲击电流源(3)中的储能电容电压充至设置电压时，停止充电，进入触发预备状态；

步骤4：直流可控电流源(2)执行对直流冲击电流源(3)和交流暂态电流源(1)的同步控制操作，首先，直流可控电流源(2)向交流暂态电流源(1)发送同步请求指令，然后，交流暂态电流源(1)将收到同步请求指令后的第一个电网电压过零点时刻发送给直流可控电流源(2)作为同步起始点和同步确认，同时，交流暂态电流源(1)输出交流暂态电流，直流可控电流源(2)以同步起始点为同步时间基准开始计时，在交流暂态电流处于峰值时输出直流可控电流，并同时触发直流冲击电流源(3)输出直流冲击电流；

步骤5：步骤4中输出的交流暂态电流、直流可控电流和直流冲击电流生成合成试验电流，该合成试验电流即为电子式互感器所在输电线路发生短路故障时的短路电流全偏移时的电流，生成合成试验电流的同时，交流暂态电流源(1)、直流可控电流源(2)和直流冲击电流源(3)开始执行录波操作，暂态试验电流输出结束时，录波操作随之结束，交流暂态电流源(1)、直流可控电流源(2)和直流冲击电流源(3)将各自的录波数据上报给合成回路控制系统(4)，合成回路控制系统(4)根据步骤1中事先设置的可视化显示波形类型进行试验波形显示，如果交流暂态电流源(1)、直流可控电流源(2)和直流冲击电流源(3)的录波数据与预置目标波形的数据之间的误差超出预设的阈值限值时，合成回路控制系统(4)利用上述录波数据进行自校准。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：步骤1中，合成回路控制系统(4)设置的可视化显示的波形类型包括合成电流目标波形、直流冲击电流目标波形、直流可控电流目标波形、交流暂态电流目标波形、合成电流录波波形、直流冲击电流录波波形、直流可控电流录波波形和交流暂态电流录波波形。

4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述步骤4中，直流可控电流源(2)以同步起始点为同步时间基准开始计时，在下一个工频交流1/4周期为交流暂态电流处于峰值。

5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述合成试验电流波形为电子式互感器所在电力系统回路发生短路故障时的一次短路电流的模拟电流，且取故障发生瞬间相位角为0时的电流。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述合成试验电流波形包括周期分量和非周期分量两个部分，周期分量和非周期分量的幅值通过合成回路控制系统(4)进行设置，非周期分量衰减时间常数也通过合成回路控制系统(4)进行设置。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：周期分量和非周期分量的幅值范围均为0～40kA，非周期分量衰减时间常数范围为0～300ms。