CN109407033B - 一种直流互感器暂态校验仪的校验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流互感器暂态校验仪的校验装置包括：LabVIEW平台、信号发生装置、高速A/D采样模块、标准数字源单元；所述LabVIEW平台按照给定的暂态参数，生成标准暂态波形数据；所述信号发生装置，用于对信号进行D/A转换，将接收到的标准暂态波形数据转换成标准模拟暂态波形；所述高速A/D采样模块，用于对标准模拟暂态波形进行A/D同步触发采样并转换成数字信号；所述标准数据源单元，用于接收数字信号并将数字信号转换成FT3协议的数字信号，解决了直流互感器校验仪暂态校验性能参数的量值溯源问题，实现了直流互感器暂态校验仪校验功能。

Description

一种直流互感器暂态校验仪的校验装置

技术领域

本申请涉及智能设备校验领域，具体涉及一种直流互感器暂态校验仪的校验装置。

背景技术

直流互感器作为直流输电系统建设和运行的重要一次设备，对系统的控制保护和稳定运行提供准确可靠的测量信息，其运行可靠性和测量准确性直接关系到直流输电系统的安全稳定运行。直流输电系统对控制保护信号有更快的采样速度、更宽的频带宽度等要求，特别是在柔性直流输电系统中，柔性直流输电系统中，为了提高柔性直流系统的响应速度，抑制故障电流，提高电力系统的安全稳定性，对直流互感器的暂态特性提出了更高的要求，相关国标对直流互感器的暂态特性提出了明确的试验要求。

近年来直流互感器的应用越来越广泛，现场测试的需求已经越来越明迫切，直流互感器校验仪作为直流互感器校准测试的重要设备也得到了大量应用，具备直流互感器暂态特性校验功能的直流互感器暂态校验仪也相继推出，直流互感器暂态特性校验仪技术尚处在初级阶段，市面上产品质量及功能差异较大，并不能满足国标上暂态相关的全部性能指标的试验，大多都是在常规的直流互感器校验仪的基础上升级软件，兼容暂态校验的功能。目前还没有相关检测装置及试验方法对直流互感器暂态校验仪的性能进行评估，因此尚未开展直流互感器暂态校验仪暂态特性校验功能的校验工作。部分厂家研制的直流互感器暂态校验仪没有经过校准检测试验就开展直流互感器暂态特性的检测业务，测量的暂态特性数据没有经过完整的量值溯源，为直流输电系统的安全稳定运行带来威胁和隐患。

而现有技术中主要是针对交流领域的电子式互感器校验仪或传统互感器校验仪的整检，而并不适用于直流互感器暂态校验仪的校验，直流互感器暂态校验仪和交流互感器校验仪在实现原理、量值溯源方法方面有很大的区别。

发明内容

本申请提供一种直流互感器暂态校验仪的校验装置，解决直流互感器校验仪暂态校验性能参数的量值溯源问题，实现了直流互感器暂态校验仪校验功能。

本申请提供一种直流互感器暂态校验仪的校验装置，其特征在于，包括：

LabVIEW平台、信号发生装置、高速A/D采样模块、标准数字源单元；所述LabVIEW平台按照给定的暂态参数，生成标准暂态波形数据，并将标准暂态波形数据导入至信号发生装置；所述信号发生装置，用于对信号进行D/A转换，将接收到的标准暂态波形数据转换成标准模拟暂态波形；所述高速A/D采样模块，用于接收标准数字源单元的输出的控制信号和同步脉冲触发信号，对标准模拟暂态波形进行A/D同步触发采样并转换成数字信号输出到标准数字源单元；所述标准数据源单元，用于接收数字信号并将数字信号转换成FT3协议的数字信号。

优选的，所述LabVIEW平台通过LabVIEW软件程序按照给定的暂态参数，生成标准暂态波形数据，并将标准暂态波形数据导入至信号发生装置，包括：

所述LabVIEW平台按照给定的暂态参数，分别生成标准暂态波形数据1和标准暂态波形数据2，并将标准暂态波形数据1和标准暂态波形数据2导入至信号发生装置。

优选的，所述给定的暂态参数，包括：

暂态阶跃响应时间、暂态阶跃上升时间或下降时间、趋稳时间，以及过冲。

优选的，所述标准暂态波形数据，包括：幅值信息和时间信息。

优选的，所述信号发生装置，是指，函数发生器或具备D/A转换功能的装置。

优选的，所述信号发生装置，用于对信号进行D/A转换，将接收到的标准暂态波形数据转换成标准模拟暂态波形，包括：

信号发生装置，将接收到的标准暂态波形数据1和标准暂态波形数据2进行D/A转换，转换成标准模拟暂态波形1和标准模拟暂态波形2；

将标准模拟暂态波形1和标准模拟暂态波形2分别从两个独立的物理信号通道输出。

优选的，还包括：

信号发生装置的两个物理信号通道保持独立且相互隔离，用于降低标准模拟暂态波形1和标准模拟暂态波形2之间的相互干扰。

优选的，还包括：

将标准模拟暂态波形1输出到被测直流互感器暂态校验仪的标准模拟量输入端口；

将标准模拟暂态波形2输出到被测直流互感器暂态校验仪的被测模拟量输入端口，或经过高速A/D采样模块和标准数字源单元后转换成标准数字暂态波形后，输出到被测直流互感器暂态校验仪的被测数字量输入端口。

优选的，还包括：

所述高速A/D采样模块的转换精度可以通过计量校准保证。

优选的，所述标准数据源单元，由采集控制单元、编码单元和时钟同步单元组成；所述采集控制单元，用于接收高速采样A/D模块的数字信号并传输到编码单元；编码单元基于具有确定延迟的FPGA技术实现，FPGA在指定的时间将高速AD采样模块输出的数字波形转换成以FT3协议表示的标准数字暂态波形，并通过光纤接口发送到被测直流互感器校验仪；所述时钟同步单元用于保证高速AD采样模块及标准数字源单元之间的同步，将标准模拟暂态波形2从进入高速AD采样模块到数字量以FT3协议从编码单元输出的采样及传输延迟时间不大于1μs，不确定度小于0.01μs。

本申请提供的一种直流互感器暂态校验仪的校验装置，基于LabVIEW仪器控制技术和信号发生装置的高分辨率D/A技术实现暂态参数可调的标准暂态信号源；基于高实时性的A/D采样和数据编码技术实现低延时快响应的标准暂态数字源，解决直流互感器校验仪暂态校验性能参数的量值溯源问题，实现了直流互感器暂态校验仪校验功能。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种直流互感器暂态校验仪的校验装置的原理框图；

图2是本申请实施例涉及的暂态波形示意图；

图3是本申请实施例涉及的直流互感器校验认的工作原理示意图；

图4图是本申请实施例涉及的直流互感器暂态校验仪的工作原理示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

请参看图1，图1是本申请实施例提供的一种直流互感器暂态校验仪的校验装置的原理框图，下面结合图1对本申请实施例提供的装置进行详细说明。

本申请提供的一种直流互感器暂态校验仪的校验装置，其特征在于，包括：

LabVIEW平台、信号发生装置、高速A/D采样模块、标准数字源单元；所述LabVIEW平台按照给定的暂态参数，生成标准暂态波形数据，并将标准暂态波形数据导入至信号发生装置；所述信号发生装置，用于对信号进行D/A转换，将接收到的标准暂态波形数据转换成标准模拟暂态波形；所述高速A/D采样模块，用于接收标准数字源单元的输出的控制信号和同步脉冲触发信号，对标准模拟暂态波形进行A/D同步触发采样并转换成数字信号输出到标准数字源单元；所述标准数据源单元，用于接收数字信号并将数字信号转换成FT3协议的数字信号。

直流互感器校验仪是用来对直流互感器性能进行校验的仪器，通常所说的直流互感器校验仪一般是用来对直流互感器的稳态误差进行校验的仪器或设备，而直流互感器暂态校验仪是指用来对直流互感器的暂态性能进行校验的仪器或设备。

本申请提供的一种直流互感器暂态校验仪的校验装置，主要功能是实现直流互感器校验仪的暂态校验功能和直流互感器暂态校验仪性能的校准。其校准直流互感器暂态校验仪的工作原理是：在LabVIEW平台中通过LabVIEW软件程序按照给定的暂态参数(称为标准暂态参数，例如暂态阶跃响应时间、暂态阶跃上升时间/下降时间、趋稳时间、过冲等参数)生成两组暂态波形数据，分别是标准暂态波形数据1和标准暂态波形数据2，并将两组暂态波形数据导入到信号发生装置中，暂态波形示意图请参看图2，信号发生装置接收两组暂态波形数据后通过高速D/A转换分别将数字暂态波形数据转换成标准模拟暂态波形1和标准模拟暂态波形2，再分别输出到被测直流互感器暂态校验仪的标准模拟量输入端口和被测模拟量输入端口，标准模拟暂态波形2输出到高速A/D采样模块，高速A/D采样模块根据时钟同步信号接收暂态波形并按给定的采样率对其进行同步采样，然后将采样后的数据通过标准数字源中的采集控制单元传输到编码单元中转换成FT3协议的标准数字暂态波形，并输出到被测直流互感器暂态校验仪的被测数字量输入端口。综上所示，直流互感器暂态校验仪校验装置可以输出三组暂态波形到被测直流互感器暂态校验仪，分别是标准模拟暂态波形1、标准模拟暂态波形2和标准数字暂态波形，其中标准数字暂态波形是对标准模拟暂态波形2数字化采样的结果，除响应时间参数以外，其它参数一致。三组标准暂态波形参数均在LabVIEW平台进行预设，被测直流互感器暂态校验仪接收三组暂态波形后进行暂态计算得到三组暂态波形的暂态参数(称为被测暂态参数)，通过比较标准暂态参数和被测暂态参数可评估直流互感器暂态校验仪的暂态校验功能性能，从而实现直流互感器暂态校验仪的功能性校验。

直流互感器暂态校验仪校验装置具备直流互感器暂态校验仪的模拟量和数字量暂态校验功能的校验。当校验标准信号和被测信号均为模拟量输入的直流互感器暂态校验仪时，直流互感器暂态校验仪校验装置输出标准模拟暂态波形1和标准模拟暂态波形2分别到被测直流互感器暂态校验仪的标准模拟量输入端口和被测模拟量输入端口；当校验标准信号为模拟量输入，被测信号为数字量输入的直流互感器暂态校验仪时，直流互感器暂态校验仪校验装置输出标准模拟暂态波形1和标准数字暂态波形分别到被测直流互感器暂态校验仪的标准模拟量输入端口和被测数字量输入端口。

LabVIEW平台泛指安装有LabVIEW软件的控制单元(可以是笔记本、工控机或嵌入式控制器)，其主要功能是通过数字公式生成暂态阶跃波形数据，暂态波形数据包括幅值信息和时间信息。LabVIEW平台生成暂态阶跃波形数据的主要思路是：首先生成一个建立时间、趋稳时间、过冲均为0的一个0到1的理想阶跃波形数字序列，然后根据指定建立时间和过冲的参数要求，设计出一个传递函数，再通过双线性变换的方法将传递函数的参数转换成前向系数和反向系数两组系数序列，再将两组系数与理想阶跃波形数字序列进行卷积运算得到一组输出数字序列，该序列为具有指定建立时间和过冲特性的数字序列，趋稳时间可通过输出数字序列进行测算得到。基于上述原理，利用LabVIEW平台按照给定的暂态参数(暂态阶跃响应时间、暂态阶跃上升时间/下降时间、趋稳时间、过冲等参数)生成标准模拟暂态波形数据1和标准模拟暂态波形数据2，然后LabVIEW平台将两组暂态波形以excel文件形式或GPIB总线方式传输到信号发生装置进行D/A转换。

信号发生装置是指函数发生器或具备D/A转换功能的装置，其主要功能是将LabVIEW平台导出的两组标准暂态波形数据通过D/A转换技术转换成标准模拟暂态波形，即标准模拟暂态波形1和标准模拟暂态波形2，并将两组标准模拟暂态波形分别从两个独立的物理信号通道输出。信号发生装置的两个物理信号通道保持独立且相互隔离，以降低两组标准暂态波形之间的相互干扰。标准模拟暂态波形1输出到被测直流互感器暂态校验仪的标准模拟量输入端口，标准模拟暂态波形2直接输出到被测直流互感器暂态校验仪的被测模拟量输入端口或经过高速A/D采样模块和标准数字源单元后转换成标准数字暂态波形后输出到被测直流互感器暂态校验仪的被测数字量输入端口，用于直流互感器暂态校验仪的暂态校验功能的校验。

高速A/D采样模块，可以采用NI公司的高速数字化仪，型号是PXI-5922。其主要功能是对标准模拟暂态波形进行A/D同步触发采样并转换成数字信号输出到标准数字源单元，速A/D采样模块的转换精度可以通过计量校准保证。

标准数据源单元，由采集控制单元、编码单元和时钟同步单元组成；所述采集控制单元，用于接收高速采样A/D模块的数字信号并传输到编码单元；编码单元基于具有确定延迟的FPGA技术实现，FPGA在指定的时间将高速AD采样模块输出的数字波形转换成以FT3协议表示的标准数字暂态波形，并通过光纤接口发送到被测直流互感器校验仪；所述时钟同步单元用于保证高速AD采样模块及标准数字源单元之间的同步，将标准模拟暂态波形2从进入高速AD采样模块到数字量以FT3协议从编码单元输出的采样及传输延迟时间不大于1μs，不确定度小于0.01μs。

一般的直流互感器校验仪的工作原理如图3所示，直流互感器校验仪接收标准信号U和被测直流互感器的输出U′＝U+ΔU(U′可以是模拟量或数字量输出，U和U′都是稳定的直流信号)，然后计算输出相对输入的误差。

假设被测直流互感器测量变比是1：1(即理论上输出和输入是一样的)，但由于被测直流互感器测量不精确，存在误差，所以正常情况下直流互感器的输出与输入不相等，存在很小的测量误差(即ΔU)，直流互感器校验仪的功能就是用于测量被测直流互感器的测量误差。

直流互感器校验仪接收标准信号U和被测直流互感器的输出U′＝U+ΔU后，然后利用下面公式计算被测直流互感器的测量误差：

ε＝(U′-U)/U＝ΔU/U

由于直流互感器校验仪需要采集标准信号和被测直流互感器的输出信号来计算被测直流互感器的测量误差，其本身的准确度等级需要非常高，通常情况下也会出现直流互感器校验仪测量误差不准确的情况，因此也需要对直流互感器校验仪的误差进行测量。直流互感器校验仪整检装置的作用就是对直流互感器校验仪的误差进行校验。因此参照图3中直流互感器校验仪工作原理，直流互感器校验仪整检装置需要向外提供三组非常精确稳定的直流信号，分别是一组标准直流信号和两组被测直流信号(模拟量和数字量各一组)。

直流互感器暂态校验仪的工作原理如图4所示，与图3的区别是，被测的直流互感器的输入和输出信号均是暂态阶跃波形，由于被测的直流互感器存在测量误差，其输入输出不完全相同，所以输入和输出的暂态阶跃波形的暂态参数也不相同，通过计算比较被测直流互感器的输入输出暂态阶跃波形参数，就可以对直流互感器的暂态性能进行评估。

因此，对直流互感器暂态校验仪进行校验的装置(即，本专利的直流互感器暂态校验仪校验装置，图1所示)需要向外输出三组暂态波形信号，分别是图4或图1中的标准模拟暂态波形1、标准模拟暂态波形2和标准数字暂态波形。三组暂态波形信号的标准暂态参数都可以预设，然后输出给被测的直流互感器暂态校验仪进行计算得到被测暂态参数，通过比较标准暂态参数和被测暂态参数，就可以评估被测直流互感器暂态校验仪的暂态校验功能是否正常。

本申请提供的一种直流互感器暂态校验仪的校验装置，基于LabVIEW仪器控制技术和信号发生装置的高分辨率D/A技术实现暂态参数可调的标准暂态信号源；基于高实时性的A/D采样和数据编码技术实现低延时快响应的标准暂态数字源，解决直流互感器校验仪暂态校验性能参数的量值溯源问题，实现了直流互感器暂态校验仪校验功能。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种直流互感器暂态校验仪的校验装置，其特征在于，包括：

LabVIEW平台、信号发生装置、高速A/D采样模块、标准数字源单元；所述LabVIEW平台按照给定的暂态参数，生成标准暂态波形数据，并将标准暂态波形数据导入至信号发生装置；所述信号发生装置，用于对信号进行D/A转换，将接收到的标准暂态波形数据转换成标准模拟暂态波形，包括：将接收到的标准暂态波形数据1和标准暂态波形数据2进行D/A转换，转换成标准模拟暂态波形1和标准模拟暂态波形2，将标准模拟暂态波形1输出到被测直流互感器暂态校验仪的标准模拟量输入端口；将标准模拟暂态波形2输出到被测直流互感器暂态校验仪的被测模拟量输入端口，或经过高速A/D采样模块和标准数字源单元后转换成标准数字暂态波形后，输出到被测直流互感器暂态校验仪的被测数字量输入端口；所述高速A/D采样模块，用于接收标准数字源单元的输出的控制信号和同步脉冲触发信号，对标准模拟暂态波形进行A/D同步触发采样并转换成数字信号输出到标准数字源单元；所述标准数据源单元，用于接收数字信号并将数字信号转换成FT3协议的数字信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述LabVIEW平台通过LabVIEW软件程序按照给定的暂态参数，生成标准暂态波形数据，并将标准暂态波形数据导入至信号发生装置，包括：

所述LabVIEW平台按照给定的暂态参数，分别生成标准暂态波形数据1和标准暂态波形数据2，并将标准暂态波形数据1和标准暂态波形数据2导入至信号发生装置。

3.根据权利要求1或2所述的装置，所述给定的暂态参数，包括：

暂态阶跃响应时间、暂态阶跃上升时间或下降时间、趋稳时间，以及过冲。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述标准暂态波形数据，包括：幅值信息和时间信息。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号发生装置，是指，函数发生器或具备D/A转换功能的装置。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号发生装置，用于对信号进行D/A转换，将接收到的标准暂态波形数据转换成标准模拟暂态波形，包括：

将标准模拟暂态波形1和标准模拟暂态波形2分别从两个独立的物理信号通道输出。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

信号发生装置的两个物理信号通道保持独立且相互隔离，用于降低标准模拟暂态波形1和标准模拟暂态波形2之间的相互干扰。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

所述高速A/D采样模块的转换精度可以通过计量校准保证。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述标准数据源单元，由采集控制单元、编码单元和时钟同步单元组成；所述采集控制单元，用于接收高速采样A/D模块的数字信号并传输到编码单元；编码单元基于具有确定延迟的FPGA技术实现，FPGA在指定的时间将高速AD采样模块输出的数字波形转换成以FT3协议表示的标准数字暂态波形，并通过光纤接口发送到被测直流互感器校验仪；所述时钟同步单元用于保证高速AD采样模块及标准数字源单元之间的同步，将标准模拟暂态波形2从进入高速AD采样模块到数字量以FT3协议从编码单元输出的采样及传输延迟时间不大于1μs，不确定度小于0.01μs。

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