全光纤电子式电流互感器频率特性测试装置以及测试方法
【专利摘要】一种全光纤电子式电流互感器的频率特性测试装置及其测试方法，所述测试装置包括：控制计算和显示单元用于产生基准数据和控制指令，以驱动频响控制单元，并收来自频响控制单元的测试数据；频响控制单元用于频率可变，电流大小可变的可变交流电流信号，同时在同步时钟的控制下，采集所述互感器的数据接口的数字化的输出信号，将所述基准电流信号和采集到被测互感器输出信号格式化后，传输到所述控制计算和显示单元；等安匝升流器，用于将所述可变交流电流信号通过等安匝的方法进一步升高，并施加于所述被测互感器上。本测试装置能够方便的进行大范围的频率调节，信号精确稳定，满足光纤电流互感器频带宽、动态范围大的特点和量值传递的要求。
【专利说明】全光纤电子式电流互感器频率特性测试装置以及测试方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及全光纤电子式电流互感器测试【技术领域】，尤其涉及全光纤电子式电流互感器的频率特性测试装置以及测试方法。
【背景技术】
[0002]互感器是电力系统中取得计量与保护用信号的重要设备。随着电力系统传输的电力容量越来越大，电压等级越来越高，传统的互感器也因其传感机理而呈现出自身不可克服的难题，主要体现在安全性能差，动态测量精度差，绝缘结构复杂，不能测量直流，金属耗材多、能耗大、占地面积大、废气废油污染环境等。目前，世界上几乎每个国家都面临着环境、资源及经济等问题的压力。在这样的压力下，走可循环、低消耗、高环保的可持续发展模式，成为各个国家的重大课题。电力工业发展水平较高的国家都己相继开展了对智能电网的相关研究，各国共同关注的是建立一个更加安全、高效、环保、灵活的智能电力系统以及如何使市场利益最大化和系统运行最优化。同时，我国电网的智能化改造不可避免，我国智能电网建设起步于2009年，按照国家电网的规划，目前正处在智能电网全面建设阶段，迫切需要新型更为安全、环保、智能的互感器。
[0003]我国变电站自动化领域也实现了技术性突破，大大促进了计算机信息及通信技术的发展，在电力系统的保护装置、电网运行监视与控制系统等己基本实现微机化，取用功率很小，故利用其他原理实现信号传感己成为可能。经过多年的研究，光学电子式互感器的优异性能突显，代表了电子式互感器发展方向，光学互感器工程化己趋于成熟。
[0004]全光纤电子式电流互感器是基于Faraday效应的新型光学传感器，是传统互感器的更新换代产品。其一次侧与采集处理电路完全“光隔离”，信号处理采用“全数字”闭环控制技术，最大限度地抑制了电子漂移，并且可以准确、及时地诊断出自身故障从而屏蔽错误数据，在精确测量直流与高次谐波，能够不失真传变一次电流上具有先天优势。闭环方案可以在大动态范围内获得较好的标度因数稳定性和非线性，对其进行频率响应特性的研究在电力系统的机电保护、谐波测量及故障录波等应用中具有重要的意义。
[0005]全光纤电子式电流互感器的输出为数字信号，与传统互感器相比，前者在原理、构造和输出方式上都发生了重大的改变，现有针对传统电流互感器的测试方法己无法适用于全光纤电子式电流互感器。
[0006]因此，针对全新的全光纤电子式电流互感器提出针对全光纤电子式电流互感器的频率特性进行测试的装置及其测试方法成为亟需解决的技术问题。

【发明内容】

[0007]本发明所要解决的技术问题是提供一种可适用于全光纤电子式电流互感器频率特性测试的测试方法和装置，满足对这种新型互感器的频率特性实现准确可靠测试的目的。
[0008]为此，本发明提供如下技术方案:[0009]一种全光纤电子式电流互感器的频率特性测试装置，包括:控制计算和显示单元、频响控制单元、等安匝升流器和被测全光纤电子式电流互感器；
[0010]其中，所述控制计算和显示单元，用于产生基准数据和控制指令，以驱动所述频响控制单元，同时接收来自所述频响控制单元的己同步并格式化的测试数据，进行数据运算、处理和保存，并显示计算结果；
[0011]所述频响控制单元，用于产生频率可变，电流大小可变的基准电流信号，以输出稳定的、具有一定带载能力的基准电流信号；同时频响控制单元在所述控制计算和显示单元的同步时钟的控制下，采集所述被测全光纤电子式电流互感器的数据接口的数字化的输出信号，将所述基准电流信号所对应的基准电压信号和采集到的所述数字化的输出信号格式化后，传输到所述控制计算和显示单元；
[0012]所述等安匝升流器，用于将所述述频响控制单元输出所述可变交流电流信号通过等安匝的方法进一步升高，并施加于所述被测互感器上。
[0013]特别的，所述控制计算和显示单元包括计算机。
[0014]特别的，所述频响控制单元，包括基准信号发生单元和同步采集单元。
[0015]特别的，所述基准信号发生单元包括顺次连接的第一数据接口，报文解析模块，第—FPGA, D / A数模转换模块,第一前置放大器,功率放大器，隔离变压器,输出保护模块和精密电阻，所述控制计算和显示单元产生数据和控制指令，通过第一数据接口接收，获得的数据经过报文解析模块进行报文解析后，传输到第一 FPGA模块进行处理和计算，再经过D / A数模转换模块将基准数字信号转换为小电压信号，然后利用第一前置放大器和功率放大器将电压信号升高，最后通过隔离变压器和输出保护模块后将放大后的基准电压信号输出，在输出回路通过串联的精密电阻将基准电压信号转换为基准电流信号，作为等安匝升流器的输入信号。
[0016]特别的，所述同步采集模块，包括第二前置放大器、A / D采集模块、光电转化模块、电光转换模块、第二 FPGA、DSP数据处理模块和第二数据接口 ；第二 FPGA发出同步信号控制A / D采集模块和全光纤电流互感器，保证模拟电压信号采集通道和数字信号采集通道被同一个同步脉冲控制，所述模拟电压信号即所述基准电压信号，所述数字信号即全光纤电流互感器的输出信号；所述模拟电压信号采集通道为，第二前置放大器将所述精密电阻两端的基准电压信号放大后，通过所述A / D采集模块采集，并传递到第二 FPGA ;所述数字信号采集通道为，第二 FPGA发送的同步信号经过电光转换模块转换为光信号后由所述互感器的同步脉冲接口接收，而所述互感器发送的数据经过光电转换模块转换为电信号后传输给第二 FPGA ;所述DSP数据处理模块连接第二 FPGA，将接收到的基准电压信号和被测互感器输出信号整合，计算并格式化后通过第二数据接口发送至所述控制计算和显示单
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[0017]特别的，所述第一数据接口和所述第二数据接口为以太网接口或者光纤接口。
[0018]特别的，所述等安匝升流器包括通流上盖、通流底座、连接器组、连接线束和连接端子405，其中，所述接线端子接入的所述基准电流信号，并通过所述连接器组串联于所述通流上盖和所述通流底座之间，将所述待测全光纤电子式电流互感器的敏感光纤环置于所述通流底座的安装位置上，闭合所述通流上盖和所述通流底座，形成多匝环流通过的敏感光纤环。[0019]特别的，所述基准信号发生单元产生ΙΟΗζ-ΙΟΚΗζ，最大为20A的基准电流信号。
[0020]本发明还公开了一种根据上文所述的全光纤电子式电流互感器的频率特性测试装置进行测试的方法，包括如下步骤:
[0021]步骤1:连接所述频率特性测试装置的各个单元；
[0022]步骤2:正确配置所述频率特性测试装置的各个单元，包括按全光纤电子式电流互感器的出厂指标配置所述控制计算和显示单元，包括端口设置、额定电流选择、输入正确变比参数，进行调试以确保数据采集和接收正常；
[0023]步骤3:调节所述频响控制单元的输出频率，使输出频率在10?IOkHz之间，并从低频率到高频率开始测试，在每个频率点下待信号稳定后，通过所述控制计算和显示单元观察比对所述待测互感器的输出波形和基准模拟信号波形，并记录每个频率点下的两组波形数据的幅值比和相位差；
[0024]步骤4:对多个频率点下的数据进行计算，获得全光纤电子式电流互感器的频率特性；
[0025]步骤5:结束测试。
[0026]特别的，在步骤I之前还包括:
[0027]检测步骤:检测所述频率特性测试装置的各个单元，确认各单元工作正常。
[0028]因此，本发明的全光纤电子式电流互感器频率特性测试装置，将信号发生器、放大电路和精密电阻以组合的方式为系统提供基准模拟信号，能够方便的进行大范围的频率调节，信号精确稳定，满足全光纤电子式电流互感器频带宽、动态范围大的特点和量值传递的要求。
[0029]本发明的测试装置对于长期稳定性和重复性也有良好的表现，方便对有精度要求的各单元进行计量操作。
【专利附图】

【附图说明】
[0030]图1是全光纤电流互感器敏感单元工作原理图；
[0031]图2是全光纤电流互感器系统回路示意图；
[0032]图3是全光纤电流互感器简化后的闭环系统框图；
[0033]图4是根据本发明的全光纤电流互感器频率特性测试装置的系统框图；
[0034]图5是基准信号发生单元的框图；
[0035]图6是同步采集单元的框图；
[0036]图7是等安匝升流器的结构图；
[0037]图8是根据本发明的全光纤电流互感器频率特性测试方法的步骤框图。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0039]首先介绍全光纤电流互感器闭环工作基本原理及数学模型。
[0040]如图1所示，光源I发出的光经过耦合分束器2后达到偏振器3进行起偏，然后经过45。偏振分光器4，并在调制器5受到方波的调制，同时转换为两束线偏振光，通过光纤延迟线6后分别以45°进入I / 4波片7变为左旋和右旋光波，两束旋光通过敏感光纤环8传播时，穿过它的电流产生磁场，由于Faraday效应，两束光波之间产生了相位差△</> = ^NVi，其中N是敏感光纤环8的匝数，V是维尔德常数，i是穿过敏感光纤环的电流，返回光再次经过I / 4波片7后，两束旋光均转换为线偏振光，并携带了△</)信息，经过光纤延迟线6返回到多功能调制器5发生干涉，干涉后的光强表达式如下:
[0041]
【权利要求】
1.一种全光纤电子式电流互感器的频率特性测试装置，包括:控制计算和显示单元、频响控制单元、等安匝升流器和被测全光纤电子式电流互感器； 其中，所述控制计算和显示单元，用于产生基准数据和控制指令，以驱动所述频响控制单元，同时接收来自所述频响控制单元的己同步并格式化的测试数据，进行数据运算、处理和保存，并显示计算结果； 所述频响控制单元，用于产生频率可变，电流大小可变的基准电流信号，以输出稳定的、具有一定带载能力的基准电流信号；同时频响控制单元在所述控制计算和显示单元的同步时钟的控制下，采集所述被测全光纤电子式电流互感器的数据接口的数字化的输出信号，将所述基准电流信号所对应的基准电压信号和采集到的所述数字化的输出信号格式化后，传输到所述控制计算和显示单元； 所述等安匝升流器，用于将所述述频响控制单元输出所述可变交流电流信号通过等安匝的方法进一步升高，并施加于所述被测互感器上。
2.根据权利要求1所述的全光纤电子式电流互感器的频率特性测试装置， 其特征在于: 优选的，所述控制计算和显示单元包括计算机。
3.根据权利要求1所述的全光纤电子式电流互感器的频率特性测试装置， 其特征在于: 所述频响控制单元，包括基准信号发生单元和同步采集单元。
4.根据权利要求3所述的全光纤电子式电流互感器的频率特性测试装置， 其特征在于: 所述基准信号发生单元包括顺次连接的第一数据接口，报文解析模块，第一 FPGA，D /A数模转换模块，第一前置放大器，功率放大器，隔离变压器，输出保护模块和精密电阻，所述控制计算和显示单元产生数据和控制指令，通过第一数据接口接收，获得的数据经过报文解析模块进行报文解析后，传输到第一 FPGA模块进行处理和计算，再经过D / A数模转换模块将基准数字信号转换为小电压信号，然后利用第一前置放大器和功率放大器将电压信号升高，最后通过隔离变压器和输出保护模块后将放大后的基准电压信号输出，在输出回路通过串联的精密电阻将基准电压信号转换为基准电流信号，作为等安匝升流器的输入信号。
5.根据权利要求4所述的全光纤电子式电流互感器的频率特性测试装置， 其特征在于: 所述同步采集模块，包括第二前置放大器、A / D采集模块、光电转化模块、电光转换模块、第二 FPGA、DSP数据处理模块和第二数据接口 ； 第二 FPGA发出同步信号控制A / D采集模块和全光纤电流互感器，保证模拟电压信号采集通道和数字信号采集通道被同一个同步脉冲控制，所述模拟电压信号即所述基准电压信号，所述数字信号即全光纤电流互感器的输出信号；所述模拟电压信号采集通道为，第二前置放大器将所述精密电阻两端的基准电压信号放大后，通过所述A / D采集模块采集，并传递到第二 FPGA ;所述数字信号采集通道为，第二 FPGA发送的同步信号经过电光转换模块转换为光信号后由所述互感器的同步脉冲接口接收，而所述互感器发送的数据经过光电转换模块转换为电信号后传输给第二 FPGA ;所述DSP数据处理模块连接第二 FPGA，将接收到的基准电压信号和被测互感器输出信号整合，计算并格式化后通过第二数据接口发送至所述控制计算和显示单元。
6.根据权利要求5所述的全光纤电子式电流互感器的频率特性测试装置， 其特征在于: 所述第一数据接口和所述第二数据接口为以太网接口或者光纤接口。
7.根据权利要求6所述的全光纤电子式电流互感器的频率特性测试装置， 其特征在于: 所述等安匝升流器包括通流上盖、通流底座、连接器组、连接线束和连接端子，其中，所述接线端子接入的所述基准电流信号，并通过所述连接器组串联于所述通流上盖和所述通流底座之间，将所述待测全光纤电子式电流互感器的敏感光纤环置于所述通流底座的安装位置上，闭合所述通流上盖和所述通流底座，形成多匝环流通过的敏感光纤环。
8.根据权利要求7所述的全光纤电子式电流互感器的频率特性测试装置，其特征在于: 所述基准信号发生单元产生ΙΟΗζ-ΙΟΚΗζ，最大为20A的基准电流信号。
9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的全光纤电子式电流互感器的频率特性测试装置进行测试的方法，包括如下步骤: 步骤1:连接所述频率特性测试装置的各个单元； 步骤2:正确配置所述频率特性测试装置的各个单元，包括按全光纤电子式电流互感器的出厂指标配置所述控制计算和显示单元，包括端口设置、额定电流选择、输入正确变比参数，进行调试以确保数据采集和接收正常； 步骤3:调节所述频响控制单元的输出频率，使输出频率在10~IOkHz之间，并从低频率到高频率开始测试，在每个频率点下待信号稳定后，通过所述控制计算和显示单元观察比对所述待测互感器的输出波形和基准模拟信号波形，并记录每个频率点下的两组波形数据的幅值比和相位差； 步骤4:对多个频率点下的数据进行计算，获得全光纤电子式电流互感器的频率特性； 步骤5:结束测试。
10.根据权利要求9所述的测试方法，在步骤I之前还包括: 检测步骤:检测所述频率特性测试装置的各个单元，确认各单元工作正常。
【文档编号】G01R35/02GK103837852SQ201310434905
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】张勤, 叶国雄, 张志鑫, 郭克勤, 刘彬, 童悦, 王利清, 潘俏屹, 刘翔, 胡蓓, 黄华, 谭金权, 李彬, 刘东伟, 万罡, 冯翔翔, 杨帆, 陈鹏, 邓小聘, 熊俊军 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 南瑞航天（北京）电气控制技术有限公司