一种光信号输出型非常规互感器检验系统及检验方法

摘要

一种光信号输出型非常规互感器检验系统及检验方法，属测量领域。包括光信号输出非常规电流互感器和其输出端子箱，其特征是设置一个控制端和一个电流输出端；电流输出端经电缆与光信号输出非常规电流互感器一次回路连接；控制端经光纤与光信号输出非常规电流互感器输出端子箱输出接口连接；控制端和电流输出端之间通过无线方式组成一个系统；控制端通过无线方式对电流输出端进行运行参数的设定和实现时间同步；电流输出端按照控制端的设定，输出电流以模拟实际运行时一次回路状况；控制端实现对光信号输出非常规电流互感器的数据采集并对采集的数据进行分析，得到最终的试验结论。本技术方案可广泛用于光信号输出型非常规互感器的现场检验领域。

说明书

技术领域

本发明属于测量电变量领域，尤其涉及一种互感器之电学性能的测试或故障的探 测。

背景技术

国际上将有别于传统电磁型电压/电流互感器的新一代互感器统称为非常规互感 器(Non Conventional Instrument Transformer，简称NCIT)。

随着数字化变电站的建设，非常规互感器也得以在各变电站中实现大规模应用。

非常规互感器依其变换原理可以分为有源和无源两大系列。

有源非常规互感器又称为电子式电压/电流互感器(EVT/ECT)(业内亦习惯称之为 “小流变”)，其特点是需要向传感头提供电源，主要是以罗科夫斯基(Rogowski)线 圈为代表，它在户外、空气绝缘变电站中应用时，要解决处于高电位电子设备的供电 问题和信号从高电位到地电位的传送问题。

无源非常规互感器主要指采用法拉第效应光学测量原理的电流/电压互感器，又称 为光电式电压/电流互感器(OVT/OCT)(业内亦习惯称之为“光流变”)，其特点是 无须向传感头提供电源。电流变化主要是利用石英晶体的法拉第效应，即光束通过磁 场作用下的晶体产生旋转，测量光线旋转角度来测量电流，电压变换主要是利用石英 晶体的普克尔效应测量电场强度来量测导线的对地电压。

在运行检修过程中，需要对非常规互感器进行检验。

近年来出现了多种关于非常规互感器的检验方式，例如，授权公告日2008年6 月11日，授权公告号CN 100394209C的中国专利中公开了“一种电流互感器现场检 测装置及检测方法”，包括校验仪和升流装置，特点是校验仪是微电流互感器校验仪， 微电流互感器校验仪设置有第一取样器和第二取样器，第一取样器与微电流互感器校 验仪之间设置有多变比微型标准电流互感器，检测时，将第一取样器设置在升流装置 的回路上，将待测电流互感器与负载箱组成一个待测回路，将第二取样器设置在待测 回路上，对于实际产生的电流差值，扣除联合等效标准误差值，即得到待测电流互感 器的电流差值，并通过检测装置显示该电流差值。

又如，授权公告日2010年4月28日，授权公告号CN 201444193U的中国专利中 公开了一种“用于数字化电能计量装置的综合误差检验装置”，其采用标准的电压互 感器、电流互感器、电子互感器检定仪、电能表检定仪，通过向被检线路电压互感器、 电流互感器加额定电压、额定电流，测出标准仪器的值，将该标准与被测仪器的被测 值相比较，进行电子互感器、合并单元、以太网、数字接口式电能表在内数字化电能 计量系统综合误差检验。

可见，现有的对非常规互感器的检验方式，基本都是基于在标准互感器的基础上， 将标准互感器的输出信号进行转换为不同的信号模式，从而与在非常规互感器采集来 的信号相比较，来检验非常规互感器的正确与否。其各种技术方案之间的差别，只是 对于输出信号不同的非常规互感器，对标准互感器的转换方式不同而已。

归纳起来，现有非常规电流互感器的检验方法大致可分为以下两大类：

1)模拟量输出型非常规电流互感器的检验方法：

对于模拟量小信号输出型的电流互感器的检验，同时对非常规互感器及标准互感 器通入相同的电流值，利用专业信号转换装置将标准互感器输出转换为被测非常规互 感器输出相同的小电压信号，同时输入专业的非常规互感器校验仪，再通过数据分析 及比较得到非常规电流互感器的实际比值差。

2)数字式输出型非常规电流互感器的检验方法：

对于光信号输出的非常规电流互感器，在同时输入电流时，将标准互感器输出采 用A/D转换为数字量信号输入到PC机中，再相应的与从被测非常规互感器的采集来 的信号进行比较分析，以确定被测电流互感器的精度。

由于以上无论是模拟量输出还是光信号输出的非常规互感器的检验方法都是针 对互感器出厂前的实验室检验方法，无法推广到变电站现场检验中使用。

按照相关国标的规定，当设备大修或出现事故时，需现场对电流互感器进行现场 检验，以上方法均不能完成标准的要求。

此外，在《非常规互感器特性分析》(2009年01月期(第17卷第1期)，河南机 电高等专科学校学报，姚娟，齐山成，马临超)中，作者在对非常规互感器的工作原 理、特性进行分析和描述后，亦提到了“上述两种不同类型的互感器还存在的共性问 题，如接口兼容性问题，现场校验问题，设备的可靠性问题需进一步在工程应用中检 验。”

可见，非常规互感器的变电站现场检验是一个十分重要的问题。

2007年8月1日开始实行的国家标准GB/T 20840.7-2007(互感器第7部分：电子式 电压互感器)和GB/T20840.8-2007(互感器第8部分：电子式电流互感器)中，明确 规定了非常规互感器的两种输出型式：小电压信号的模拟量以及符合IEC61850-9-1格 式或者IEC60870-5-1的FT3帧格式的数字量，这与传统互感器的输出有本质上的区别。

因此，非常规互感器的现场检验方式，和传统互感器检验方式也有很大的区别。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光信号输出型非常规互感器检验系统，其 采用由两台装置(控制端装置和电流输出端装置)，通过无线通讯方式连接组成一个 系统，通过大电流冲击法来检验光信号输出的非常规互感器，从而解决了当设备大修 或出现事故时，需现场对电流互感器进行现场检验的问题，为数字化变电站非常规互 感器的现场检验提供了完整的解决方案。

本发明的技术方案是：提供一种光信号输出型非常规互感器检验系统，包括光信 号输出非常规电流互感器和光信号输出非常规电流互感器输出端子箱，其特征是：设 置一个控制端装置和一个电流输出端装置；所述的电流输出端装置经电缆与光信号输 出非常规电流互感器的一次回路连接；所述的控制端装置经光纤与光信号输出非常规 电流互感器输出端子箱的输出接口对应连接；所述的控制端装置和电流输出端装置之 间通过无线通讯的方式连接组成一个系统。

其中，所述的控制端装置为内嵌操作系统平台软件的主控制端装置，其通过无线 通讯连接的方式对电流输出端装置进行运行参数的设定/控制和实现时间信号的同步。

所述的电流输出端装置按照控制端装置的设定/要求，输出所述光信号输出非常规 电流互感器一次额定电流值的30％～50％，以实现模拟实际运行时的一次回路状况。

所述的控制端装置接收光信号输出非常规电流互感器的输出信号，实现对光信号 输出非常规电流互感器的数据采集和/或解析；并对所采集的数据进行数据分析，得到 最终的试验结论。

其所述的控制端装置为带有无线通讯模块的微处理器电路、工控机、嵌入式控制 装置、便携式或固定式PC机。

具体的，所述的控制端装置至少包括CPU模块、电源模块、光信号输出模块、 光信号采集模块和无线信号传输模块。

其所述的电流输出端装置为带有无线通讯模块的大电流发生装置。

具体的，所述的电流输出端装置至少包括控制模块、电源模块、电流输出模块、 逆变模块、无线通讯模块和电流输出端。

其所述的无线通讯模块为400MHZ频段无线发射/接收电路。

本发明还提供了上述光信号输出型非常规互感器检验系统的检验方法，其特征 是：

A、用电缆将电流输出端装置对应连接到光信号输出非常规电流互感器的一次回 路，用光纤将控制端装置对应连接到光信号输出非常规电流互感器输出端子箱的输出 接口；

B、控制端装置自动检测其与电流输出端装置之间的通讯状态，确认两台装置之 间的无线通讯联系正常，如不正常，则发出报警信号；

C、在控制端装置上，对电流输出端装置所需要的输出电流参数进行设置，并通 过无线通讯模块将所预设的设置参数对应发送至电流输出端装置；

D、在控制端装置上，对数据采集的相关参数进行设置；

E、电流输出端装置按控制端装置的设置要求在规定的时刻向光信号输出非常规 电流互感器的一次回路输出相应的电流幅值和相位/角度；

F、控制端装置通过连接到光信号输出非常规电流互感器输出端子箱的光缆，检 测/读取光信号输出非常规电流互感器相应的输出信号；

G、控制端装置将接收到的光信号输出非常规电流互感器检测数据与预设定输出 电流的参数进行比较，得到最终的试验结论，结束试验。

进一步的，所述的输出电流参数设置至少包括输出电流的电流幅值大小和相位/ 角度的设置。

所述数据采集的相关参数设置至少包括采集种类、采集频率、采集周期或采集时 长的设置。

为了描述的简洁和方便，以下叙述中采用如下简称：

光信号输出非常规互感器，简称为光流变；

控制端装置，简称为M端或M端装置；

电流输出端装置，简称为S1端或S1端装置。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.本技术方案解决了现阶段没有非常规互感器现场检验的状况；

2.本技术方案可以为数字化变电站非常规互感器的现场检验提供完整的解决方 案；

3.本设备的M端可以读取并解析光流变输出信号，因此不需要借助第三方装置 即可完成非常规互感器的现场检验任务；

4.可以按输出信号的不同，组成相应的系统，来完成对各种非常规电流互感器的 检验。

附图说明

图1是本发明的系统构成原理示意图；

图2是本技术方案中控制端装置的模块构成示意图；

图3是电流输出端装置的模块构成示意图；

图4是本发明检验方法的步骤/流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1中，本系统包括光信号输出非常规电流互感器和光信号输出非常规电流互感 器输出端子箱，其发明点在于设置了一个控制端装置(图中以M端代表，下同)和一 个电流输出端装置(图中以S1端代表，下同)。

其中，电流输出端装置经电缆与光信号输出非常规电流互感器的一次回路连接； 控制端装置经光缆与光信号输出非常规电流互感器输出端子箱的输出接口连接；所述 的控制端装置和电流输出端装置之间通过无线通讯的方式连接组成一个系统。

具体的，所述的控制端装置为内嵌操作系统平台软件的主控制端装置，其通过无 线通讯连接的方式对电流输出端装置进行运行参数的设定/控制和实现时间信号的同 步。

所述的电流输出端装置按照控制端装置的设定/要求，输出所述光信号输出非常规 电流互感器一次额定电流值的30％～50％，以实现模拟实际运行时的一次回路状况。

所述的控制端装置接收光信号输出非常规电流互感器的输出信号，实现对光信号 输出非常规电流互感器的数据采集和/或解析；并对所采集的数据进行数据分析，得到 最终的试验结论。

由图可知，本技术方案由两台装置(控制端M和电流输出端S1)构成，通过无 线连接组成一个系统，来检验光信号输出的非常规互感器(业内亦称之为“光流变”)。

其中M端为主控制端，可以通过无线连接的方式对S1端进行控制和实现同步； S1端为大电流输出端，可以按要求输出一次电流额定值的30％～50％，以实现模拟实 际运行时的一次回路状况。

图2中，控制端装置至少由CPU模块、电源模块和无线信号传输模块构成，为 了便于对光信号输出的非常规互感器进行检验，还在上述模块的基础上再设置了光信 号输出模块和光信号采集模块。

很明显，本图所示的控制端装置为带有无线通讯模块的微处理器电路、工控机、 嵌入式控制装置、便携式或固定式PC机。

控制端装置为内嵌操作系统平台软件的主控制端装置，其通过无线通讯连接的方 式对电流输出端装置进行运行参数的设定/控制和实现时间信号的同步。

所述无线通讯模块为400MHZ频段无线发射/接收电路。

由于CPU模块、电源模块、光信号输出模块(实为电-光转换/输出电路)、光信 号采集模块(实为光-电转换/输入电路)和无线信号传输模块所对应的功能电路已经 为成熟技术，且有多种相同或类似功能的现成市售产品可供选择，故此，上述模块或 功能电路的具体线路、相互之间的具体连接等在此不再叙述，本领域的技术人员，在 掌握和理解了本技术方案的构思和发明要点之后，无需经过创造性的劳动，即可再现 本技术方案，实现所需要的技术效果。

图3中，电流输出端装置至少包括控制模块、电源模块、电流输出模块、逆变模 块、无线通讯模块和电流输出端。

由图可知，电流输出端装置实际上就是一台带有无线通讯模块的大电流发生装置 (业内亦称为大电流发生器)。

由于大电流发生器在继保专业/电力试验工作中为常用仪器，且有多种相同或类似 功能的现成市售产品可供选择，故此，上述模块或功能电路的具体线路、相互之间的 具体连接等在此不再叙述。

其余同图2。

图4中，本光信号输出型非常规互感器检验系统的检验方法，按照下列步骤来进 行：

A、用电缆将电流输出端装置对应连接到光信号输出非常规电流互感器的一次 回路，用光纤将控制端装置对应连接到光信号输出非常规电流互感器输出端子箱的输 出接口；

B、控制端装置自动检测其与电流输出端装置之间的通讯状态，确认两台装置 之间的无线通讯联系正常，如不正常，则发出报警信号；

C、在控制端装置上，对电流输出端装置所需要的输出电流参数进行设置，并 通过无线通讯模块将所预设的设置参数对应发送至电流输出端装置；

D、在控制端装置上，对数据采集的相关参数进行设置；

E、电流输出端装置按控制端装置的设置要求在规定的时刻向光信号输出非常 规电流互感器的一次回路输出相应的电流幅值和相位/角度；

F、控制端装置通过连接到光信号输出非常规电流互感器输出端子箱的光缆， 检测/读取光信号输出非常规电流互感器相应的输出信号；

G、控制端装置将接收到的光信号输出非常规电流互感器检测数据与预设定输 出电流的参数进行比较，得到最终的试验结论，结束试验。

进一步的，上述的输出电流参数设置至少包括输出电流的电流幅值大小和相位/ 角度的设置。

上述数据采集的相关参数设置至少包括采集种类、采集频率、采集周期或采集时 长的设置。

由图可知，利用本方法在对光信号输出的非常规互感器进行检验时，先通过M端 对所需要输出的电流值大小和相位进行设置，通过无线信号将该设置传输到S1端， 同时对M端数据采集进行相关参数的设置，S1端在设定的时间按照输出设置来输出 相应的电流值，M端通过光缆从光流变输出端子箱读取相应的输出信号，再进行数据 分析，得到最终的试验结论，终止试验过程。

基于前述同样的理由，本方法中所提到的相关检测项目和具体检测参数及其设 置，均为本领域的现有技术，具体的检验要求均遵循现有国标、检验规程、试验标准 和设计标准来进行，其具体细节/步骤在此不再详述。

由于本发明通过大电流冲击法来检验光信号输出非常规互感器，解决了当设备大 修或出现事故时，需现场对电流互感器进行现场检验的问题，为数字化变电站非常规 互感器的现场检验提供了完整的解决方案；其不需要借助第三方装置即可完成非常规 互感器的现场检验任务；且可以按输出信号的不同，组成相应的系统，来完成对各种 非常规电流互感器的检验工作。

本发明可广泛用于各种光信号输出型非常规互感器的现场检验领域。