基于LabVIEW的電子式互感器校驗系統(tǒng)

 1.前言

隨著數(shù)字化變電站和智能電網(wǎng)建設步伐的加快，電子式互感器得到了迅速的發(fā)展。

電子式互感器包括電子式電流互感器和電子式電壓互感器兩種。為了保證電子式互感器的準確度，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定，需要對互感器進行校驗。電子式互感器校驗系統(tǒng)用來對電子式互感器的比差和角差進行校驗。

與傳統(tǒng)互感器相比，電子式互感器在測量原理、結構和輸出信號的方式上發(fā)生了根本的變化，其校驗原理和方法與傳統(tǒng)互感器校驗原理和方法完全不同，因此傳統(tǒng)互感器的校驗方法不能應用到電子式互感器的校驗中。

LabVIEW是一種圖形化的編程語言(G語言)，區(qū)別于傳統(tǒng)的文本式的編程語言，它將各種功能封裝成函數(shù)模塊，能夠快速建立系統(tǒng)的圖形用戶界面，具有開發(fā)效率高，開發(fā)周期短的特點，在測試測量、信號處理中的應用非常廣泛。利用LabVIEW開發(fā)環(huán)境編寫的程序稱為虛擬儀器程序(VirtualInstrument program)，簡稱VI.

本文基于NI公司PCI-4474數(shù)據(jù)采集板卡以及LabVIEW開發(fā)環(huán)境建立了電子式互感器的校驗系統(tǒng)，結合同步信號卡和數(shù)字信號處理實現(xiàn)對互感器的檢驗。對于校驗10~500kV電壓等級的電子式電壓互感器和額定電流為5~5000A的電子式電流互感器能夠達到萬分之五的精度，具有精度高、性能穩(wěn)定可靠的特點，滿足對電子式互感器比差和角差校驗的要求。現(xiàn)場測試表明了本文所建立的校驗系統(tǒng)的有效性。

2.系統(tǒng)組成

校驗系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，系統(tǒng)硬件主要包括以下部分：

(1)標準電壓、電流(電磁式)互感器(包括升壓、升流器)。使用標準互感器的目的是為校驗系統(tǒng)提供標準輸出信號，且必須可溯源?；ジ衅骶冗x取0.01級，目的是為了提高系統(tǒng)測量精確度。

(2)PCI-4474數(shù)據(jù)采集板卡。該板卡是從事高精度動態(tài)和瞬態(tài)測量的動態(tài)信號采集卡，具有4路同步采樣模擬輸入通道，輸入信號為-10~10VDC.另外，它具有24位分辨率，最高采樣速率達102.4kS/s.

(3)取樣電阻。選取阻值為80Ω，額定電流為0.05A的取樣電阻，精度為100ppm.

(4)電壓互感器100V(100/√3V)/4V，精度0.01級;電流互感器5A/0.05A，精度0.01級。

(5)同步卡：用來同步被試互感器合并單元及標準回路采集卡。

(6)合并單元：合并單元的主要功能是同步接收12路電子式互感器輸出的數(shù)字信號(12路信號按照IEC60044-8標準規(guī)定的DATASET數(shù)據(jù)通道定義)，并按照IEC60044-8標準規(guī)定幀格式并發(fā)送給繼電保護，測量及控制設備。

合并單元一般提供共12路電流和電壓信號(全部光纖傳輸)，包括7路電流信號和5路電壓信號，它們按照一定的規(guī)則打包并通過以太網(wǎng)輸出。合并單元一般由用戶提供，遵循GBT-20840-7/8和IEC61580-9標準。

合并單元與校驗系統(tǒng)的連接主要包括兩個部分：一是同步脈沖信號連接，二是以太網(wǎng)的連接。合并單元與校驗系統(tǒng)連接框圖如圖1所示：

(7)工控機。工控機通過通信規(guī)約為IEEE488.2的PCI-GPIB卡與標準A/D轉換器相連。

(8)調壓器。

系統(tǒng)軟件是LabVIEW開發(fā)環(huán)境，它是由前面板、框圖程序、圖標/連接器三部分組成。

(1)前面板是LabVIEW的圖形用戶界面，能夠對系統(tǒng)中的各種參數(shù)進行監(jiān)控，它由輸入控件和顯示控件組成，如圖4所示。

(2)框圖層序采用圖形化的編程語言編寫，相當于文本式編程語言的程序語句，能夠實現(xiàn)特定的功能。

(3)圖標/連接器能夠將LabVIEW開發(fā)環(huán)境編寫的程序(VI)生成供其它VI調用的子VI，提高了程序的可讀性和開發(fā)效率。

3.校驗系統(tǒng)原理

本校驗系統(tǒng)的工作原理可分為兩部分：電子式電流互感器校驗原理和電子式電壓互感器校驗原理。

3.1電子式電流互感器校驗原理

將標準電磁式電流互感器與被試電子式電流互感器一次串聯(lián)，由升流器為互感器一次側提供電流，調節(jié)調壓器改變升流器輸出電流的大小。標準CT的二次側接標準電流互感器5A/0.05A，其二次側接標準電阻，取電阻上的電壓，并輸入到數(shù)據(jù)采集卡(PCI-4474)。電子式電流互感器二次側獲取的電流信號由光纖送入低壓側的合并單元。計算機通過數(shù)據(jù)采集卡獲取標準CT的測量結果及通過以太網(wǎng)獲取電子式電流互感器的測量結果，由計算和提供時鐘同步信號對被試電子式電流互感器和數(shù)據(jù)采集卡進行同步采樣。

經(jīng)過數(shù)字濾波、DFT運算等信號結果，計算出電子式電流互感器比值誤差和相位誤差。

校驗原理如圖2所示。

3.2電子式電壓互感器校驗原理

電子式電壓互感器校驗原理與電子式電流互感器校驗原理類似，不同的是標準電磁式電壓互感器與被試電子式電壓互感器一次側并聯(lián)，由升壓器為互感器一次側提供電壓，通過調壓器來調節(jié)輸出電壓的大小。標準PT的二次側接標準電壓互感器100V(100/√3V)/4V并輸入到數(shù)據(jù)采集卡(PCI-4474)中。原理如圖3所示。

4.系統(tǒng)特點及性能指標

本校驗裝置適用于符合IEC61850-(9-1，9-2)標準數(shù)字輸出以及IEC60044-7/8標準輸出的電子式互感器的實驗室和現(xiàn)場精度校驗。

4.1系統(tǒng)特點

(1)用戶無需了解IEC61850或IEC60044-8，也無需設置MAC地址，即可檢定互感器誤差。

(2)檢定非傳統(tǒng)互感器(小信號輸出)。

(3)內(nèi)置4個通道24Bit sigma-delta AD滿足未來可能的出現(xiàn)的大運算量和其他的各種需求。

(4)可用八位半高精度數(shù)字萬用表(Agilent3458A)溯源。

4.2技術指標及性能(如表1所示)

5.基于LabVIEW的校驗系統(tǒng)界面設計

本校驗系統(tǒng)是基于LabVIEW8.6開發(fā)環(huán)境設計的，軟件界面包括三各部分：系統(tǒng)校驗界面、詳細參數(shù)分析界面和系統(tǒng)檢定界面。

系統(tǒng)檢定界面主要完成軟件計算后將結果統(tǒng)計顯示，如圖4所示，該界面是整個系統(tǒng)的核心。在參數(shù)配置完成后，點擊開始按鍵系統(tǒng)按照配置參數(shù)“一鍵式”完成整個檢驗檢測，并能夠顯示標準源幅值百分比，系統(tǒng)速率、比差(最大值、最小值和平均值)，相位差、最大值、最小值和平均值，每次比較的詳細參數(shù)引表(比較次數(shù)、幅值百分比、比差、角差、相位差和本次比較數(shù)據(jù)是否自效等)。

6.總結

本文針對電子式互感器的工作原理和組成結構，基于NI公司數(shù)據(jù)采集板卡結合LabVIEW開發(fā)環(huán)境建立了互感器的校驗系統(tǒng)，具有測量精度高、操作簡單的特點，具有一定的實用價值。