基于LabVIEW的電子式互感器校驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.前言

隨著數(shù)字化變電站和智能電網(wǎng)建設(shè)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(zhǔn)確度，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定，需要對(duì)互感器進(jìn)行校驗(yàn)。電子式互感器校驗(yàn)系統(tǒng)用來(lái)對(duì)電子式互感器的比差和角差進(jìn)行校驗(yàn)。

與傳統(tǒng)互感器相比，電子式互感器在測(cè)量原理、結(jié)構(gòu)和輸出信號(hào)的方式上發(fā)生了根本的變化，其校驗(yàn)原理和方法與傳統(tǒng)互感器校驗(yàn)原理和方法完全不同，因此傳統(tǒng)互感器的校驗(yàn)方法不能應(yīng)用到電子式互感器的校驗(yàn)中。

LabVIEW是一種圖形化的編程語(yǔ)言(G語(yǔ)言)，區(qū)別于傳統(tǒng)的文本式的編程語(yǔ)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(hù)界面，具有開(kāi)發(fā)效率高，開(kāi)發(fā)周期短的特點(diǎn)，在測(cè)試測(cè)量、信號(hào)處理中的應(yīng)用非常廣泛。利用LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境編寫(xiě)的程序稱(chēng)為虛擬儀器程序(VirtualInstrument program)，簡(jiǎn)稱(chēng)VI.

本文基于NI公司PCI-4474數(shù)據(jù)采集板卡以及LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境建立了電子式互感器的校驗(yàn)系統(tǒng)，結(jié)合同步信號(hào)卡和數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)對(duì)互感器的檢驗(yàn)。對(duì)于校驗(yàn)10~500kV電壓等級(jí)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(dá)到萬(wàn)分之五的精度，具有精度高、性能穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，滿(mǎn)足對(duì)電子式互感器比差和角差校驗(yàn)的要求。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明了本文所建立的校驗(yàn)系統(tǒng)的有效性。

2.系統(tǒng)組成

校驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)電壓、電流(電磁式)互感器(包括升壓、升流器)。使用標(biāo)準(zhǔn)互感器的目的是為校驗(yàn)系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)，且必須可溯源?；ジ衅骶冗x取0.01級(jí)，目的是為了提高系統(tǒng)測(cè)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(dòng)態(tài)和瞬態(tài)測(cè)量的動(dòng)態(tài)信號(hào)采集卡，具有4路同步采樣模擬輸入通道，輸入信號(hào)為-10~10VDC.另外，它具有24位分辨率，最高采樣速率達(dá)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(jí);電流互感器5A/0.05A,精度0.01級(jí)。

(5)同步卡：用來(lái)同步被試互感器合并單元及標(biāo)準(zhǔn)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(hào)(12路信號(hào)按照IEC60044-8標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的DATASET數(shù)據(jù)通道定義)，并按照IEC60044-8標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定幀格式并發(fā)送給繼電保護(hù)，測(cè)量及控制設(shè)備。

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

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

(7)工控機(jī)。工控機(jī)通過(guò)通信規(guī)約為IEEE488.2的PCI-GPIB卡與標(biāo)準(zhǔn)A/D轉(zhuǎn)換器相連。

(8)調(diào)壓器。

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

(1)前面板是LabVIEW的圖形用戶(hù)界面，能夠?qū)ο到y(tǒng)中的各種參數(shù)進(jìn)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(yǔ)言編寫(xiě)，相當(dāng)于文本式編程語(yǔ)言的程序語(yǔ)句，能夠?qū)崿F(xiàn)特定的功能。

(3)圖標(biāo)/連接器能夠?qū)abVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境編寫(xiě)的程序(VI)生成供其它VI調(diào)用的子VI,提高了程序的可讀性和開(kāi)發(fā)效率。

3.校驗(yàn)系統(tǒng)原理

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

3.1 電子式電流互感器校驗(yàn)原理

將標(biāo)準(zhǔn)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(cè)提供電流，調(diào)節(jié)調(diào)壓器改變升流器輸出電流的大小。標(biāo)準(zhǔn)CT的二次側(cè)接標(biāo)準(zhǔn)電流互感器5A/0.05A,其二次側(cè)接標(biāo)準(zhǔn)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(cè)獲取的電流信號(hào)由光纖送入低壓側(cè)的合并單元。計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡獲取標(biāo)準(zhǔn)CT的測(cè)量結(jié)果及通過(guò)以太網(wǎng)獲取電子式電流互感器的測(cè)量結(jié)果，由計(jì)算和提供時(shí)鐘同步信號(hào)對(duì)被試電子式電流互感器和數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行同步采樣。

經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波、DFT運(yùn)算等信號(hào)結(jié)果，計(jì)算出電子式電流互感器比值誤差和相位誤差。

校驗(yàn)原理如圖2所示。

3.2 電子式電壓互感器校驗(yàn)原理

電子式電壓互感器校驗(yàn)原理與電子式電流互感器校驗(yàn)原理類(lèi)似，不同的是標(biāo)準(zhǔn)電磁式電壓互感器與被試電子式電壓互感器一次側(cè)并聯(lián)，由升壓器為互感器一次側(cè)提供電壓，通過(guò)調(diào)壓器來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。標(biāo)準(zhǔn)PT的二次側(cè)接標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)及性能指標(biāo)

本校驗(yàn)裝置適用于符合IEC61850-(9-1,9-2)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字輸出以及IEC60044-7/8標(biāo)準(zhǔn)輸出的電子式互感器的實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)精度校驗(yàn)。

4.1 系統(tǒng)特點(diǎn)

(1)用戶(hù)無(wú)需了解IEC61850或IEC60044-8,也無(wú)需設(shè)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(hào)輸出)。

(3)內(nèi)置4個(gè)通道24Bit sigma-delta AD滿(mǎn)足未來(lái)可能的出現(xiàn)的大運(yùn)算量和其他的各種需求。

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

4.2 技術(shù)指標(biāo)及性能(如表1所示)#1

5.基于LabVIEW的校驗(yàn)系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

本校驗(yàn)系統(tǒng)是基于LabVIEW8.6開(kāi)發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)的，軟件界面包括三各部分：系統(tǒng)校驗(yàn)界面、詳細(xì)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(jì)算后將結(jié)果統(tǒng)計(jì)顯示，如圖4所示，該界面是整個(gè)系統(tǒng)的核心。在參數(shù)配置完成后，點(diǎn)擊開(kāi)始按鍵系統(tǒng)按照配置參數(shù)“一鍵式”完成整個(gè)檢驗(yàn)檢測(cè)，并能夠顯示標(biāo)準(zhǔn)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(xì)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(jié)

本文針對(duì)電子式互感器的工作原理和組成結(jié)構(gòu)，基于NI公司數(shù)據(jù)采集板卡結(jié)合LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境建立了互感器的校驗(yàn)系統(tǒng)，具有測(cè)量精度高、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。