电压互感器误差主动测量系统的设计 .pdf

第 5 O卷总第 5 7 2期 2 0 1 3年第 8期 电测与仪表 El e c t r ic a l M e a s u r e m e nt I n s t r um e n t a t io n VO I 5 0 No 5 7 2 Aug 2 01 3 电压互感器误差主动测量系统的设计 舒开旗 叶利 申莉 王龙 湖北省电力公 司电力科 学研 究院 武汉 4 3 0 0 7 7 摘要 为了适应现场各种安装环境下的电压互感器误差 自动测量 提出了一种基于WiF i的现场电压互感器误差 主动测量方法 该系统利用先进的电力电子技术和Wi F i 无线通信技术 使程控源 互感器校验仪 负荷箱等设备 组成无线通信网络 使用计算机控制代替人工控制实现误差测量 能自动测量升压回路实际负荷 针对串联谐 振升压回路还能给出谐振调节参数 该系统实现了电压互感器误差测量数字化 控制 网络化 状态可视化 极大 提高了现场测量工作的准确性和安全性 关键词 电压互感器 误差 主动测量 中图分类号 T M9 3 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 1 3 9 0 2 0 1 3 0 8 0 0 7 2 0 5 De s ig n o f Ac t iv e M e a s u r e me nt Sy s t e m f o r Vo l t a g e Tr a n s f o r m e r Er r o r Te s t S HU Ka i q i YE Li S HEN L i W ANG L o n g Hu b e i E l e c t ri c P o w e r R e s e a r c h I n s t it u t e Wu h a n 4 3 0 0 7 7 C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o a d a p t t o t h e e r r o r t e s t o f t h e fi e l d v o l t a g e t r a n s f o r me r t h is p a p e r p r e s e n t s a s y s t e m t o me a s u r e v o l t a g e t r a ns f o r me r e r r o r a c t iv e l y ba s e d o n W iFi wh ic h u s e s a d v a n c e d po we r e l e c t r o n ic t e c h n o l o g y a n d W i Fi c o mmu n ic a t io n t e c h n o l o gy t o ma k e t h e r e g u l a t o r t r a n s f o r me r in s t r u me n t a n d l o a d b o x e s f o r m a w ir e l e s s c o mmu n ic a t io n n e t w o r k a n d r e p l a c e s ma n u a l c o n t r o l b y c o mp u t e r c o n t r o 1 I t a l s o me a s u r e s t h e a c t u a l l o a d o f t h e c ir c u it a u t o m a t ic a l l y a n d g iv e s t h e a d j u s t in g p a r a me t e r s a c c o r d in g t o t h e s e r ie s r e s o n a n t b o o s t c i r c u it T h e s y s t e m r e a l iz e s t he di g it a l me a s u r e me n t t he ne t wo r k c o n t r o l t h e s t a t e v is u a l i z a t io n whic h g r e a t l y imp r o v e t h e a c c u r a c y a n d s e c u r it y o f t h e fi e l d me a s u r e me n t Ke y wo r ds v o l t a g e t r a n s for me r e r r o r a c t iv e me a s u r e me n t 0引 言 电力系统中用于电量贸易结算 的电压互感器 必 须经过计量技术部门进行强制检定 电力互感器 检 定规程对电压互感器误差检定测量的线路和方法作 出了详细规定 由于电力系统中使用的各类电压互 感器的原理 结构和安装环境不 同 如有 电容式和 电 磁式原理 有独立敞开式安装和G I S 管道内部安装等 检定时使用的升压模型和升压容量各异 导致检定时 的升压方式很多 有升压器直接升压 串联谐振升压 被试电磁式互感器升压和利用G I S 寄生电容串联电抗 器升压等 长期以来 电压互感器现场检定依靠人工 手动升压 人工记录测试数据的方式 手动升压对操 作人员的能力要求高 需要操作人员同时监测多个试 验参数 特殊情况下 还需要多人同时配合监测多个 参数 导致检定工作具有一定安全风险 工作效率低 一 7 2一 虽然在实验室有全 自动的标准 电压互感器检定装置 但 实验室检定对象单一 升压容量固定 检定设备可 集中固定摆放 现场检定对象繁多 升压容量较大且 不固定 检定设备布置范围较大 导致不能简单地将 实验室检定 系统移植到现场 本文提出一种利用WiF i 无线技术使互感器检定设备组成网络 用计算机控制 代替人工控制 在升压过程中主动测量调压器输 出电 压 电流 功率因数以及一次电压值 计算升压回路实 际负荷 主动判断升压系统升压能力 全程自动测量 电压互感器误 差 实时监测各路参数并进行保护控 制 可以提高现场检定工作的安全性和工作效率 1 工作原理 传统的电磁式电压互感器与电容式电压互感器 安装于室外 接线简单 互感器本体有着明确的技术 参数 便于采用直接升压或串联谐振的方式进行电压 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 第 5 O卷总第 5 7 2期 2 0 1 3年第 8期 电测与仪表 Ele c t r ic a l M e a s ur e m e n t I ns t r u m e nt a t io n Vo 1 5 O No 5 7 2 Aug 2 01 3 互感器误差测试 但安装于G I S 中的电压互感器 由于管道电容的存在 且G I S 气室管道尺寸规格不同 长度不等 以及接线布置方式不尽相 同 从而造成 了 G I S 管道电容量的不确定性 虽然还是电磁式电压互 感器 但受容性负载的限制 不能利用被试电压互感 器进行升压 因此一般利用电容式电压互感器测试原 理进行测试 即在测量回路中串入可调组合电抗器 由可调电抗与管道电容组成串联谐振电路 若管道电 容较小 还需并人电容器 针对G I S 中电磁式 电压互感 器检定 的升压系统 是分析电压互感器现场检定 的各 种升压系统中最具有代表性的系统 图1 就是以其误 差测量接线为例 对升压回路的电路进行分析 调压器 互感器校验仪 多路负衙箱 图1 电压互感器误差测量接线 图 F ig 1 T h e wi nn g d ia g r a mm o f v o lt a g e t r a n s f o r me r e l T o r m ea s ur em ent 虽然图1 中含有铁芯线圈这类非线性元件 但在 正常工作时 铁芯线圈均工作在其线性区域 因此可 以认为整个谐振升压回路和测差回路是一个线性的 二端口网络 输人为调压器输出电压端 输出为二次 电压百分I L A 等效电路图如图2 所示 当电路完全 谐振时 二端口网络呈纯阻性 图2 中 为调压器的 输出电动势 R 为调压器的等效内电阻 为调压器 实 际输出电压 n 为调压器和升压器的输出 输入电 流 c o s 为 和 n 夹角的余弦值 A 为互感器校验仪 测量的升压百分 比 z 为含调压器内电阻的升压 回路 等效输入阻抗 z 为不含调压器 内电阻的升压 回路 等 效输入 阻抗 当电源输 出一定 电压 可测 出 I o c o s A 共5 个量 可计算出升压回路电路的各部 分参数 因为 所以配合调压器最大输出电压 电流参数 升压器最大输入电压 电流参数 就可以预 测出系统最大升压幅 详细预测方法见后文 判断检定系统是否可以升压至设定值 如不能升至设 AC Ks 1J 八 l l 线 性 端 口 网 络 l l 图2 等 效 电路 图 Fig 2 Eq uiv a le n t c ir c u it 定值 则给出调整电抗参数的具体数值 方便工作人 员据此调节试验参数 达到试验升压要求 主动完成 电压互感器检定全过程 2 技术方案 目前在电压互感器现场检定工作中 调压器一般 为电工式 互感器校验仪一般为数字式原理 部分具 备通信接口 负荷箱一般为手动无源阻抗 为了实现 全 自动主动测量 的目的 须对现有设备进行数字化改 造 为了便于现场仪器通信 须使用无线通信技术 基 于这一思 路的误差 主动 测量系统结构框 图如 图3 所 示 其中谐振回路不是必备的部分 系统分为主控层 测试仪器层和设备层三层 主控层 IJ P C 机及其控制 软件 测试仪器层包括无线程控调压器 无线程控互 感器校验仪和无线程控负荷箱 设备层包括升压器 谐振设备和电压互感器等 主控层与测试仪器层通过 WiF i 技术组成无线通信网络 测试仪器层与设备层按 照检定规程规定的接线连接 图 3主 动测量 系统结构 框 图 Fig 3 T he s t r u c t u r e o f me a s u r e me n t s y s t e m 2 1 无线程 控调 压 器 无线程控调压器是基于S P WM原理的电压发生器 具备输出频率可控 输出电压可控 可设置输出电压限 值和输出电流保护值 同时具有将测量的输出电压 输 出电流和功率因数数据通过串行接口传输的功能 2 2 无线程控互感器校验仪 无线程控互感器校验仪是采用差值法原理设计 一 7 3 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 第 5 0卷总第 5 7 2期 2 0 1 3年第 8期 电测与仪表 Ele c t r ic a l M e a s ur e me n t lns t r u m e n t at io n Vo J 5 O No 5 7 2 Au g 2 0 1 3 具备通过串行接口进行通信和控制功能 用于测量互 感器 比例误差的互感器校验仪 2 3 无线程控 负荷 箱 无线程控负荷箱主要 由无源的阻抗器件组成 增 JJ I C P U 和继电器等控制电路 具备2 3 路可控负荷 适 用于多绕组电压互感器 可通过串行接口进行通信和 控制功能 2 4 W i F i组 网 Wi F i 组网使用Wi F i 无线通信模块 它是基于串行 接口的符合Wi F i 无线网络标准的嵌入式模块 内置 I E E E 8 0 2 1 1 协议栈 以及T C P I P 协议栈 能够实现串行 数据到无线网络之间的转换 无线网络的拓扑结构采 用集中控制方式 将无线程控互感器校验仪设置为 A P 模式 提供D H c P 服务 无线程控调压器和无线程 控负荷箱设置成S T A 模式 P C 机 无线程控调压器和 无线程控负荷箱均 自动连接到无线程控互感器校验 仪 实现 自 组网的无线网络 这样所有Wi F i 无线通信 模块都可以通过P c 机进行管理 3 软件流程设计 软件是主动测量系统的核心 软件流程设计如图 4 所示 4 图4软 件 流 程 图 Fig 4 S o f t wa r e fl o w c h a r t 具体包括下列步骤 1 开始 设备参数输入 确定无线程控调压器和 升压器的设备性能参数 要输入的无线程控调压器参 数 最大输出电压 和最大输出电流 0 要输入 的升压器参数 最大输入电压 i 一和最大输入电流 i nm a x 其中 u t m a x 和 的最小值即无线程控调压器的 输出电压限值 I o 一和 i n 的最小值即无线程控调压 器的输出电流保护值 2 检定参数设置 根据被检电压互感器的类型 设置无线程控互感器校验仪和无线程控负荷箱的参 7 4 数 要输入的无线程控互感器校验仪参数 二次电压 量程D 检定点 1 J 1 检定点2 J 和最大检定点3 J 要 输入的无线程控负荷箱参数 负荷值曰 和负荷功率因 数c 3 升压 回路 预测 测算出升压 回路含源 内阻抗 的等效输入阻抗z 升压回路等效电阻R 升压回路等 效 电抗x 程控调压器最大输出电流 和预测升压 最大值4 等 以便P c 机软件判断系统是否可以升压 至设定的最大检定点 如不能升至设定值 则给出 调整电抗参数具体数值的提示 4 预测结果判断 根据步骤 3 的测算结果 判 断是否升至设定值 是则程序进入步骤 5 否则程序 进入步骤 6 程序结束 5 误差 自动测量 根据步骤 2 预先设置好的检 定点和负荷箱参数对被检电压互感器的误差进行检 定并保存检定数据 6 结束 上述步骤 3 升压 回路预测 的方法 其详细预测 功能流程如图5 所示 图5 预测 功 能流程 图 F ig 5 Es t ima t io n f u n c t io n f lo w e h a a 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 第 5 O卷总第 5 7 2期 2 0 1 3年第 8期 电测与仪表 Eie c t r ic a l M e a s ur e me n t I n s t r u me n t a t io n V0 J 5 O No 57 2 Au g 2 01 3 包括下列步骤 1 回路参数测量 控制无线程控调压器输出一定电压值 无线程 控调压器测出 0 c o s q 3 个变量的值 无线程控互 感器校验仪测出A 的值 P c 机软件读回上述5 个数值 2 电压 比较 判断电压参数U o u m a x 是否大于 是则执行回 路参数计算一 否则执行回路参数计算二 所述回路参数计算一 是根据回路参数测量中读 回的数值 以升压器最大输入电压 一为依据按下式 计算 A A1 xui J U o 1 1 z I o 2 0 一 z 3 R Z x c o s q 1 4 X Z x s in a r c c o s c o s p 5 所述回路参数计算二 是根据回路参数测量中读 回的数值 以调压器最大输出电压 为依据按下 式计算 A 6 Z u l n 7 n 8 0 一 戤 z 9 JR Z x c o s 1 0 X Z x s in a r c c o s c o s 1 1 3 预测值判断一 判断比较计算出M 是否小于设定最大检定点 J 1 是则执行预测结果一 否则执行电流比较一 根据 电流的限制进一步判断能升到的最大电压值 4 电流 比较一 判断计算值 n一是否大于参数值 n 是则执行 电流 比较二 否则执行电流比较三 5 电流 比较二 判断参数值 是否大于参数值 一 是则执行 预测值计算二 否则执行预测值计算一 所述预测值计算一 是按下式重新计算预测升压 最大值 Am a A1 o x o 1 1 2 6 电流 比较三 判断计算值 0 是否大于参数值 一 是则执行 预测值计算二 否则执行预测结果二 所述预测值计算二 是按下式重新计算预测升压 最大值 A 1 x i d o 1 1 3 7 预测值判断二 判断重新计算出的A 一是否小于设定最大检定点 L 是则执行预测结果一 否则执行预测结果二 所述预测结果一 是给出未通过预测的结论 最 大电压只能升到数 不能升到设定的最大检定 点J 的数值 当计算的 为正值时 提示增大串联谐振 回路电感量 当计算的 为负值时 提示减小串联 谐振回路电感量I X I 所述预测结果二 是给 出通过预测 的结论 最大 电压能够升到设定的最大检定点 的数值 按照图5 的流程 根据选用的不同调压器和升压 器的参数 以及实际测量的回路参数 完成升压幅度 预测功能 4 结束语 按照本文方法设计的电压互感器误差 主动测量 系统 弥补 了现有测量手段存在的问题和不足 利用 先进的电力电子技术和无线通信技术 在测试过程中 实现了测量数字化 控制网络化 状态可视化 功能一