保护用电流互感器暂态误差测量分析系统研究

1、保护用电流互感器暂态误差测量分析系统研究李大伟1,朱宏志2(1.哈尔滨供电设计院,黑龙江哈尔滨150001;2.哈尔滨电业局道里供电局,黑龙江哈尔滨150001摘要:电流互感器暂态过程描述了电网短路瞬间电流互感器状态,暂态误差值及相关波形,直接给出了电网继电保护瞬间的互感器状态,为电流互感器的开发、设计提供了大量的试验数据和波形。介绍一种基于数字记录记录卡和计算机技术的测量系统的软、硬件组成,阐述该系统具有测量精度高、测控功能强大、数据处理完善等优点。关键词:电流互感器;硬件;软件;抗干扰;模块中图分类号:T M452文献标识码:B文章编号:1002-1663(200501-0049-03St

2、udy on the measur i n g and analysis syste m of protecti vecurrent transfor mer transi ent errorL IDawei,ZHU Hongzhi(1.Harbin Po wer Supply Design I nstitute,Harbin150001,China;2.Harbin Daoli Po wer Supply Bureau,Harbin150001,ChinaAbstract:The transient course of current transf or mer illustrates th

3、e conditi on of current transf or mer at a mo2 ment when power grid was in short circuit,that is,transient err or value and its relevant wavef or m s describes directly the status of current transfor mer at a moment when power net relay t ook acti on,which p r ovides a l ot of testing data and wavef

4、 or m s and has a quite significati on f or devel opment and design of current transf or mer.The s oft w are and hard ware compositi on of measuring syste m based on digital recorder and computer technol ogy was intr oduced,which has advantages of p reci ous measuring,powerful monit oring functi on

5、and perfect data p r o2 cessing in the paper.Key W ords:current transf or mer;hard ware;s oft w are;anti-disturbance;module在电力系统中,互感器是最重要的测量和保护设备,为确保电网继电保护系统正确快速动作,对电网执行安全保护,要求电流互感器具有瞬变响应性能。电流互感器暂态误差是对这种瞬变性能的直接体现。电流互感器暂态过程描述了电网短路瞬间电流互感器状态,暂态误差值及相关波形直接反映电网继电保护瞬间的互感器状态,为电流互感器的开发、设计提供了大量的试验数据和波形,具有十分重要

6、的意义。传统的试验方法为光线示波器法,该种试验方法测量误差大、精度低。本文介绍一种基于数字记录卡和计算机技术的测量系统,该系统具有测量精度高、测控功能强大、数据处理完善等优点,并完全满足G B16847-1997保护用电流互感器暂态特性技术要求标准。1系统组成该测量分析系统充分考虑G B16847-1997标准及互感器设计、试验的相关标准要求,综合现场试验条件、信号特征、干扰情况、测量精度要求而设计的。1.1硬件构成测量系统硬件部分主要包括:带光电隔离I/ O卡、可控增益放大器、通道开关和过压保护电路、A/D采集卡、计算机。它们分别完成开关信号输入/输出、模拟信号放大/衰减、信号通道断开收稿日

7、期:2004-11-23。作者简介:李大伟(1976-,男,1999年毕业于华北电力大学。/导通、过压保护、信号采集及处理。从而使测量系统在保证测量精度完成测量过程的前提下安全可靠地运行。系统硬件组成如图1所示。 图1系统硬件组成框图1.2软件构成测量系统的软件是在周密考虑硬件配置、试验标准、信号特征情况下而编制的。它充分发挥了计算机数学运算能力和逻辑判断能力,使系统的信号处理能力和控制能力达到试验标准的要求。主要包括:系统初始化,数据采集,数据分析,试验报告输出几大部分。从而完成整个试验的控制、数据采集、分析,最后将完整的试验数据、波形提供给试验和设计人员。系统软件组成如图2所示。 图2系统

8、软件组成框图2系统实现2.1硬件设计本系统硬件的设计在充分考虑现代电子技术、计算机技术、器件技术而进行的。整个系统均采用工艺成熟、性能先进稳定的器件和设备,保证了系统的性能稳定,先进可靠。2.1.1信号输入通道信号输入通道包括可控增益放大器、通道开关和过压保护电路,这部分电路完成了信号输入后的预处理和对系统的保护。根据G B16847-1997标准所提供的三种试验方法,我们可知输入信号四路(一次电流、二次电流、误差电流、二次积分电压,为此,我们设计了该四路并行可控增益放大器。通过对信号特征的分析,我们采用了阻容分压器。该可控增益放大器是由多支精密电阻(0.1、10ppm /、CBB 电容、干簧

9、继电器和控制显示电路组成。其增益有手控和计算机控制两种方式,具有增益指示功能,技术指标为:输入阻抗R i =1M输入信号幅值范围0±60V (六档。计算机可通过I/O 卡实现对放大器控制,并读取放大器信息供数据处理时使用。在高电压试验过程中,测量信号失常超出理论范围时有发生,对测量系统安全造成极大的威胁。这就要求系统设计时,在系统输入端加保证措施以保证系统安全。在此系统中我们加入了通道开关和过压保护两部分,通道开关仅在系统启动后才由计算机控制闭合,其他时间均为断开状态。这样保证了信号只有在测量状态时才能进入系统,其它时刻不能进入。过压保护电路功能为限制输入信号幅值,保证进入系统信号幅

10、值不超过设计标准,保护系统安全。该保护由瞬变抑制二极管完成。2.1.2信号采集、处理和控制部分这部分硬件是由计算机(P133,A/D采集卡(并行四通道、垂直分辨率12bit、采样频率12.5 kHz每通道128kbyte板上内存,时基卡,I/O卡(24路输入、24路输出,触发电路构成。它们是整个硬件系统的核心,性能好坏直接影响系统品质。具体工作原理为:系统启动后计算机通过菜单操作将有关试验信息录入,按试验要求对硬件进行设置,并发出/读入控制信息。当触发确认后,A/D卡开始四路同步数据采集,并将数据存入板内存储器。数据采集结束后,A/D向计算机发出结束信号,计算机接到结束信号后,将数据读入进行各

11、种处理后,给出试验报告。在整个试验过程中计算机随时读入开关信号,并综合各种信息进行逻辑处理后发出控制信号,从而完成整个测量过程。2.1.3系统的抗干扰措施抗干扰性能是测量系统的重要指标之一,本系统属现场测量设备,现场各种干扰必须对系统工作造成影响。因此系统必须有良好的抗干扰措施,否则测量数据可信度降低,甚至系统不能正常工作。干扰主要由空间感应和导线传播两方面对系统造成影响,针对这两种干扰,我们在本系统中采用下述方法对系统进行保护:a.针对电源引入的电网高频干扰及50Hz工频干扰,本系统加入了超隔离变压器和低通滤波器对沿电源和信号引线进行抑制;b.由于各种电磁信号是以辐射方式对系统进行干扰的,我

12、们采用了屏蔽和隔离的方法对辐射干扰进行抑制;c.在计算机软件数据处理部分,采用数字滤波算法,消除各种随机干扰的影响。上述各种抗干扰措施的使用,保证了系统运行的稳定可靠和测量精度。2.2软件设计软件是硬件功能充分发挥的前提条件,其性能优劣直接影响硬件功能的发挥和整个测量系统的功能。软件系统由三个模块组成:a.系统初始化;b.数据采集;c.数据分析处理、报告输出。编程语言为:V isual Basic;V isual C+。2.2.1初始化模块初始化是试验信息置入和硬件设备按要求预置过程,它标志着测量系统已准备好可以开始工作。主要包括:系统检查、切断通道开关、帮助信息显示、试验信息输入。确认所有信

13、息正确后控制信息输出。编程语言为:V isual Basic。2.2.2数据采集模块数据采集过程是测量过程最关键的环节,数据采集软件的完整与否直接影响测量数据的顺利采入。其主要完成下述工作:a.硬件的匹配性和完好检查(完好继续,损坏退出、A/D卡设置(采样频率=12.5kHz、幅值=±10V、予触发长度= 128byte、采集长度=15kbyte、上升沿外触发;b.闭和通道开关,启动采集(系统等待触发;c.触发后数据采集并存入板内存储器;d.打开通道开关,计算机读入采集数据。编程语言为:V isual C+。2.2.3数据分析、报告输出模块数据分析过程就是对采集到的数据,根据信号特征

14、进行各种数学处理,最后得到有效数据,再根据试验标准进行计算得出各种特征值。该软件模块性能优劣直接影响试验结论的可信度。本试验被测信号特征为叠加在直流上的工频交流信号(可能有畸变,干扰主要为随机叠加在测量信号上的尖脉冲。针对信号和干扰特征,系统采用下述几种方法对测量数据进行处理,以保证测量数据的可靠度。a.坏值剔除:“坏值”既为干扰信号偶合到测量信号时得到的测量值,此种值必须剔除,保证测量数据的可信;通过对信号特征研究和试验,我们采用一种针对脉冲干扰的坏值剔除方法,即当Y(I+1>3×Y(I时,I+1点为坏值点,Y(I为特征函数;b.牛顿法插值:插值既是对剔除的坏值进行增补的过程

15、,也是根据已知的测量数据点,假设一个函数求出未知点的过程;c.平滑处理:它可进一步消除随机干扰引起的测量误差,提高测量精度,由于是非等精度测量,故采用加权平滑法对信号进行平滑处理。原始测量数据经上述处理后,本模块软件便按G B16847-1997标准要求进行各种计算,并将试验结论输出。编程语言为:V isual Basic。3测量精度的保证和校准对测量系统而言,测量精度是一个重要的技术指标,它标志着测量系统能否满足试验标准的要求。为保证测量精度,系统采用了下述方法:a.可控增益放大器使用0.1、10ppm/的精密电(下转第54页用预绞丝带电临时处理。2001年9月,哈尔滨超高压局会同东北电力设

16、计院,在四平电力金具研究所联合研制了第一批新型加长型补修管,并做了补修管的握力及电阻温升试验,获得了满意的结果。在2001年秋检的工作中,送电工区首次采用了这种加长型补修管进行液压补修的方法,对上述三处临时处理的导线断股处进行正式补修,并对秋检中又新发现的两处大面积导线磨伤断股处进行补修。运行后,工区对哈大线5处导线断股补修处进行了周期性的外观检察,并在冬季、夏季大负荷时期进行红外线测温,没有发现异常。2002年2月,工区正式向东北电网有限公司上报规范LGJ-400/35导线不同断股采用不同型号补修管补修科技项目计划申请书。并委托东北电力设计院和四平电力金具研究所共同研究设计。继续开发完善此项

17、导、地线补修的新技术,并多次组织由我局生产部、送电工区、长春东北电力设计院、四平电力金具研究所共同参加的导、地线握力和电阻温升试验,以确定导、地线的各种技术指标。2002年秋检,工区对冯大线139140号一处地线断股也进行了补修管补修。2003年4月7日,哈大线258259号因为不明搭挂物造成导线严重烧损,工区利用加长型补修管进行了液压补修。2003年6月23日,500kV永哈乙线跳闸,由于球头挂环折断导致导线落地,造成8处导线严重烧伤。工区利用加长型补修管进行了液压补修。经过观察、检测,以上15处补修处均未发现异常。在2003年桂林举行的全国送电运行研讨会上我局将此科研项目进行了大会交流,引

18、起了兄弟单位广泛的兴趣。2003年11月,哈尔滨超高压局、东北电力设计院和四平电力金具研究所共同编制的导、地线补修管试验研究报告;导、地线非标补修管使用说明书;补修管JX-400/35、耐张线夹NGY-400/35电阻温升试验报告;JX系列补修管握力试验报告。2004年2月,哈尔滨超高压局委托东北电力科技信息研究所,对规范LGJ-400/35导线不同断股采用不同型号压接管补修的项目进行成果鉴定。4几点建议4.1对补修管液压工艺方面的标准需要进一步完善。因为,导、地线补修如果不能够满足技术质量要求,极易造成补修处导线发热、强度下降,甚至发生断线、倒塔事故。我们想通过会审的形式请有关专家对该补修管的推荐长度、厚度、补修工具进行充分的论证,以获得广泛的认可。4.2补修管的使用年限需要进一步明确。4.3我们研制的目标和所做的试验主要是针对LGJ-300/40、LGJ