基于LabVIEW的电子式互感器校验系统设计

1.前言

随着数字化变电站和智能电网建设步伐的加快，电子式互感器得到了迅速的发展。

电子式互感器包括电子式电流互感器和电子式电压互感器两种。为了保证电子式互感器的准确度，确保系统安全、稳定，需要对互感器进行校验。电子式互感器校验系统用来对电子式互感器的比差和角差进行校验。

与传统互感器相比，电子式互感器在测量原理、结构和输出信号的方式上发生了根本的变化，其校验原理和方法与传统互感器校验原理和方法完全不同，因此传统互感器的校验方法不能应用到电子式互感器的校验中。

LabVIEW是一种图形化的编程语言(G语言)，区别于传统的文本式的编程语言，它将各种功能封装成函数模块，能够快速建立系统的图形用户界面，具有开发效率高，开发周期短的特点，在测试测量、信号处理中的应用非常广泛。利用LabVIEW开发环境编写的程序称为虚拟仪器程序(VirtualInstrument program)，简称VI.

本文基于NI公司PCI-4474数据采集板卡以及LabVIEW开发环境建立了电子式互感器的校验系统，结合同步信号卡和数字信号处理实现对互感器的检验。对于校验10~500kV电压等级的电子式电压互感器和额定电流为5~5000A的电子式电流互感器能够达到万分之五的精度，具有精度高、性能稳定可靠的特点，满足对电子式互感器比差和角差校验的要求。现场测试表明了本文所建立的校验系统的有效性。

2.系统组成

校验系统由硬件和软件两部分组成，系统硬件主要包括以下部分：

(1)标准电压、电流(电磁式)互感器(包括升压、升流器)。使用标准互感器的目的是为校验系统提供标准输出信号，且必须可溯源。互感器精度选取0.01级，目的是为了提高系统测量精确度。

(2)PCI-4474数据采集板卡。该板卡是从事高精度动态和瞬态测量的动态信号采集卡，具有4路同步采样模拟输入通道，输入信号为-10~10VDC.另外，它具有24位分辨率，最高采样速率达102.4kS/s.

(3)取样电阻。选取阻值为80Ω，额定电流为0.05A的取样电阻，精度为100ppm.

(4)电压互感器100V(100/√3V)/4V,精度0.01级;电流互感器5A/0.05A,精度0.01级。

(5)同步卡：用来同步被试互感器合并单元及标准回路采集卡。

(6)合并单元：合并单元的主要功能是同步接收12路电子式互感器输出的数字信号(12路信号按照IEC60044-8标准规定的DATASET数据通道定义)，并按照IEC60044-8标准规定帧格式并发送给继电保护，测量及控制设备。

合并单元一般提供共12路电流和电压信号(全部光纤传输)，包括7路电流信号和5路电压信号，它们按照一定的规则打包并通过以太网输出。合并单元一般由用户提供，遵循GBT-20840-7/8和IEC61580-9标准。

合并单元与校验系统的连接主要包括两个部分：一是同步脉冲信号连接，二是以太网的连接。合并单元与校验系统连接框图如图1所示：

(7)工控机。工控机通过通信规约为IEEE488.2的PCI-GPIB卡与标准A/D转换器相连。

(8)调压器。

系统软件是LabVIEW开发环境，它是由前面板、框图程序、图标/连接器三部分组成。

(1)前面板是LabVIEW的图形用户界面，能够对系统中的各种参数进行监控，它由输入控件和显示控件组成，如图4所示。

(2)框图层序采用图形化的编程语言编写，相当于文本式编程语言的程序语句，能够实现特定的功能。

(3)图标/连接器能够将LabVIEW开发环境编写的程序(VI)生成供其它VI调用的子VI,提高了程序的可读性和开发效率。

3.校验系统原理

本校验系统的工作原理可分为两部分：电子式电流互感器校验原理和电子式电压互感器校验原理。

3.1 电子式电流互感器校验原理

将标准电磁式电流互感器与被试电子式电流互感器一次串联，由升流器为互感器一次侧提供电流，调节调压器改变升流器输出电流的大小。标准CT的二次侧接标准电流互感器5A/0.05A,其二次侧接标准电阻，取电阻上的电压，并输入到数据采集卡(PCI-4474)。电子式电流互感器二次侧获取的电流信号由光纤送入低压侧的合并单元。计算机通过数据采集卡获取标准CT的测量结果及通过以太网获取电子式电流互感器的测量结果，由计算和提供时钟同步信号对被试电子式电流互感器和数据采集卡进行同步采样。

经过数字滤波、DFT运算等信号结果，计算出电子式电流互感器比值误差和相位误差。

校验原理如图2所示。

3.2 电子式电压互感器校验原理

电子式电压互感器校验原理与电子式电流互感器校验原理类似，不同的是标准电磁式电压互感器与被试电子式电压互感器一次侧并联，由升压器为互感器一次侧提供电压，通过调压器来调节输出电压的大小。标准PT的二次侧接标准电压互感器100V(100/√3V)/4V并输入到数据采集卡(PCI-4474)中。原理如图3所示。

4.系统特点及性能指标

本校验装置适用于符合IEC61850-(9-1,9-2)标准数字输出以及IEC60044-7/8标准输出的电子式互感器的实验室和现场精度校验。

4.1 系统特点

(1)用户无需了解IEC61850或IEC60044-8,也无需设置MAC地址，即可检定互感器误差。

(2)检定非传统互感器(小信号输出)。

(3)内置4个通道24Bit sigma-delta AD满足未来可能的出现的大运算量和其他的各种需求。

(4)可用八位半高精度数字万用表(Agilent3458A)溯源。

4.2 技术指标及性能(如表1所示)#1

5.基于LabVIEW的校验系统界面设计

本校验系统是基于LabVIEW8.6开发环境设计的，软件界面包括三各部分：系统校验界面、详细参数分析界面和系统检定界面。

系统检定界面主要完成软件计算后将结果统计显示，如图4所示，该界面是整个系统的核心。在参数配置完成后，点击开始按键系统按照配置参数“一键式”完成整个检验检测，并能够显示标准源幅值百分比，系统速率、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，每次比较的详细参数引表(比较次数、幅值百分比、比差、角差、相位差和本次比较数据是否自效等)。

6.总结

本文针对电子式互感器的工作原理和组成结构，基于NI公司数据采集板卡结合LabVIEW开发环境建立了互感器的校验系统，具有测量精度高、操作简单的特点，具有一定的实用价值。