专利名称：用于电子式电流互感器谐波影响量检测的标准源及检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子式电流互感器谐波影响量的检测设备，具体地说是一种用于电子式电流互感器谐波影响量检测的标准源，以及采用该标准源的电子式电流互感器谐波影响量检测装置。
背景技术：
在电力系统中，为了保证电网的正常运行，需要对电力参数进行实时检测。其中最重要的是对电压、电流进行测量。但是随着用电设备的日益复杂化，电网中非线性负载的使用量日益增加，而非线性负载的使用量的上升会导致电网中谐波含量的增加，那随着谐波问题的日益严重，对电能计量的准确度会产生非常大的影响。对于这些影响的主要原因是不同的计量检测设备对谐波的影响量的表现不尽相同。电子式互感器作为新一代数字化变电站电能计量的核心部件，其在电网富含谐波的情况下的测量准确度成为人们关注的焦 点，因此，对电子式互感器进行谐波影响量的测试，掌握其在不同谐波含量下的特性具有非常重要的意义。目前针对电子式互感器谐波影响量的检测的主要方法是采用大功率基波谐波合成电源，谐波标准电流电压互感器，标准电流电压转换装置，电子式互感器校验仪来组成，主要工作方式是由谐波基波合成电源输出信号经过谐波标准电流电压互感器后再输入标准电流电压转换装置送入电子式互感器校验仪进行比对。对于现有技术中基波谐波合成电源主要是通过晶振电路生产50HZ的正弦波，然后通过功率放大电路形成一个所需要的电压值，用于测试电压互感器，而电流的实现主要是通过对电压信号进行电阻取样获得，此种方式得到的电流信号精度不高稳定性不强，输出的带载能力有限，在测试过程中具有一定的局限性。对于测试所用到的标准源现有技术中也有高精度标准源的方案，但是现有技术中高精度标准源输出的电压电流的幅度过�。话愕缪怪荒苁涑龅�380V，电流到10A，一般输出功率一般也只有几十伏安，无法满足带大容量负载的测试情况，只能模拟电网二次侧的低压电压、电流的运行情况。而且其输出的谐波能力有限一般只能叠加到21次谐波，谐波的精度也不高。所以其在电力测试过程中同样具有测试的一些局限性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种用于电子式电流互感器谐波影响量检测的标准源，其能够提供模拟电网一次侧的电流模拟信号，并且，提供一种采用该标准源的检测装置，简化对电子式电流互感器谐波影响量的检测。本发明解决上述技术问题所采用的技术手段为一种用于电子式电流互感器谐波影响量检测的标准源，所述的标准源包括用于提供模拟电网一次侧基谐波波形的电压模拟信号的基波谐波发生器和用于提高所述电压模拟信号模拟精度的标准源输出�？椋凰霰曜荚词涑瞿？榘ㄒ潜碓怂惴糯蟮缏贰⒐β史糯蟮缏�、电压跟随器和高精度分流电阻；所述基波谐波发生器的电压输出端依次通过仪表运算放大电路和功率放大电路连接到高精度分流电阻的一端，高精度分流电阻的另一端为标准源的标准电流输出端，所述电压跟随器连接在标准源的标准电流输出端和仪表运放放大电路的参考输入端之间，所述仪表运算放大电路将基波谐波发生器提供的电压模拟信号转换成电流模拟信号，并通过功率放大电路进行功率放大后，在标准源的标准电流输出端输出高精度的电网一次侧电流模拟信号。作为发明的一种实施方式，所述仪表运算放大电路包括仪表运算放大器、第一平衡电阻、第二平衡电阻和放大倍数调节电路；所述第一平衡电阻连接在仪表运放放大电路的输入端正极和仪表运算放大器的同名输入引脚之间，第二平衡电阻连接在仪表运算放大电路的输入端负极与仪表运算放大电路的异名输入引脚之间，放大倍数调节电路连接在仪表运算放大器的两个放大倍数调节引脚之间，仪表运算放大器的输出引脚为仪表运放放大电路的输出端，参考引脚连接放大电路的反馈输入端。作为发明的一种实施方式，所述放大倍数调节电路包括第一高精度电阻、调节继电器和第二高精度电阻；所述第一高精度电阻连接在仪表运算放大器的两个放大倍数调节引脚之间，所述调节继电器和第二高精度电阻相串联，该串联支路与所述第一高精度电阻 相并联。作为发明的一种实施方式，所述电压跟随器包括高精度运算放大器，所述高精度运算放大器的异名端与输出端相连接，所述高精度运算放大器的输出端与仪表运算放大器的参考引脚相连接，同名输入端连接到标准源的标准电流输出端。作为发明的一种实施方式，所述功率放大电路包括第一电阻、第二电阻、第一 NPN三极管和第一 PNP三极管；所述第一 NPN三极管和第一 PNP三极管的发射极相连接，直流供电电源正极从第一 NPN三极管的集电极接入，直流供电电源负极从第一 PNP三极管的集电极接入，第一 NPN三极管的基极通过第一电阻和第二电阻连接到第一 PNP三极管的基极，第一电阻和第二电阻的连接点为功率放大电路的输入端，第一 NPN三极管和第一 PNP三极管的连接点为功率放大电路的输出端。作为对功率放大电路的一种改进，所述功率放大电路还包括第二 NPN三极管和第二 PNP三极管；所述第二 NPN三极管和第二 PNP三极管的发射极分别连接到功率放大电路的输出端，直流供电电源正极从第二 NPN三极管的集电极接入，直流供电电源负极从第二PNP三极管的集电极接入，第二 NPN三极管与第一 NPN三极管的基极相连接，第二 PNP三极管和第一 PNP三极管的基极相连接。一种用于电子式电流互感器谐波影响量检测的检测装置，所述检测装置包括上述各个方案任一项所述的标准源、用于连接待测电子式电流互感器一次侧电流输入端的一次侧正极和一次侧负极、升流器、合并单元、电子式互感器校验仪以及用于连接待测电子式电流互感器二次侧电压输出端的二次侧检测端；所述升流器连接在标准源的标准电流输出端和所述一次侧正极之间，所述电子式互感器校验仪的标准电流输入端正极与所述一次侧负极相连接，标准电流输入端负极与检测装置的共地端相连接，被检输入端通过合并单元与所述二次侧检测端相连接。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果第一，本发明的标准源采用基波谐波发生器提供模拟电网一次侧基谐波波形的电压模拟信号，并通过标准源输出�？槎愿玫缪鼓Ｄ庑藕沤写恚沟酶眯藕抛怀晒β�、电流、电压接近电网一次侧信号特性的电流信号，即该标准源提供了高模拟精度的电网一次侧电流模拟信号，模拟了电网实际波形的富含谐波、大功率、大电流的特性；第二，本发明标准源输出模块采用仪表运放放大电路将电压模拟信号转换成电流信号，并采用电压跟随器进行反�。沟帽曜荚刺峁┑牡缌髂Ｄ庑藕啪哂懈呔群透呶榷ㄐ裕业缏分醒∮昧烁呔鹊缱瑁兄诒曜荚刺峁┬藕诺某て谖榷ㄐ裕岣吡吮曜荚醋魑觳庑藕旁吹目煽啃裕槐曜荚床捎萌芏曰ㄐ巢ǚ⑸魇涑龅男藕沤蟹糯螅傻拥匠�100次谐波，谐波的精度高；第三，本发明的检测装置采用了发明方案提供的标准源作为信号源，对电子式电流互感器进行谐波影响量检测，由于标准源具有高可靠性，它的输出信号能直接为电子式互感器校验仪提供比较基准，电子式互感器校验仪通过将电子式电流互感器的输出信号与该基准进行比较，即可测出电子式电流互感器的谐波影响量，同时通过电脑控制基波谐波发生器叠加不同谐波次数，可测试得出被检电子式互感器在各种谐波输入情况下的特性； 因此，本发明的检测装置简化了对电子式电流互感器谐波影响量的检测。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明图I为本发明优选实施例的原理框图；图2为本发明优选实施例的电路原理图。
具体实施例方式如图I所示，本发明优选实施例用于电子式电流互感器谐波影响量检测的检测装置，包括标准源、用于连接待测电子式电流互感器一次侧电流输入端的一次侧正极Sll和一次侧负极S12、升流器、合并单元、电子式互感器校验仪以及用于连接待测电子式电流互感器二次侧电压输出端的二次侧检测端S20 ;升流器连接在标准源的标准电流输出端IOUT+和一次侧正极Sll之间，电子式互感器校验仪的标准电流输入端正极I+与一次侧负极S12相连接，标准电流输入端负极I-与检测装置的共地端GND相连接，被检输入端Vin通过合并单元与二次侧检测端S20相连接。其中合并单元选用常用的型号，其作用是适配待测的电子式电流互感器输出端接口和电子式互感器校验仪的被检输入端接口。如图2所示，本优选实施例的标准源包括用于提供模拟电网一次侧基谐波波形的电压模拟信号的基波谐波发生器和用于提高电压模拟信号模拟精度的标准源输出�？椋槐曜荚词涑瞿？榘ㄒ潜碓怂惴糯蟮缏稟l、功率放大电路A2、电压跟随器A3和高精度分流电阻R206 ;基波谐波发生器的电压输出端依次通过仪表运算放大电路Al和功率放大电路A2连接到高精度分流电阻R206的一端，高精度分流电阻R206的另一端为标准源的标准电流输出端I0UT+，电压跟随器A3连接在标准源的标准电流输出端和仪表运放放大电路Al的参考输入端之间，仪表运算放大电路Al将基波谐波发生器提供的电压模拟信号转换成电流模拟信号，并通过功率放大电路A2进行功率放大后，在标准源的标准电流输出端IOUT+输出高模拟精度的电网一次侧电流模拟信号。其中，上述基波谐波发生器选用现有的发生器，其能够提供精确度高达O. 02%的小电压信号，该电压信号能叠加任意次谐波，从而模拟电网的波形。上述仪表运算放大电路Al包括仪表运算放大器U209、第一平衡电阻R203、第二平衡电阻R204、第一高精度电阻R205、调节继电器SI和第二高精度电阻R105 ;第一平衡电阻R203连接在仪表运放放大电路Al的输入端正极和仪表运算放大器U209的同名输入引脚之间，第二平衡电阻R204连接在仪表运算放大电路Al的输入端负极与仪表运算放大电路Al的异名输入引脚之间，第一高精度电阻R205、调节继电器SI和第二高精度电阻R105组成放大倍数调节电路，仪表运算放大器U209通过外接放大倍数调节电路来改变放大倍数；第一高精度电阻R205连接在仪表运算放大器U209的两个放大倍数调节引脚之间，调节继电器SI和第二高精度电阻R105相串联，该串联支路与第一高精度电阻R205相并联，仪表运算放大器U209的输出引脚为仪表运放放大电路Al的输出端，参考引脚REF接整个功率放大电路Al的反馈输入端。上述功率放大电路A2包括第一电阻Rl、第二电阻R2、第一 NPN三极管Ql、第一 PNP三极管Q2、第二 NPN三极管Q3和第二 PNP三极管Q4 ;第一 NPN三极管Ql和第一 PNP三极管Q2的发射极相连接，直流供电电源正极V+从第一 NPN三极管Ql的集电极接入，直流供 电电源负极V-从第一 PNP三极管Q2的集电极接入，第一 NPN三极管Ql的基极通过第一电阻Rl和第二电阻R2连接到第一 PNP三极管Q2的基极，第二 NPN三极管Q3和第二 PNP三极管Q4的发射极分别连接到功率放大电路A2的输出端，直流供电电源正极V+从第二 NPN三极管Q3的集电极接入，直流供电电源负极V-从第二 PNP三极管Q4的集电极接入，第二NPN三极管Q3与第一 NPN三极管Ql的基极相连接，第二 PNP三极管Q4和第一 PNP三极管Q2的基极相连接，第一电阻Rl和第二电阻R2的连接点为功率放大电路A2的输入端，第一NPN三极管Ql和第一 PNP三极管Q2的连接点为功率放大电路A2的输出端。上述电压跟随器A3包括高精度运算放大器UE3A，高精度运算放大器UE3A的异名端与输出端相连接，高精度运算放大器UE3A的输出端与仪表运算放大器U209的参考引脚REF相连接，同名输入端连接到标准源的标准电流输出端。该电压跟随器A3的作用是标准源对输出的电压信号进行采样，反馈到仪表运算放大器U209的REF端，只有反馈跟输入信号达到平衡标准源才能稳定运行。其中，上述高精度电阻是指常用的温度系数在IPPM以下的电阻。本优选实施例中标准源的工作原理为本优选实施例中，基波谐波发生器可以通过RS232接口与电脑相连，由电脑控制在基波上任意叠加谐波输出，模拟电网中复杂的波形，即输出了模拟电网一次侧基谐波波形的电压模拟信号，根据对常用的基波谐波发生器进行测量可知，该电压模拟信号精确度高达O. 02%,但其功率仅有几十毫瓦，交流电压只能在0-7V之间变化。将该电压模拟信号通过两个平衡电阻R203和R204以差分方式输入到仪表运放，高精度电阻R105和R205接仪表运算放大器U209的两个放大倍数调节引脚之间，即第2、3脚之间，用于调整仪表运算放大器U209的输出放大倍数，继电器SI用于控制放大倍数，放大倍数为Gain=l+49. 4K/RG，RG为运放的2，3脚上面的电阻阻值，电阻采用IPPM的高精度高稳定性电阻，以保证输出的长期稳定性。仪表运放的6脚为REF参考脚，用于接收反馈信号。由于仪表运放的输出电流比较�。砸钪盏玫酱蟮缌鞅匦胍砸潜碓朔攀涑龅男〉缌鹘蟹糯螅饫锊捎�2000W的大功率NPN与PNP对管3CF200，3DF200,作为电流放大管，电阻Rl和电阻R2为对管的限流电阻，为了使输出的电流足够大，这里采用2对大功率对管来增大输出电流，三极管输出的信号经过一个高精度大功率分流器R206，转换为最终输出的电流信号，最终输出的电流幅度为I=U0UT/R206。三极管的输出端通过一个高精度运放做电压跟随后输出的信号反馈到仪表运放的参考端，使最终整个系统能够稳定的输出。如此，本优选实施例中的标准源提供了高模拟精度的电网一次侧电流模拟信号，即模拟了电网实际波形的富含谐波、大功率、大电流的特性。本优选实施例检测装置的工作原理为将待测的电子式电流互感器接入本优选实施例的检测装置中，即电子式电流互感器的一次侧输入端分别与一次侧正极Sll和一次侧负极S12相连接，二次侧输出端与二次侧检测端S20相连接，标准源输出高模拟精度的电网一次侧电流模拟信号，该电流模拟信号依次流过升流器、电子式电流互感器的一次侧，从电子式互感器校验仪的标准电流输入端正极I+输入，最后从其标准电流输入端负极I-输出流入到检测装置的共地端GND，该过程一方面为待测的电子式电流互感器提供了电网一次侧模拟电流信号，另一方面电子式互·感器校验仪采集了该模拟电流的信息，作为对待测的电子式电流互感器谐波影响量检测的基�。辉诖獾牡缱邮降缌骰ジ衅鞯亩尾啵缱邮降缌骰ジ衅鞯亩尾嗟缪故涑龆耸涑龅牡缪剐藕啪喜⒌ピ佣尾嗉觳舛薙20输入电子式互感器校验仪，电子式互感器校验仪将标准输入端接收到的信号与被检端接收到的信息进行比较，即可得出电子式电流互感器的一些特性参数，同时通过电脑控制基波谐波发生器叠加不同谐波次数，可测试得出被检电子式互感器在各种谐波输入情况下的特性。本优选实施例中的标准源也可以提供给电网二次侧的其他各种电子设备作为电网一次模拟波形的输出，为生产电力二次侧产品的厂家提供实验测试手段。本发明的实施方式不限于此，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，例如上述优选实施例中也可以在高精度电阻R205上再并联多个继电器和高精度电阻组成的串联支路，以增加仪表运算放大器U209的放大范围，或者直接以常用的高精度调节电阻器实现高精度阻抗调节电路，均可实现本发明目的。
权利要求
1.一种用于电子式电流互感器谐波影响量检测的标准源，其特征在于所述的标准源包括用于提供模拟电网一次侧基谐波波形的电压模拟信号的基波谐波发生器和用于提高所述电压模拟信号模拟精度的标准源输出�？椋凰霰曜荚词涑瞿？榘ㄒ潜碓朔欧糯蟮缏�(Al)、功率放大电路(A2)、电压跟随器(A3)和高精度分流电阻(R206)；所述基波谐波发生器的电压输出端依次通过仪表运放放大电路(Al)和功率放大电路(A2)连接到高精度分流电阻(R206)的一端，高精度分流电阻(R206)的另一端为标准源的标准电流输出端(IOUT+)，所述电压跟随器(A3)连接在标准源的标准电流输出端和仪表运放放大电路(Al)的参考输入端之间，所述仪表运放放大电路(Al)将基波谐波发生器提供的电压模拟信号转换成电流模拟信号，并通过功率放大电路(A2)进行功率放大后，在标准源的标准电流输出端(IOUT+)输出高精度的电网一次侧电流模拟信号。
2.根据权利要求I所述的用于电子式电流互感器谐波影响量检测的标准源，其特征在于所述仪表运放放大电路(Al)包括仪表运算放大器(U209)、第一平衡电阻(R203)、第二平衡电阻(R204)和放大倍数调节电路；所述第一平衡电阻(R203)连接在仪表运放放大电路(Al)的输入端正极和仪表运算放大器(U209)的同名输入引脚之间，第二平衡电阻(R204)联接在仪表运放放大电路(Al)的输入端负极与仪表运放放大电路(Al)的异名输入引脚之间，放大倍数调节电路连接在仪表运算放大器(U209)的两个放大倍数调节引脚之间，仪表运算放大器(U209)的输出引脚为仪表运放放大电路(Al)的输出端，参考引脚(REF)为仪表运放放大电路(Al)的反馈输入端。
3.根据权利要求2所述的用于电子式电流互感器谐波影响量检测的标准源，其特征在于所述放大倍数调节电路包括第一高精度电阻(R205)、调节继电器(SI)和第二高精度电阻(R105);所述第一高精度电阻(R205)连接在仪表运算放大器(U209)的两个放大倍数调节引脚之间，所述调节继电器(SI)和第二高精度电阻(R105)相串联，该串联支路与所述第一高精度电阻(R205)相并联。
4.根据权利要求3所述的用于电子式电流互感器谐波影响量检测的标准源，其特征在于所述电压跟随器(A3)包括高精度运算放大器(C202)，所述高精度运算放大器(C202)的异名端与输出端相连接，所述高精度运算放大器(C202)的输出端与仪表运算放大器(U209)的参考引脚(REF)相连接，同名输入端连接到标准源的标准电流输出端。
5.根据权利要求I至4任一项所述的用于电子式电流互感器谐波影响量检测的标准源，其特征在于所述功率放大电路(A2)包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一 NPN三极管(Ql)和第一 PNP三极管(Q2);所述第一 NPN三极管(Ql)和第一 PNP三极管(Q2)的发射极相连接，直流供电电源正极(V+)从第一 NPN三极管(Ql)的集电极接入，直流供电电源负极(V-)从第一 PNP三极管(Q2)的集电极接入，第一 NPN三极管(Ql)的基极通过第一电阻(Rl)和第二电阻(R2)连接到第一 PNP三极管(Q2)的基极，第一电阻(Rl)和第二电阻(R2)的连接点为功率放大电路(A2)的输入端，第一 NPN三极管(Ql)和第一 PNP三极管(Q2)的连接点为功率放大电路(A2)的输出端。
6.根据权利要求5所述的用于电子式电流互感器谐波影响量检测的标准源，其特征在于所述功率放大电路(A2 )还包括第二 NPN三极管(Q3 )和第二 PNP三极管(Q4);所述第二NPN三极管(Q3 )和第二 PNP三极管(Q4)的发射极分别连接到功率放大电路(A2 )的输出端，直流供电电源正极(V+)从第二 NPN三极管(Q3)的集电极接入，直流供电电源负极(V-)从第二 PNP三极管(Q4)的集电极接入，第二 NPN三极管(Q3)与第一 NPN三极管(Ql)的基极相连接，第二 PNP三极管(Q4)和第一 PNP三极管(Q2)的基极相连接。
7.一种用于电子式电流互感器谐波影响量检测的检测装置，其特征在于所述检测装置包括权利要求I至6任一项所述的标准源、用于连接待测电子式电流互感器一次侧电流输入端的一次侧正极(Sll)和一次侧负极(S12)、升流器、合并单元、电子式互感器校验仪以及用于连接待测电子式电流互感器二次侧电压输出端的二次侧检测端(S20);所述升流器连接在标准源的标准电流输出端(IOUT+)和所述一次侧正极(Sll)之间，所述电子式互感器校验仪的标准电流输入端正极(I+)与所述一次侧负极(S12)相连接，标准电流输入端负极(I-)与检测装置的共地段(GND)相连接，电子式互感器校验仪的被检输入端(Vin)通过合并单元与所述二次侧检测端(S20)相连接。
全文摘要
本发明公开了一种用于电子式电流互感器谐波影响量检测的标准源及检测装置，该标准源包括用于提供模拟电网一次侧基谐波波形的电压模拟信号的基波谐波发生器和用于提高所述电压模拟信号模拟精度的标准源输出�？椋涮峁┝烁吣Ｄ饩鹊牡缤淮尾嗟缌髂Ｄ庑藕牛痉⒚鞯募觳庾爸貌捎酶帽曜荚�、升流器、合并单元和电子式互感器校验仪，对电子式电流互感器进行谐波影响量检测，能够直接将标准源的输出信号作为谐波影响量检测的比较基准，将其与电子式电流互感器的输出信号进行比较得出电子式电流互感器的谐波影响量。本发明的检测装置能够简化对电子式电流互感器谐波影响量的检测。
文档编号G01R31/00GK102879758SQ20121035049
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者赵伟, 潘峰, 孙卫明, 张永旺, 孟金岭 申请人:广东电网公司电力科学研究院
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
