[实用新型]一种电压电流微分信号在线测量装置

说明书

技术领域

本实用新型一种电压电流微分信号在线测量装置，用于测量电力系统中电压电流的一次微分信号。

背景技术

目前的电力系统中测量与保护装置的前端主要是互感器，用以测量电压电流信号，供给继保或者测量系统使用。作为得到逐步推广的电子式互感器，基于空心线圈的电子式电流互感器(ECT)和基于电容电流型原理的电子式电压互感器(EVT)传感头输出的信号为一次侧被测信号的微分值，为还原出被测电压电流信号，电子式互感器中普遍加入了积分环节，由此带来一定的时间延迟和相位偏移，并且会降低频响带宽和增加高压侧功耗。另外，无论是模拟积分还是数字积分，当前都存在着一定的缺陷。对于模拟积分技术，传统的模拟器件与理论值存在误差，运放的漂移、电容的泄露与损耗、时漂、温漂等问题都会影响着最后的精度，对模拟器件的研究是无法从根本上克服这些问题的。对于数字积分技术，当前的缺陷是高频响应较差，因此多用于工频信号短时测量。

空心线圈和电容传感器的输出均为微分信号，如果不加积分环节，直接利用其微分输出进行测控和保护，则可以在很大程度上提高测量精度和继电保护的准确性。目前有部分学者进行了相关方向的研究：其中，中国专利CN201210049142.8提出《一种基于微分信号的改进型R-L模型距离保护算法》，利用电压电流的一次微分值与电流的二次微分值即可实现精准的故障测距与距离保护功能。类似的微分信号用途也逐渐被广泛研究，如徐岩、王增平等人所提出的基于变压器电压电流微分波形特性的变压器保护，用作高压直流输电新路主保护的微分欠压保护依靠检测电压、电流微分值和电压幅值水平实现保护。对于基于微分方程的阻抗算法来说，直接获得微分信号可以省去重复迭代或者积分求解，既可以节省时间也可以提高测量精度，增加继保装置的灵敏性与准确性。

虽然对于微分信号的研究在逐步推广，但目前在工程中所需的微分信号du/dt，通常采用差值做商的原理，利用电压采样值做差，再与采样间隔时间做商，虽然可以通过降低采样间隔增加采样点数提高测量精度，但这种(u1-u2)/(t1-t2)的方式显然没有电子式互感器传感头输出的微分信号准确，精确度也受制于采样时间间隔，所以当前急需一种电压电流微分信号高精度在线测量装置。

发明内容

针对目前电压电流微分信号测量中存在的问题，包括缺乏一种可直接获取微分信号的高精度测量系统、采用差值做商法准确度较差、差值做商精度受采样时间间隔限制、用于保护算法的信号在测量中经过了积分环节存在误差等问题。本实用新型提供了一种电压电流微分信号在线测量装置，该装置测量后输出电路中的电压电流的一次微分信号，供给PC机进行故障测距或者求解过渡电阻，以进行保护动作，比传统的差值做商求微分的方法的准确度要高，也无需考虑积分环节带来的误差。所提供的微分信号可以有效的简化一些使用微分方程的故障测距或者距离保护算法，提高了继保装置的灵敏性与准确性；相比测量电压电流信号的电子式互感器结构要简单。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种电压电流微分信号在线测量装置，包括空心线圈、电压传感器，所述空心线圈通过低通滤波电路连接A/D转换器，空心线圈采集信号后输出母线电流的一次微分信号，该一次微分信号经过低通滤波电路消除高频干扰后，输送至A/D转换器。

所述电压传感器通过低通滤波电路连接A/D转换器，电压传感器采集信号后输出母线电压的一次微分信号，该一次微分信号经过低通滤波电路消除高频干扰后，输送至A/D转换器。A/D转换器连接温度传感器。所述A/D转换器连接微处理器，微处理器连接合并单元，合并单元连接PC机。

A/D转换器用于把模拟信号转为数字信号，经过光纤送至微处理器中，微处理器用于调整信号大小，根据温度传感器进行误差补偿，最后送至合并单元，由合并单元送至PC机使用。

所述微处理器由合并单元控制，微处理器连接一根同步光纤，用于接收同步信号；微处理器连接一根数据光纤，用于送出采集到的电压电流微分信号；微处理器连接一根电缆，由合并单元提供工作电源。

所述空心线圈为Rogowski线圈，具有测量范围宽，频率带宽高，体积小等优点。

所述电压传感器等效电路为：电容C₁串联电阻R接地，电阻R的阻值大小相对于电容C₁可以忽略，设母线L中的电压为u(t)，则电容C₁中流过的电流相当于电压u(t)的一次微分信号。

所述低通滤波电路的带宽设计为400Hz，在输入信号上叠加了直流电平，在滤波网络前加衰减网络，增加了A/D转换器的输入范围。