专利名称：一种互感器校验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可同时适用于多厂家电子式互感器和传统互感器检测及符 合IEC61850-9-1/2规约的校验仪。
背景技术：
由于计量用互感器的基本误差涉及到电能计量关口贸易结算的准确公正，随着智 能电网的快速发展以及电子式互感器的推广应用，电子式互感器的误差试验越来越被各方 关注。电子式互感器输出的是数字信号或者低电压模拟信号，传统互感器校验仪无法检测 这些信号。目前国内各厂家生产的电子式互感器输出虽符合IEC61850-9-1/2规约，但仍有 相关参数和报文字段存在差异，导致各厂家开发的互感器校验仪只能用于本厂的产品，适 应性差，且现有的互感器校验仪不具备自校准功能，设备的稳定性和数据可靠性较差。此外，国内常用的电子式互感器误差试验方法为采用传统互感器作为标准互感 器，电子式互感器作为被测对象，通过互感器校验仪比较数字信号和模拟信号获得被测电 子式互感器的基本误差。随着技术的发展，标准电子式互感器已经出现，目前尚没有将两数 字信号进行比对获得误差数据的测试仪器。同时，对应于输出低电压信号的电子式互感器， 目前也没有专用校验仪可以检测。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是克服以上现有技术存在的缺陷，提供一种可适 用于多厂家的电子式互感器产品和传统互感器产品检测的互感器校验仪，满足对数字信号 和模拟信号的测量要求，对互感器基本误差实现准确可靠测量的目的。为此，本实用新型采用如下技术方案一种互感器校验仪，包括机体，其特征在于 所述的机体上设有数字信号输入端和模拟交流信号输入端，机体内装有至少二个数字信号 通道和至少二个模拟信号通道，所述的模拟信号通道包括程控放大电路、自校电路、高速分 频采样保持电路和高速A/D测量电路，所述的数字信号通道包括光电信号转换模块，信号 通道之间装有同步信号发生器与接收器；所述程控放大电路的输入端与模拟交流信号输入端连接，输出端与自校电路的输 入端连接；所述高速分频采样保持电路的输入端与自校电路的输出端连接，输出端与高速 A/D测量电路的输入端连接；所述光电信号转换模块的输入端与数字信号输入端连接，光电信号转换模块的输 出端和高速A/D测量电路的输出端共同与一工控机的输入端连接，所述的工控机内装有误 差计算模块。所述的同步信号发生器与接收器通过Agilent HFBR芯片将电信号和光信号相互 转换，同步信号发生器输出同步电信号给高速分频采样保持电路和高速A/D测量电路，同 时通过光纤将同步光信号传送至被测互感器合并单元，同步信号发生器的输出端与高速分频采样保持电路、高速A/D测量电路和被测互感器合并单元的输入端连接；同步信号接收 器的输入端与外部同步信号源的输出端相连，其输出端与高速分频采样保持电路和高速A/ D测量电路的输入端连接，同步信号接收器用于接受外部的同步光信号来达到测量同步的 目的。本实用新型具有四个信号通道，可输入两路模拟信号、两路数字信号，任意两个通 道可组合使用，完成数字信号与数字信号测量、数字信号与模拟信号测量、模拟信号与模拟 信号测量功能，可适用于传统互感器和符合IEC61850-9-1/2规约的电子式互感器。上述的互感器校验仪，光电信号转换模块选用10/100M自适应多模/单模光纤收 发器，将被测互感器合并单元输出的光信号转换成电信号，然后通过网线传输给工控机。上述的互感器校验仪，自校电路采用AD7545型12位D/A芯片，此电路用于确定仪 器是否工作在正常状态，调整比差、角差的数据并观察测量结果对应的变化量，从而来判断 仪器的工作状况。上述的互感器校验仪，高速A/D测量电路采用ADS7813型16位A/D芯片，有效保 证测量的准确度。同步信号发生器与接收器用同步信号发生器发出秒脉冲或码同步信号给 电子式互感器合并单元，同时同步信号分频成4KHz信号并传送至校验仪的高速分频采样 保持电路和高速A/D测量电路，或者同步信号接收器接收到外部信号源发出的同步秒脉冲 或码来保证数字量通道和模拟量通道采集到同一时刻的信号。程控放大电路根据输入的模拟信号幅值进行不同比例的放大，以获得足够强的信 号用于后续高精度采样；自校电路对模拟信号的幅值进行等比例缩放，并进行移相，获得标 准的比差和角差，若自校电路正确反应该误差，则校验仪正常工作，反之，自校电路工作异 常提示报警，校验仪停止工作，直至误差排除后继续；校验仪自校正常后，高速分频采样保 持电路在同步信号分频后的4KHz信号的触发下对模拟信号进行采样，并将瞬时采样值保 持供后续高速A/D测量电路使用；高速A/D测量电路将模拟信号转换成数字信号，输入工控 机中进行误差数据计算，并通过工控机将结果输出。电子式互感器合并单元在获得秒脉冲或^IG B码同步信号后依据各自的采样速 率输出离散的数字信号，以IEC61850-9-1/2格式的报文输出，传输至光电信号转换模块， 通过网口通讯进入工控机，工控机完成对数据报文的解包，提取其中的数据信息，并对每1 秒的前10个周波数据进行离散傅里叶变换(DFT)，获得电子式互感器输出信号(正弦波) 的有效值和初相角；比较模拟信号和数字信号的有效值和初相角，获得被测电子式互感器 的比差和角差。工控机除了完成数据报文分析处理及误差计算外，还完成结果输出的功能，包括 标准通道和被测通道的波形绘制、误差结果输出、测试结果数据库管理、报告证书打印等。在采用电子式互感器检测电子式互感器时，本实用新型实现了数字信号对数字信 号的误差计算，或低压模拟信号(mV级)对低压模拟信号的误差计算，即标准通道和被测通 道同为数字信号输入或模拟信号输入，其工作流程和原理与传统互感器检测电子式互感器 时一致。程控放大电路的特征在于放大倍数1、2、4、8、16、32、64可控并尽可能的将放大 倍数在可测范围内达到最大。具体放大倍数选择流程为输入的模拟电压信号经过变压
4线圈后电压等比例缩小为Vin，当Vin e [3.5,10]时，放大倍数G= 1;当Vin e [1.75,3. 5) 时，放大倍数 G = 2;当 Vin e [0. 875,1.75)时，放大倍数 G = 4 ；当 Vin e [0. 4375,0. 875) 时，放大倍数 G = 8 ；当 Vin e [0.21875,0. 4375)时，放大倍数 G = 16 ；当 Vin e [0. 109375， 0.21875)时，放大倍数 G = 32;当 Vin e [0,0. 109375)时，放大倍数 G = 64。所述的高频分频采样保持电路控制频率为4KHz，在其上升沿时触发桥路，将本时 刻的信号瞬间保持，这样就可以保证测量时无采样延时。此外，本实用新型还可实现传统互感器对传统互感器的检测，即两通道都输入电 压信号(57. 7V)或电流信号(5A、1A)，可采用直接测量法获得被测互感器的基本误差。本实用新型具有以下有益效果1)准确度等级达0. 05S级，可用于0. 2S级电流互 感器和0. 2级电压互感器的误差试验；幻可适用于多厂家电子式互感器和传统互感器；3) 功能全面，可满足传统互感器、模拟低电压输出和数字量输出的电子式互感器准误差试验， 可实现模拟信号对模拟信号、数字信号对数字信号、数字信号对模拟信号的测试；4)具备 自校功能，可输出标准误差进行设备自检，保证校验仪正常工作、数据准确可靠；5)以工控 机为基础，集成设计，系统稳定性和抗干扰能力强。下面结合说明书附图和具体实施方式
对本说明作进一步的说明。

图1为本实用新型的原理框图。图2为本实用新型程控放大电路的原理框图。图3为本实用新型自校电路的原理框图。图4为本实用新型高速分频采样保持电路的原理框图。图5为本实用新型同步信号发生器与接收器的原理框图。
具体实施方式
如图1所示的互感器校验仪，机体上设有数字信号输入端和模拟交流信号输入 端，机体内装有二个数字信号通道和二个模拟信号通道，所述的模拟信号通道由程控放大 电路、自校电路、高速分频采样保持电路和高速A/D测量电路组成，所述的数字信号通道包 括光电信号转换模块。信号通道之间装有同步信号发生器与接收器，同步信号发生器与接 收器通过Agilent HFBR芯片将电信号和光信号相互转换，同步信号发生器输出同步信号电 信号分频为4KHZ信号，供给高速分频采样保持电路和高速A/D测量电路，同时同步光信号 通过光纤传送至被测互感器合并单元，同步信号接收器用于外部同步信号的接受来达到测 量同步的目的。程控放大电路的输入端与模拟交流信号输入端连接，输出端与自校电路的输入端 连接；高速分频采样保持电路的输入端与自校电路的输出端连接，输出端与高速A/D测量 电路的输入端连接。光电信号转换模块的输入端与数字信号输入端连接，光电信号转换模块的输出端 和高速A/D测量电路的输出端与工控机的输入端连接，所述的工控机内装有误差计算模 块。如图2所示，模拟交流信号输入后首先通过交流转直流电路变成直流信号，经高速A/D测量电路获得交流信号的有效值，并由此判断PGA205型程控放大电路的放大倍数， 选择最大允许放大倍数，尽可能放大模拟信号到接近测量芯片的最大量程。模拟交流信号 经过放大倍数可控电路进行放大后输出至自校电路。如图3所示，放大后的模拟信号将进入自校电路，自校电路主要由AD7545及移相 电路组成。模拟信号将分为两路，一路经过D/A电路进行幅值调理作为同相分量信号，另一 路移相90°后经D/A电路进行幅值调理作为正交分量信号，将同相分量信号和正交分量信 号叠加，并与原始信号比较，可获得设定的比差和角差，若自交结果正常，则后续信号将不 再进行调幅和移相，原始信号直接进去采样保持电路。若自校结果异常，则停止后续信号处 理，并发出错误信号提示。如图4所示，自校合格时，模拟交流信号经过程控放大电路后直接输入高速分频 采样保持电路。图中采样保持的控制信号4KHz由长沙太阳人公司生产的高精度IMHz晶振 分频出来，同时分频出来IHz的同步信号输出至电子式互感器合并单元，当触发信号为高 电平时，采样桥路保持，这一瞬间的模拟信号被保持，供后续A/D高速测量电路采样。当触 发信号为低电平时，采样桥路连通，不进行信号保持和采样。当信号保持的时候进行高速A/ D测量，A/D高速测量电路主要采用串行16位A/D转换器ADS7813。本实用新型中秒脉冲及码同步信号的发生、接收是保证相位测量准确可 靠的关键，秒脉冲同步信号的发送与接收具体实现框图如图5所示，IHz的同步激光秒脉冲 发生的原理是将IMHz高精度晶振分频成通过256分频计数器进行分频，获得4KHz的采样 保持触发信号。而4KHz的信号又经过两级分别为400分频和10分频，获得IHz的电信号，调 整该电信号的占空比，获得占空比为20%的电信号，并以此信号驱动AgilentHFBR 1414Tz 芯片发出IHz的同步激光秒脉冲。当本校验仪接受外部IHz激光秒脉冲输入时，首先通过 Agilent HFBR 1414Tz光电转换器转换成IHz的电信号，该电信号的上升沿触发256分频 计数器清零，并以此计数器将IMHz高精度晶振分频成4kHz，用于模拟信号通道的采样保持 电路触发使用，保证数字信号和模拟信号为同一时刻采样。本实用新型采用CPLD来实现接 受IHz信号的同步，当IHz上升沿来的时候，以IMHz作为时钟的计数器清零并开始计数实 现256分频。由此同步误差小于等于Iys的一个时钟，即可知相角误差在1'以内。^IG B码同步信号的发送原理为在上述IHz信号上升沿时立刻生成一个占空比为80%、周期为 IOms的矩形波，然后依次连续生成98个占空比为50%、周期为IOms的矩形波，最后再生成 一个占空比为80%、周期为IOms的矩形波，这样可以达到与本校验仪所要用到的4KHz与 IHz信号同步。IRIG_B码同步信号的接收原理为当接收的IRIG_B信号当达到第2个占空 比为80的矩形波时IHz信号立刻变为上升沿，这样就可以得到一个秒脉冲同步信号，接下 来就可以按照接收秒脉冲同步信号原理来得到同步的4KHz的信号。通过上述过程将模拟信号的若干个信号周期(每个周期80个点)测量出来，然后 根据离散傅里叶变化来求取信号的有效值和初相角。基波分量表达式为
Ojmk /—X⑷=+沙 N..................................(1)
H=ON=巧= arctan(^)，η e {0,1,2,... N_l}
权利要求1.一种互感器校验仪，包括机体，其特征在于所述的机体上设有数字信号输入端和模 拟交流信号输入端，机体内装有至少二个数字信号通道和至少二个模拟信号通道，所述的 模拟信号通道包括程控放大电路、自校电路、高速分频采样保持电路和高速A/D测量电路， 所述的数字信号通道包括光电信号转换模块，信号通道之间装有同步信号发生器与接收 器；所述程控放大电路的输入端与模拟交流信号输入端连接，输出端与自校电路的输入端 连接；所述高速分频采样保持电路的输入端与自校电路的输出端连接，输出端与高速A/D 测量电路的输入端连接；所述光电信号转换模块的输入端与数字信号输入端连接，光电信号转换模块的输出端 和高速A/D测量电路的输出端共同与一工控机的输入端连接，所述的工控机内装有误差计 算模块。
2.根据权利要求1所述的互感器校验仪，其特征在于所述的同步信号发生器与接收器 通过Agilent HFBR芯片使电信号和光信号相互转换，同步信号发生器输出同步电信号给高 速分频采样保持电路和高速A/D测量电路，同时通过光纤将同步光信号传送至被测互感器 合并单元；同步信号接收器的输入端与外部同步信号源的输出端相连，其输出端与高速分 频采样保持电路和高速A/D测量电路的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的互感器校验仪，其特征在于所述的光电信号转换模块选用 10/100M自适应多模/单模光纤收发器，将被测互感器合并单元输出的光信号转换成电信 号，然后通过网线传输给工控机。
4.根据权利要求1所述的互感器校验仪，其特征在于所述的自校电路采用AD7545型 12位D/A芯片。
5.根据权利要求1所述的互感器校验仪，其特征在于所述的高速A/D测量电路采用 ADS7813 型 16 位 A/D 芯片。
专利摘要目前尚没有将两数字信号进行比对获得误差数据的测试仪器；同时，对应于输出低电压信号的电子式互感器，目前也没有专用校验仪可以检测。本实用新型公开了一种可同时适用于多厂家电子式互感器和传统互感器检测的校验仪，其特征在于所述的机体上设有数字信号输入端和模拟交流信号输入端，机体内装有至少二个数字信号通道和至少二个模拟信号通道，所述的模拟信号通道包括程控放大电路、自校电路、高速分频采样保持电路和高速A/D测量电路，所述的数字信号通道包括光电信号转换模块，信号通道之间装有同步信号发生器与接收器。本实用新型可满足传统互感器、模拟低电压输出和数字量输出的电子式互感器准误差试验。
文档编号G01R35/02GK201876538SQ20102062203
公开日2011年6月22日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者周永佳, 朱重冶, 李航康, 白卫平, 许灵洁 申请人:宁波三维电测设备有限公司, 浙江省电力试验研究院