《电子技术应用》

PT二次回路压降无线检测同步法研究与实现

2017年电子技术应用第5期 作者:陈国强1,朱重冶2
2017/6/23 10:11:00

陈国强1,朱重冶2

(1.杭州职业技术学院,浙江 杭州310018;2.宁波三维电测设备有限公司,浙江 宁波315032)


    摘  要: 提出了可以用于PT二次回路压降无线检测的电流同步法,弥补了基于GPS同步的测试仪的不足。利用二次回路中的电流取样信号的过零点信号作为同步源信号,主从机之间通过握手实现测试启动同步;整周期的多点采集的同步通过测试步长修正法实现。试验样机的性能测试能够满足相关国标的要求,新型测试仪器将会在行业中推广使用。

    关键词: 同步法;无线检测;二次回路压降;电压互感器

    中图分类号: TM933.2

    文献标识码: A

    DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.05.032


    中文引用格式: 陈国强,朱重冶. PT二次回路压降无线检测同步法研究与实现[J].电子技术应用,2017,43(5):131-133.

    英文引用格式: Chen Guoqiang,Zhu Chongye. Research and implementation of synchronization method on PT secondary loop voltage drop[J].Application of Electronic Technique,2017,43(5):131-133.

0 引言

    在电力系统中一般通过电压互感器(Potential Transformer,PT)来进行电能计量。在PT二次回路中通常接有电能表、继电器、变送器、补偿器等负载,中间可能还有多种触点(隔离刀闸、空气开关等)、熔断丝以及连接回路的线缆,当回路电流流过这些环节时,都会产生一定的压降,此即为PT的二次回路压降。由于二次回路压降的存在,使得电能表接线端的电压不等于电压互感器二次输出端的电压,因此产生了由二次回路压降引起的电能计量误差。这一误差比起PT及电能表本身引起的误差,在电能计量的综合误差中可能占有更大的比例。为了保证供电部门和用户的利益,必须对PT的二次回路压降定期进行准确测试和校验。在“电能计量装置技术管理规程DL448-2000”中对PT二次回路压降有明确的规定。对于Ⅰ、Ⅱ类计费电能计量装置,PT的二次压降不大于额定二次电压的0.2%,其他计量装置不应大于额定二次电压的0.5%。该误差是指总合成误差,包括了比差和角差,因此二次回路压降测试仪器必须同时测量电压的大小和相位,然后通过向量运算得出误差值[1]

    PT二次压降的测试方法有有线测试法和无线测试法二种[1-2]。有线测试法是传统的基本方法,它是把PT侧电压及电能表侧电压同时通过导线引入PT二次压降测试仪,用测差法测出回路的压降误差。它的最大缺点就是在测试时要临时铺设测试线缆,不仅劳动强度大,并且是带电操作,有安全隐患。为了克服有线法的不足,提出了无线测试新方法,避免架设线缆的麻烦,如图1所示。无线测试仪包含两台测试装置(主机和从机),它是在PT二次端及电能表端分别测量出各自的电压的大小及相位,测试命令和数据通过无线通信方式传送,然后主机通过数值处理得出回路的压降。无线法是发展新方向,其关键技术是主从机的采集性能的一致性,即独立测量的高精度和同步[1-2]。该文重点研究同步问题。

jsj2-t1.gif

1 同步技术

    在分布式系统中,各独立单元(装置)之间的同步协调是关键技术之一。通常采用同步信号的方式来实现同步,同步信号可以采取多种多样的形式[3-5]。同步信号可以从系统内部提供,也可以采用外部参照信号(例如全球定位系统(Global Positioning System,GPS)信号)。基于GPS同步技术的PT二次压降的无线测试装置已经比较成熟[6],但GPS同步信号具有相当大的局限性。例如在地下室或某些地形限制的变电站里无法得到正常的GPS同步信号,也就无法实现主从机的同步。以下主要介绍基于局域信号同步的电流信号同步方式。

    基于电流同步方式以单相回路来说明,实施的方案如图2所示。在回路的PT侧ab和表计侧a′b′各设置一个电流取样头CT和CT′,把二次回路电流转换成相应的电压V和V′。然后将V和V′分别做适当放大,利用过零比较器对其进行过“0”检测,产生的过“0”信号即可作为二侧测试系统的同步源信号。

jsj2-t2.gif

1.1 测试启动的同步

    为了保证PT侧和表计侧把同一个电流周期的过“0”信号作为同步信号,在主从测试装置均作好准备后,先让从机处于等待命令状态。在主机得到电流过“0”信号后,向副机通过电力线载波发出准备测试命令,这联络时间远小于电流的周期,至此主从机都处于准备启动测试状态。在下一个电流过“0”信号到来时,主从机同时开始测试,实现了启动测试的同步。

1.2 整电流周期测试的同步

    由于电网的频率不是固定的,而是在一定范围内相对缓慢地变化的,所以要保证整电流周期的同步采集数据,还必须完成处理器对频率的测试和测试时间步长的自动修正。频率的测量只要利用处理系统的高频脉冲和计数器结合电流过“0”信号很容实现高精度的测量,关键是步长的修正或采集点数量的修正。这里主要介绍步长的修正。

    测出的电流周期T是高速脉冲数,所以在固定采样点数为N时,采样步长L应为T/N,也是高速脉冲数。但它一般不是整数,而控制采样必须是整数,因此有离散化的要求。如果将其作四舍五入的简单处理,步长可能产生±0.5个脉冲周期的误差,整个电流周期可能产生±0.5N个脉冲误差,无法满足测量准确度的要求,需要适当的方法进行修正,合理处理计算出步长的小数部分。由于处理器功能强大,修正的方式也有很多,比较有效的方法是把计算所得的步长的整数部分作为基本步长,然后随着采样的进行对小数部分做积分,用积分值的取整值0或1来对下一步长进行进行修正,就可以达到理想的不超过1个脉冲周期采集定时效果。

    通过采集启动的同步和采集步长的修正,可以实现主从机对整周期的同步采集。这里,处理器的定时计数器采用上升沿触发方式效果最佳。

2 基于电流同步的PT二次压降无线测试系统

    采用以上介绍的同步技术的基于电流同步且整周期多点采样的PT二次压降无线测试系统组成框图如图3所示[7]。在实用上,由于GPS的同步性能优异,在测试过程中如果有GPS的场合优选基于GPS的方式[6]。把两者组合成一体的PT二次压降无线测试系统结构,如图4所示。相应的软件架构如图5所示。

jsj2-t3.gif

jsj2-t4.gif

jsj2-t5.gif

3 结束语

    本文将多年相关浙江电力公司科技攻关项目中的基于电流同步关键技术进行了总结。基于提供方案的新型PT二次回路压降测试仪样机的性能指标能够满足国标的要求[7],由于使用的方便性,将易于在行业内迅速推广。其中的同步源信号产生、整周期多点同步采集方法,对类似的分布式系统设计、开发有参考价值。

参考文献

[1] 罗志坤.电能计量在线监测与远程校准系统研制[D].长沙:湖南大学,2011.

[2] 石娜,金心宇.基于分布式同步授时技术的二次压降检测设计[J].仪表技术与传感器,2008(10):88-90.

[3] SINGH K M,SUMATHI P. Synchronization technique for Doppler signal extraction in ultrasonic vibration measurement systems[J].IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement,2015,64(12):3162-3172.

[4] LAMONACA F,GRIMALDI D,MORELLO R.Dynamic scheduling of trigger command for sub-microsecond alignment accuracy in distributed measurement system[J].IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement,2014,63(7):1795-1803.

[5] AMINIFAR F,SHAHIDEHPOUR M,FOTUHI-FIRUZABAD M,et al.Power system dynamic state estimation with synchronized phasor measurements[J].IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement,2014,63(2):352-363.

[6] 肖大雏,徐征.基于GPS的电压向量测量的新方法及其应用[J].电子技术应用,2004,30(3):19-21.

[7] 张旭,兀学广.基于STM32电力数据采集系统设计[J].电子测量技术,2010,33(11):90-93.

继续阅读>>