基于OMAP-L138的電子式互感器校驗(yàn)儀設(shè)計(jì)

電子式互感器替代電磁式互感器是電力系統(tǒng)的發(fā)展方向，但是由于電子式互感器結(jié)構(gòu)的特殊性，難以應(yīng)用電磁式互感器校驗(yàn)裝置進(jìn)行校驗(yàn)，因此電子式互感器校驗(yàn)方法及其裝置的研究一直是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，如何準(zhǔn)確地檢驗(yàn)電子式互感器對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、計(jì)量和控制具有重要意義。

電子式互感器分為電壓互感器和電流互感器兩種，對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)仍然由電磁式互感器獲得。待測(cè)信號(hào)則針對(duì)不同情況分為兩類：

模擬信號(hào)輸出：對(duì)電壓互感器而言，輸出范圍在1.625-6.5V之間，對(duì)電流互感器而言，其輸出范圍在22.5-4000mV之間;

數(shù)字信號(hào)輸出：是模擬信號(hào)的等距抽樣序列。對(duì)應(yīng)這兩種情況，電子式互感器的比差均可按照電磁式互感器的比差定義來(lái)進(jìn)行計(jì)算，但是相差則依據(jù)情況的不同而有所變化，這源于數(shù)字信號(hào)輸出時(shí)數(shù)據(jù)處理和傳輸時(shí)間帶來(lái)的延遲。因此，數(shù)字信號(hào)輸出時(shí)的相位誤差應(yīng)當(dāng)在測(cè)得的相位差中減去額定相位偏移和額定延時(shí)時(shí)間構(gòu)成的相位移。

對(duì)模擬信號(hào)輸出的電子式互感器，由于其輸出為弱電信號(hào)，不具備驅(qū)動(dòng)能力，因此難以用現(xiàn)有的電磁式互感器校驗(yàn)裝置進(jìn)行校驗(yàn)，必須考慮將其和標(biāo)準(zhǔn)電磁式互感器的模擬輸出信號(hào)均進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后利用計(jì)算機(jī)或微處理器進(jìn)行分析處理。 而對(duì)數(shù)字信號(hào)輸出的電子式互感器，由于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)為模擬信號(hào)，也應(yīng)將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后再進(jìn)行處理。

目前常用的方法是數(shù)字校驗(yàn)方法，其借助數(shù)據(jù)采集裝置將標(biāo)準(zhǔn)電磁式互感器和待測(cè)電子式互感器輸出信號(hào)讀入計(jì)算機(jī)，通過軟件分析計(jì)算得出電子式互感器的精度等級(jí)。該方法可進(jìn)一步細(xì)分為直接法和差值法兩種，前者除得到精度結(jié)果之外，還可以得到諧波、電子式互感器輸出幅度及相位等附加信息，但其對(duì)采集裝置的要求很高;后者對(duì)采集裝置的要求不高，但要求電子式互感器輸出和標(biāo)準(zhǔn)電磁式互感器輸出須嚴(yán)格相等。除硬件方面的要求之外，兩者在對(duì)信號(hào)的分析處理方面異曲同工，多采用傅里葉變換的方法求取各路采集信號(hào)的基波分量。目前，基于數(shù)字校驗(yàn)方法的校驗(yàn)裝置多基于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，為了消除電網(wǎng)頻率波動(dòng)對(duì)校驗(yàn)結(jié)果的影響，又都采用基于高數(shù)據(jù)采集率的校驗(yàn)方法，這些都不利于校驗(yàn)過程的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，也難以利用嵌入式微處理器構(gòu)建便攜式智能化校驗(yàn)裝置。

本文描述電子式互感器校驗(yàn)儀系統(tǒng)，基于德州儀器OMAP-L138雙核芯片;系統(tǒng)包含2路二次電壓測(cè)量;2路二次電流測(cè)量;1路模擬小信號(hào)測(cè)量;2路(61850)光纖通道;2路RJ45網(wǎng)絡(luò)接口;1路(FT3)光纖通道;電同步信號(hào)輸入/輸出接口;光同步信號(hào)輸入/輸出接口;1路 USB2.0，10/100M以太網(wǎng);1路RS232;基于有限次迭代與最小二乘法的組合測(cè)量原理實(shí)現(xiàn)了頻率的快速準(zhǔn)確測(cè)量，隨后結(jié)合準(zhǔn)同步算法的基本原理進(jìn)行信號(hào)基波分量的提取，兩者的結(jié)合有效解決了因電網(wǎng)頻率波動(dòng)而導(dǎo)致的非同步采樣對(duì)校驗(yàn)結(jié)果的影響問題。

圖 1電子式互感器校驗(yàn)裝置系統(tǒng)硬件框圖

圖1給出了電子式互感器校驗(yàn)儀系統(tǒng)原理框圖，待校驗(yàn)的ECT有模擬和數(shù)字2種輸出，其中模擬輸出是采集的數(shù)字信號(hào)D/A變換后的輸出。依據(jù)IEC60044-7/8 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電子式互感器輸出的數(shù)字量和模擬量均需校驗(yàn);

電子式互感器校驗(yàn)儀的基本原理：首先將被測(cè)電子式電流互感器的高壓端和標(biāo)準(zhǔn)電磁式電流互感器的高壓端串聯(lián)接到高壓側(cè)(對(duì)電子式電壓互感器的校驗(yàn)采用的是并聯(lián)方式)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)電磁式互感器輸出的信號(hào)，先經(jīng)過切換電路選擇電壓/電流互感器的處理電路，通過二階壓控低通濾波電路進(jìn)行濾波，然后經(jīng)過采樣/保持電路進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換電路，使模擬信號(hào)數(shù)字化;被測(cè)電子式互感器的數(shù)字信號(hào)，由以太網(wǎng)接口按照電子式互感器標(biāo)準(zhǔn)接口的傳輸協(xié)議對(duì)其接收。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和被測(cè)信號(hào)在微處理器中進(jìn)行比較，按照電子式互感器的數(shù)字輸出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的誤差定義計(jì)算出比差、相位差，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子式互感器的校驗(yàn)工作。