一种测差型电压互感器的误差校验装置及方法与流程

1.本发明涉及电压互感器校验技术领域，并且更具体地，涉及一种测差型电压互感器的误差校验装置及方法。


背景技术：

2.电压互感器误差校验技术是电压比例标准量值溯源技术中重要的组成部分。测量系统中的核心设备是互感器校验仪，电工式校验仪测量准确度高，但是由于其原理限值，必须人工开展测量。数字式校验仪可以实现自动误差测量，但测量准确度较低，无法准确的开展高精度电压互感器误差的测试。


技术实现要素：

3.本发明提出一种测差型电压互感器的误差校验装置及方法，以解决如何准确地对电压互感器的误差进行校验的问题。
4.为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种测差型电压互感器的误差校验装置，所述装置包括：
5.电压源模块，与标准电压互感器第一次侧和被测电压互感器的一次侧相连接，用于输出电压信号至标准电压互感器和被测电压互感器；
6.取差压模块，与所述标准电压互感器的二次侧、被测电压互感器的二次侧和采集模块相连接，用于根据所述标准电压互感器的二次电压信号和被测电压互感器的二次电压信号确定差压信号，并将所述差压信号输入至所述采集模块；
7.采集模块，与所述标准电压互感器的二次侧和上位机相连接，用于采集所述差压信号和标准电压互感器的二次电压信号，并发送至上位机；
8.上位机，用于根据采集的差压信号和标准电压互感器的二次电压信号确定所述被测电压互感器的误差。
9.优选地，其中所述电压源模块，包括：依次连接的信号发生器、功率放大器和升压器；其中，
10.信号发生器生成低压信号，经功率放大器和升压器完成升压，以输出所述电压信号。
11.优选地，其中所述取差压模块，包括：依次连接的电阻取差压单元、信号放大单元和信号调理单元；其中，
12.所述电阻取差压单元，用于根据所述标准电压互感器的二次电压信号和被测电压互感器的二次电压信号输出差压初始信号至信号放大单元；
13.所述信号放大单元，用于对所述差压初始信号进行放大处理，以获取差压放大信号；
14.所述信号调理单元，用于将所述差压放大信号转换为电流信号，再将所述电流信号转化为所述差压信号输出。
15.优选地，其中所述装置还包括：
16.磁屏蔽设备；其中，所述电压源模块和取差压模块置于所述磁屏蔽设备中，以实现所述电压源模块和取差压模块的磁屏蔽。
17.优选地，其中所述取差压模块的电路结构包括：标准电压互感器的二次电压端口un和第一电阻r1的一端相连接，第一电阻r1的另一端分别与第二电阻r2的一端和放大器a1的反相输入端相连接，第二电阻r2的另一端与第三电阻r3的一端相连接，第三电阻r3的另一端分别与被测电压互感器的二次电压端口ux和第一放大器a1的同相输入端相连接，并接至模拟地电位，第一放大器a1的输出端与电流互感器ct的一次侧线圈t1的一端相连接，t1的另一端与第四电阻r4的一端相连接，第四电阻r4的另一端与模拟地电位相连接，电流互感器ct的二次侧线圈t2的一端分别与电阻r5的一端和第二放大器a2的反相输入端相连接，t2的另一端与电子增益补偿单元g的输入端相连接；g的输出端与电流互感器ct的二次侧线圈t3的一端相连接，t3的另一端与第二放大器a2的同相输入端相连接并接地,第二放大器a2的输入端分别与电阻r5的另一端和差压信号输出端子uout相连接。
18.根据本发明的另一个方面，提供了一种测差型电压互感器的误差校验方法，所述方法包括：
19.电压源模块输出电压信号至标准电压互感器和被测电压互感器；
20.取差压模块根据所述标准电压互感器的二次电压信号和被测电压互感器的二次电压信号确定差压信号，并将所述差压信号输入至所述采集模块；
21.采集模块采集所述差压信号和标准电压互感器的二次电压信号，并发送至上位机；
22.上位机根据采集的差压信号和标准电压互感器的二次电压信号确定所述被测电压互感器的误差。
23.优选地，其中所述电压源模块输出电压信号，包括：
24.利用信号发生器生成低压信号，并经功率放大器和升压器完成升压，以输出所述电压信号。
25.优选地，其中所述取差压模块取差压模块根据所述标准电压互感器和被测电压互感器的二次电压信号确定差压信号，包括：
26.利用电阻取差压单元根据所述标准电压互感器的二次电压信号和被测电压互感器的二次电压信号输出差压初始信号至信号放大单元；
27.利用信号放大单元对所述差压初始信号进行放大处理，以获取差压放大信号；
28.利用信号调理单元将所述差压放大信号转换为电流信号，再将所述电流信号转化为所述差压信号输出。
29.优选地，其中所述方法还包括：
30.利用磁屏蔽设备对所述电压源模块和取差压模块进行磁屏蔽；其中，所述电压源模块和取差压模块置于所述磁屏蔽设备中。
31.优选地，其中所述取差压模块的电路结构包括：标准电压互感器的二次电压端口un和第一电阻r1的一端相连接，第一电阻r1的另一端分别与第二电阻r2的一端和放大器a1的反相输入端相连接，第二电阻r2的另一端与第三电阻r3的一端相连接，第三电阻r3的另一端分别与被测电压互感器的二次电压端口ux和第一放大器a1的同相输入端相连接，并接
至模拟地电位，第一放大器a1的输出端与电流互感器ct的一次侧线圈t1的一端相连接，t1的另一端与第四电阻r4的一端相连接，第四电阻r4的另一端与模拟地电位相连接，电流互感器ct的二次侧线圈t2的一端分别与电阻r5的一端和第二放大器a2的反相输入端相连接，t2的另一端与电子增益补偿单元g的输入端相连接；g的输出端与电流互感器ct的二次侧线圈t3的一端相连接，t3的另一端与第二放大器a2的同相输入端相连接并接地,第二放大器a2的输入端分别与电阻r5的另一端和差压信号输出端子uout相连接。
32.本发明提供了一种测差型电压互感器的误差校验装置及方法，为了满足自动化精密误差测量的需要，将标准电压互感器和被测电压互感器之间的电压差值通过精密的取差压模块得到差压信号，并通过采集模块提供给上位机进行电压互感器误差的自动计算，能够实现自动测量的同时保证50hz
‑
2500hz范围内误差校验精度在1ppm以内，满足了自动测量的同时提高了数字化误差测量的精度。
附图说明
33.通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
34.图1为根据本发明实施方式的测差型电压互感器的误差校验装置100的结构示意图；
35.图2为根据本发明实施方式的宽频带测差型电压互感器的误差校验装置的原理图；
36.图3为根据本发明实施方式的精密差压测量原理的示意图；
37.图4为根据本发明实施方式的测差型电压互感器的误差校验方法400的流程。
具体实施方式
38.现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
39.除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
40.图1为根据本发明实施方式的测差型电压互感器的误差校验装置100的结构示意图。如图1所示，本发明实施方式提供的测差型电压互感器的误差校验装置，为了满足自动化精密误差测量的需要，将标准电压互感器和被测电压互感器之间的电压差值通过精密的取差压模块得到差压信号，并通过采集模块提供给上位机进行电压互感器误差的自动计算，在满足自动测量的同时提高了数字化误差测量的精度。本发明实施方式提供的测差型电压互感器的误差校验装置100，包括：电压源模块101、取差压模块102、采集模块103和上位机104。
41.优选地，所述电压源模块101，与标准电压互感器第一次侧和被测电压互感器的一次侧相连接，用于输出电压信号至标准电压互感器和被测电压互感器。
42.优选地，其中所述电压源模块101，包括：依次连接的信号发生器、功率放大器和升压器；其中，
43.信号发生器生成低压信号，经功率放大器和升压器完成升压，以输出所述电压信号。
44.结合图2所示，本发明实施方式的测差型电压互感器的误差校验装置包括：精密的电压源模块、精密的标准电压互感器、取差压模块、采集模块和上位机。其中，精密的电压源模块包括：信号发生器、功率放大器和升压器，信号发生器生成低压信号，经过功率放大器和升压器完成升压，输出低压信号至标准电压互感器和被侧电压互感器。
45.由于微弱信号检测装置对信号的稳定性有一定要求，因此在进行误差校验时，必须使用幅值和频率稳定性较高的精密电源，同时具有频率连续可调功能，才能保证测量信号的稳定性。可选用大功率功率放大器电源，或者高性能的开关电源。
46.优选地，所述取差压模块102，与所述标准电压互感器的二次侧、被测电压互感器的二次侧和采集模块相连接，用于根据所述标准电压互感器的二次电压信号和被测电压互感器的二次电压信号确定差压信号，并将所述差压信号输入至所述采集模块。
47.优选地，其中所述取差压模块，包括：依次连接的电阻取差压单元、信号放大单元和信号调理单元；其中，
48.所述电阻取差压单元，用于根据所述标准电压互感器的二次电压信号和被测电压互感器的二次电压信号输出差压初始信号至信号放大单元；
49.所述信号放大单元，用于对所述差压初始信号进行放大处理，以获取差压放大信号；
50.所述信号调理单元，用于将所述差压放大信号转换为电流信号，再将所述电流信号转化为所述差压信号输出。
51.优选地，其中所述取差压模块的电路结构包括：标准电压互感器的二次电压端口un和第一电阻r1的一端相连接，第一电阻r1的另一端分别与第二电阻r2的一端和放大器a1的反相输入端相连接，第二电阻r2的另一端与第三电阻r3的一端相连接，第三电阻r3的另一端分别与被测电压互感器的二次电压端口ux和第一放大器a1的同相输入端相连接，并接至模拟地电位，第一放大器a1的输出端与电流互感器ct的一次侧线圈t1的一端相连接，t1的另一端与第四电阻r4的一端相连接，第四电阻r4的另一端与模拟地电位相连接，电流互感器ct的二次侧线圈t2的一端分别与电阻r5的一端和第二放大器a2的反相输入端相连接，t2的另一端与电子增益补偿单元g的输入端相连接；g的输出端与电流互感器ct的二次侧线圈t3的一端相连接，t3的另一端与第二放大器a2的同相输入端相连接并接地,第二放大器a2的输入端分别与电阻r5的另一端和差压信号输出端子uout相连接。
52.结合图2所示，在本发明中，取差压模块，包括：电阻取差压单元、信号放大单元和信号调理单元。电阻取差压单元能够根据所述标准电压互感器的二次电压信号和被测电压互感器的二次电压信号输出差压初始信号至信号放大单元，信号放大单元对所述差压初始信号进行放大处理，以获取差压放大信号，并输出至信号调理单元，信号调理单元再将所述差压放大信号转换为电流信号，再将所述电流信号转化为所述差压信号输出至数据采集模块。另一方面，标准电压互感器的二次侧还连接有一个电流互感器，电流互感器连接至采集模块。采集模块能够同时采集所述差压信号和标准电压互感器的二次电压信号。
53.其中，由于第一部分测量得到的信号的低电位为被测电压互感器的二次输出，即差压信号为差分信号，而后端测量单元仅能测量单端对地的信号，因此需要对输入的差压信号进行隔离转换，然而采用电压互感器进行隔离会导致信号出现非线性的特征，为了使获得的差压信号有更好的线性度，该部分采用电流互感器作为主要隔离单元，并通过设计电子补偿单元降低其电压装换为电流的误差，提高线性度；然后在第三部分通过有源采样电路实现电流互感器二次输出的电流信号精密转换为电压信号，输入到后续采集卡中，这个转换的过程既保证了信号的线性度又实现了隔离，保证了测量计算的精度。
54.本发明的取差压模块采用无感电阻性取差方式，能够避免传统取差电路中由于寄生电感或电容引入较大的采样误差。
55.另外，在进行信号放大单元前设置有信号检测单元。一般进行检测时，测量得到的微差信号一般在微伏量级，同时加上测量环境中的噪音、干扰，仅仅通过数字采集的方式进行误差的测量难度是相当大的。因此，在本发明中，必须使用高性能的微弱信号检测模块，准确的从噪音信号中检测出目标信号，同时实现对其幅值和相对相位的测量，进而得到误差信号的正交分量和同相分量。
56.如图3所示，本发明的取差压模块的电路结构包括：标准电压互感器的二次电压端口un和第一电阻r1的一端相连接，第一电阻r1的另一端分别与第二电阻r2的一端和放大器a1的反相输入端相连接，第二电阻r2的另一端与第三电阻r3的一端相连接，第三电阻r3的另一端分别与被测电压互感器的二次电压端口ux和第一放大器a1的同相输入端相连接，并接至模拟地电位，第一放大器a1的输出端与电流互感器ct的一次侧线圈t1的一端相连接，t1的另一端与第四电阻r4的一端相连接，第四电阻r4的另一端与模拟地电位相连接，电流互感器ct的二次侧线圈t2的一端分别与电阻r5的一端和第二放大器a2的反相输入端相连接，t2的另一端与电子增益补偿单元g的输入端相连接；g的输出端与电流互感器ct的二次侧线圈t3的一端相连接，t3的另一端与第二放大器a2的同相输入端相连接并接地,第二放大器a2的输入端分别与电阻r5的另一端和差压信号输出端子uout相连接。其中，电阻的阻值较小，可以为2m欧姆0.01％的电阻。信号放大单元的型号可以根据需求设定，例如，为精密运算放大器opa2209。
57.优选地，所述采集模块103，与所述标准电压互感器的二次侧和上位机相连接，用于采集所述差压信号和标准电压互感器的二次电压信号，并发送至上位机。
58.结合图2所示，在本发明中采集模块通过多盘感应分压器获取标准电压互感器的二次电压信号。采集模块在采集信号时，由于不同通道的采样会由于通道的增益差异引入误差，因此本发明采用双通道切换的方式进行信号采集，避免的通道的差异。其中，双通道切换的方式为：在第一个采集周期内，利用第一通道采集差压信号，利用第二通道采集标准电压互感器的二次侧电压信号；然后，在第二个采集周期内，利用第一通道采集标准电压互感器的二次侧电压信号，利用第二通道采集差压信号，一个周期更新一次采集顺序。最后，将两个通道采集的数据进行整合，用于误差的计算。
59.优选地，所述上位机104，用于根据采集的差压信号和标准电压互感器的二次电压信号确定所述被测电压互感器的误差。
60.在本发明中，上位机为内置基于labview的宽频带电压互感器校验系统的校验仪，所述校验仪主要由硬件设置模块、数据采集模块、数据处理模块、傅里叶分析算法模块、计
算和显示模块以及数据保存和输出模块组成，每个模块都采用图形化的编程语言实现，能达到对数据流的处理和掌控，实现宽频带下电压互感器误差校验的全自动化处理，保证了数据的处理精度和处理的时效性。
61.本发明在上位机上经过软件算法的处理和运算得出被试互感器的误差值。如要实现宽频带的误差测量，只需要将信号发生器的输出电压信号频率修改成测量的频率，软件算法就会自动识别幅值最大的频率，并进行计算和显示，能够实现自动测量的同时保证50hz
‑
2500hz范围内误差校验精度在1ppm以内。
62.优选地，其中所述装置还包括：
63.磁屏蔽设备；其中，所述电压源模块和取差压模块置于所述磁屏蔽设备中，以实现所述电压源模块和取差压模块的磁屏蔽。
64.由于误差信号较小，因此误差校验装置的测试线必须使用具有良好等电位屏蔽的测试线，同时取差压装置和校准信号注入装置尽量采取磁屏蔽措施，如使用高磁导率的金属盒等。
65.本发明的宽频带测差型电压互感器的误差校验装置，提高了测量差压的精度，配合数字化校验仪一起解决了直采式误差测量精度低的问题，提高了测差式误差校验的精度。
66.图4为根据本发明实施方式的测差型电压互感器的误差校验方法400的流程。如图4所示，本发明实施方式提供的测差型电压互感器的误差校验方法400，从在401处开始，在步骤401，电压源模块输出电压信号至标准电压互感器和被测电压互感器。
67.优选地，其中所述电压源模块输出电压信号，包括：
68.利用信号发生器生成低压信号，并经功率放大器和升压器完成升压，以输出所述电压信号。
69.在步骤402，取差压模块根据所述标准电压互感器的二次电压信号和被测电压互感器的二次电压信号确定差压信号，并将所述差压信号输入至所述采集模块。
70.优选地，其中所述取差压模块取差压模块根据所述标准电压互感器和被测电压互感器的二次电压信号确定差压信号，包括：
71.利用电阻取差压单元根据所述标准电压互感器的二次电压信号和被测电压互感器的二次电压信号输出差压初始信号至信号放大单元；
72.利用信号放大单元对所述差压初始信号进行放大处理，以获取差压放大信号；
73.利用信号调理单元将所述差压放大信号转换为电流信号，再将所述电流信号转化为所述差压信号输出。
74.优选地，其中所述取差压模块的电路结构包括：标准电压互感器的二次电压端口un和第一电阻r1的一端相连接，第一电阻r1的另一端分别与第二电阻r2的一端和放大器a1的反相输入端相连接，第二电阻r2的另一端与第三电阻r3的一端相连接，第三电阻r3的另一端分别与被测电压互感器的二次电压端口ux和第一放大器a1的同相输入端相连接，并接至模拟地电位，第一放大器a1的输出端与电流互感器ct的一次侧线圈t1的一端相连接，t1的另一端与第四电阻r4的一端相连接，第四电阻r4的另一端与模拟地电位相连接，电流互感器ct的二次侧线圈t2的一端分别与电阻r5的一端和第二放大器a2的反相输入端相连接，t2的另一端与电子增益补偿单元g的输入端相连接；g的输出端与电流互感器ct的二次侧线
圈t3的一端相连接，t3的另一端与第二放大器a2的同相输入端相连接并接地,第二放大器a2的输入端分别与电阻r5的另一端和差压信号输出端子uout相连接。
75.在步骤403，采集模块采集所述差压信号和标准电压互感器的二次电压信号，并发送至上位机。
76.在步骤404，上位机根据采集的差压信号和标准电压互感器的二次电压信号确定所述被测电压互感器的误差。
77.优选地，其中所述方法还包括：
78.利用磁屏蔽设备对所述电压源模块和取差压模块进行磁屏蔽；其中，所述电压源模块和取差压模块置于所述磁屏蔽设备中。
79.本发明的实施例的测差型电压互感器的误差校验方法400与本发明的另一个实施例的测差型电压互感器的误差校验装置100相对应，在此不再赘述。
80.已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
81.通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
[0082]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0083]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0084]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0085]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0086]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然
可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。