220kV电子式电压互感器带电校验系统研究.doc

220 kV电子式电压互感器带电校验系统 研究国网宁夏电力公司电力科学研宄院华中科技大学电 气与电子工程学院摘要：电子式电压互感器（EVT）的常规校验方法为离线校验，这需要复杂的停电操作 并带来较大的经济损失文中研宄了 220 k VEVT带电校验系统，括标准通道、 被校通道和基于PC机的校验系统提出自适应全相位DFT电参量提取算法，精 确计算电网频率，自适应调整DFT运算点数，将非同步采样近似为同步采样设 计了一套电容标准器全绝缘举升接入装置，通过无线遥控实现标准互感器带电 接入，并进行安全性仿真分析试验表明，该系统比差小于0.05%,角差小于2’, >1.可保证标准互感器安全接入与退出，满足0. 2级电子式互感器校验要求关键词：电子式互感器;带电校验;自适应全相位DFT算法;作者简介：樊博（1989一），男 装置检测、检验技术研究作者简介：陈勉舟（1978—）， Email:56092874@作者简介：梅华（1982—），男 网建设作者简介：张灏（1982一），男 设作者简介：张浩淼（1978—）， 检测方法研究作者简介：李伟（1966—），男，高级工程师，主要从事高压电能计量技术研 宄。

Email: liwei@dky. nx. sgcc. com. cn助理工程师，硕士研究生，主要从事高压计量男，博士研宂生，从事电力信息检测技术研宄高级工程师，主要从事电力系统运维及智能电工程师，主要从事电力系统运维及智能电网建男，高级工程师，主耍从事高压计量装置检验、收稿日期：2017-06-02基金：国网宁夏电力公司科技项目(5229DK150016)Research on on-site calibration system of 220 kV electronic voltage transformerLi Wei Fan Bo Chen Mianzhou Mei Hua Zhang Hao Zhang HaomiaoElectric Power Research Institute of State GridNingxia Electric Power Company; School of Electrical and Electronic Engineering，HuazhongUniversity of Science and Technology;Abstract：The normal calibration method of electronic voltage transformer ( EVT) is offline calibration, and it requires complex outage switching operations which will bring large economic losses. This paper studies on-site calibration system of 220 k V electronic voltage transformer, including standard channel, calibration channel and calibration system based on PC- An adaptive full-phase DET algorithm is proposed to calculate electric parameters accurately, extract the frequency of the grid accurately, adjust the DFT operation points, and approximate the non-synchronous sampling to synchronous sampling. In this paper, a set of standard capacitor fully insulated lifting access device is designed, which is operated by wireless remote control, and the security simulation analysis is carried out. Test shows that the system ratio error is less than 0. 05% and phase error is less than 2’，and it ensures the security of capacitor standard’s access and exit， which meets the requirement of 0. 2 class electronic transformer online calibration system.Keyword：electronic voltage transformer; on-site calibration; adaptive full-phase DFT algorithm;Received： 2017-06-020引言智能变电站“数字化、网络化、智能化”的发展趋势促进了电子式互感器广泛应 用UL电压、电流和电能测量设备的精度和检测水平越来越受到业界的关注。

相关标准规定，电子式互感器必须按规程进行入网检测及定期检测，通过检测 才能在智能变电站中使用［2-5］与传统的互感器离线检测和比，互感器带电检 测可以在不停电的情况下，完成对互感器的检测［6-7］，及时了解互感器运行状 况目前，电子式互感器校验已成为互感器检测技术的研究热点国内外许多学者和研宂机构开展丫很多关于电子式互感器带电检测技术的研宂 工作但大部分研究都是集中在带电检测的总体方案、电测技术、数据采集、误 差计算和数据处理HU对互感器带电接入方法及安全性分析和现场复杂工况 的电参量提取算法研宄较少本文对220 k V电子式互感器带电校验系统进行了研究，设计出一种电容标准器 全绝缘举升接入装置，为适应现场复杂的频率波动、噪声等，采用白适应全相位 DFT电参量提取算法试验表明，校验系统比差小于0.05%，角差小于2’， 满足了 0.2级电子式电压互感器校验耍求，可以适应现场的复杂的工况目前， 该系统已进行了现场试验1校验系统总体设计1.1校验系统带电校验系统由标准通道、被校通道及基于PC机的校验系统等部分组成，如图 1所示标准通道毡括标准电容器、积分电路、采集单元和主控制模块等一次 侧高压信号经标准电容器产生电流信号，经过积分产生正比于一次侧电压信号 的小信号，采集单元将小信号采集后组帧发包，通过光纤发送给基于PC机的校 验系统得到标准通道数据。

PC机通过接收现场合并单元数据，得到被校互感器 的采集信号，二者通过现场同步脉冲实现同步图1电子式电压互感器带电校验原理图Fig. 1 On-site calibration principle diagram of EVT 下载原图1.2标准通道设计标准电压互感器由对流经标准电容器电流积分实现，在现场试验中，电流信号 抗干扰能力强，且不受线路压降影响，适合用在现场具有较强电磁干扰的情况 下，可以提高测试系统的精度，系统的硬件原理如图2所示其传递函数为：忽略滤波电路的误差，系统传递函数可以表示为:图 2 信号采集调理电路原理 Fig. 2 Principle of signal acquisition and adjustment circuit 下载原图1.3基于Lab VIEW的上位机软件设计基于PC的校验系统采用Lab VIEW开发平台设计了校验系统软件，完成采样控制, 标准与被校通道采样值接收、互感器比差和角差数据的计算，数据保存及报表输 出等功能，通过自适应全相位DFT算法提取电参量，计算误差软件的流程图如 图3所示图3软件流程图Fig. 3 Software flow chart 下载原图1.4全相位数据处理算法全相位是指该方法数据处理过程中将一系列连续釆样点分为多个分段，在后续 频谱分析中综合考虑到各个分段，数据处理后进行DFT运算得到的相位值为运 算的中心点的初始相位，相位初值不随频率的波动而出现变化，从而保证信号 及相位提取的准确性自适应全相位数据处理是抑制DFT运算后频谱泄漏的关键，为保证参与DFT运算 为整周期釆样点数，必须准确的知道电网频率，自适应的调整参与DKT运算的 点数，本文采用拉格郎日三次插值算法提取电网频率的方法。

1.4.1自适应全相位数据处理利用提取得到的电网频率f计算出参与数据处理的采样点数(2N-1),参与数据 处理的点数(2N-1)随着电网频率的波动而变动，计算公式如下：自适应全相位数据处理方法主要是为了改善后续DKT运算过程中因截断造成的 频谱泄漏问题，同时，也能在DFT运算过程中抑制噪声以N=3为例，对数据处理的流程进行分析，处理流程如图4所示图4自适应全相位数据处理流程图(N=3) Fig. 4 The adaptive all phase data processing flow chart (N=3) 下载原图 图4中的数据处理过程步骤如下：(1) 对(2N-1)个采样点进行分段，每段选取N个连续的离散点；(2) 将分段的离散点进行周期延拓，并对各分段离散点进行竖直方向求和，得 到新的周期序列；(3) 用矩形窗RN对新的周期序列进行截断，产生自适应全相位输入序列1.4.2全相位算法仿真计算针对上文提出的数字电能计量算法的准确性进行仿真分析，在理想的基波及谐 波条件下，一般的插值算法的算法误差儿乎为零，本文在基波及谐波条件下， 考虑到数据釆集量化误差，仿真在49. 8 Hz, 50Hz, 50. 2 Hz条件下加入白噪声, 分别比对，四项三阶Nuttall窗，harming窗和全相位算法在信噪比20 d B, 30 d B, 40dB的影响K,三种算法计算的相位误差和相位初值之间的关系，计算 其相位均值和标准差，仿真结果见表r表3。

表 1 50 Hz 算法的均值和标准差 Tab. 1 Algorithm mean and standard deviation of 50 Hz 下载原表表 2 50.2 Hz 算法的均值和标准差 Tab. 2 Algorithm mean and standard deviation of 50. 2 Hz 下载原表表 3 49.8 Hz 算法的均值和标准差 Tab. 3 Algorithm mean and standard deviation of 49. 8 Hz 下载原表 由表广表3可以看出加窗后，harming窗和nuttall窗算法虽然可以较精确地算 出信号的初相位，但是当加入白噪声较大吋，两种加窗算法受噪声影响较大，当加入闩噪声为30 d B和40 d B两种算法的角差范围3o仍然可以控制在2’ 以内，但当加入白噪声达到20 d B时，hanning窗和nuttall窗算法误差将超 差，但全相位算法角差范围3o仍然在2’以内，而当频率变化时，全相位算法 受频率影响更小，相位计算的精度更高，由此可见全相位算法相比较nuttall 窗和harming窗FFT具奋更好的相位不变性、噪声抑制特性和抑制频谱泄漏特性, 可以适应现场复杂的测试环境。

2带电校验接入方案设计2.1带电校验接入方案文中设计的一种全绝缘自动升降装置，用于标准通道的带电接入，可以实现电 子式电压互感器带电校验系统安全、可靠、便捷接入与退出，电容标准器全绝缘 举升接入装置如阁5所示。