罗氏线圈集中参数的测量方法技术

本发明专利技术公开了一种罗氏线圈集中参数的测量方法，包括：采用罗氏线圈感应斜坡电流信号以获得罗氏线圈输出的谐振电压信号；获得斜坡电流信号的频域表达式；根据斜坡电流信号的频域表达式和罗氏线圈的传递函数获得谐振电压信号的频域表达式；对谐振电压信号的频域表达式进行拉普拉斯逆变换以获得谐振电压信号的时域表达式；将谐振电压信号的最大幅值及其对应时间代入谐振电压信号的时域表达式以获得第一方程；根据LCR串联谐振电路的谐振表达式以获得第二方程；求解第一方程和第二方程以获得罗氏线圈的电容和罗氏线圈的电感。本发明专利技术提供的罗氏线圈集中参数的测量方法，无需在罗氏线圈的二次回路中引入额外接线，进而不会给被测回路带入感性分量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及智能变电站试验
，具体涉及一种罗氏线圈集中参数的测量方法。
技术介绍
电子式互感器是智能变电站的关键技术。其定义为：一种装置，由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电压或电流传感器组成，用以传输正比于被测量的量，供给测量仪器、仪表和继电保护或控制装置。电子式电流互感器分为光学电流互感器、低功率电流互感器、罗氏线圈电流互感器三类，目前给智能站保护装置提供二次电流的互感器多采用罗氏线圈作为传感头。因此，罗氏线圈电子式互感器的工频、谐波、行波传遍特性成为影响智能站安全稳定运行的一个重要因素。而通过仿真的方式研究其传遍特性，需事先知道罗氏线圈的集中参数，即罗氏线圈的直流电阻、电容和电感。罗氏线圈的电阻与温度、材料、长度有关，在罗氏线圈绕制完成后，其电阻在一定的温度条件下不随信号的频率和幅值变化，因此用高精度万用表就可以获得罗氏线圈的直流电阻。实验室通常采用串联谐振法测量罗氏线圈的电容。在测量过程中，为了能够监测被测对象是否进入谐振状态，需要在罗氏线圈的二次输出回路中串联一只无感电阻。但随着测量频率的升高，电阻可能会表现出感性分量，感性分量的出现会影响测量结果。并且，被测回路中引入的接线都有可能带入感性分量。实验室采用的另一种测量方法是利用高精度的LCR表直接测量罗氏线圈的电容和电感，测量原理同串联谐振法。虽然高精度的LCR表克服了由测试回路引入的额外误差的缺点，但复杂电路还是限制了高精度LCR表的测试能力。
技术实现思路
本专利技术所要解决的是采用现有方法测试罗氏线圈集中参数测量结果受感性分量影响和LCR表测试能力限制的问题。本专利技术通过下述技术方案实现：一种罗氏线圈集中参数的测量方法，包括：采用罗氏线圈感应斜坡电流信号以获得罗氏线圈输出的谐振电压信号；获得所述斜坡电流信号的频域表达式；根据所述斜坡电流信号的频域表达式和罗氏线圈的传递函数获得所述谐振电压信号的频域表达式；对所述谐振电压信号的频域表达式进行拉普拉斯逆变换以获得所述谐振电压信号的时域表达式；将所述谐振电压信号的最大幅值及其对应时间代入所述谐振电压信号的时域表达式以获得第一方程；根据LCR串联谐振电路的谐振表达式以获得第二方程；求解所述第一方程和所述第二方程以获得罗氏线圈的电容和罗氏线圈的电感。本专利技术利用罗氏线圈对斜坡电流信号的响应，使罗氏线圈进入自激震荡的状态，在其二次回路测量开路自激震荡波形，即所述谐振电压信号的波形，通过对测量信号进行时域分析和频域分析得到罗氏线圈集中参数的电感值和电容值。因此，本方法无需在罗氏线圈的二次回路中引入额外接线，进而不会给被测回路带入感性分量。可选的，所述采用罗氏线圈感应斜坡电流信号以获得罗氏线圈输出的谐振电压信号包括：采用电流源向穿过罗氏线圈的导体注入所述斜坡电流信号；采用示波器测量罗氏线圈的输出以获得所述谐振电压信号。可选的，所述获得所述斜坡电流信号的频域表达式包括：采用阶跃响应函数表示所述斜坡电流信号以获得所述斜坡电流信号的时域表达式；对所述斜坡电流信号的时域表达式进行拉普拉斯变换以获得所述斜坡电流信号的频域表达式。可选的，所述斜坡电流信号的时域表达式为其中，x(t)为时域中的所述斜坡电流信号，Iam为所述斜坡电流信号的幅值，tup为所述斜坡电流信号的上升沿时间，u(t)为阶跃响应函数，t为时间变量。可选的，所述斜坡电流信号的频域表达式为其中，X(s)为频域中的所述斜坡电流信号，s为复频率，e为自然常数。可选的，所述谐振电压信号的频域表达式为其中，Y(s)为频域中的所述谐振电压信号，为罗氏线圈的传递函数，M为罗氏线圈的互感值，LR为罗氏线圈的电感，CR为罗氏线圈的电容，RR为罗氏线圈的电阻。可选的，所述第二方程为其中，fxz为所述谐振电压信号的振荡频率，LR为罗氏线圈的电感，CR为罗氏线圈的电容。可选的，所述罗氏线圈集中参数的测量方法还包括：采用万用表测试罗氏线圈的电阻。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本专利技术提供的罗氏线圈集中参数的测量方法，采用实测罗氏线圈自激震荡波形和数学公式推导相结合的方式，通过对测量信号进行时域分析和频域分析得到罗氏线圈集中参数的电感值和电容值。本专利技术无需在罗氏线圈的二次回路中引入额外接线，进而不会给被测回路带入感性分量，能够为开展仿真罗氏线圈动态特性研究提供仿真参数，帮助仿真人员校准罗氏线圈的仿真模型。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1是罗氏线圈集中参数的等效电路图；图2是本专利技术实施例测试罗氏线圈的电阻的结构示意图；图3是本专利技术实施例测试罗氏线圈的电容和电感的结构示意图；图4是本专利技术实施例的斜坡电流信号的波形示意图；图5是本专利技术实施例的谐振电压信号的波形示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例图1是罗氏线圈集中参数的等效电路图。其中，e(t)等效于受一次侧电流控制的二次侧电压源；RR为罗氏线圈内部等效电阻，简称内阻，其大小只与罗氏线圈的物理尺寸有关；LR为罗氏线圈的自感，受到形状、长短、匝数、有无铁芯的影响，而罗氏线圈的骨架采用的是环氧树脂材料，磁导率近似为真空磁导率，同时环氧树脂的形状受温度影响极小，所以自感是一个固定的常数；CR为罗氏线圈的匝对屏蔽层的电容，为一个固定的常数；RL为外接负载电阻。罗氏线圈的电容、电感以及电阻均为固定的，但测量罗氏线圈的电感值和电容值极易受外界电感和电容的影响。罗氏线圈的电阻与温度、材料以及长度有关，在罗氏线圈绕制完成后，其电阻在一定的温度条件下不随信号的频率和幅值发生变化。因此，与现有技术中相同，本实施例采用高精度万用表测量罗氏线圈的电阻，测试的结构示意图如图2所示，即将万用表21的测量接头连接罗氏线圈10的二次输出。图3是本专利技术实施例测试罗氏线圈的电容和电感的结构示意图，罗氏线圈的电容和电感的测量方法包括：步骤S1，采用罗氏线圈感应斜坡电流信号以获得罗氏线圈输出的谐振电压信号。具体地，采用电流源31向穿过罗氏线圈10的导体32注入斜坡电流信号，采用示波器33测量罗氏线圈10的输出以获得谐振电压信号。所述导体32穿过罗氏线圈10，使罗氏线圈10能够感应导体32中的斜坡电流。所述示波器33的电压探头连接罗氏线圈10的二次输出，用于测量罗氏线圈10输出的谐振电压信号。图4是所述电流源31输出的斜坡电流信号的波形示意图，其中，Iam为所述斜坡电流信号的幅值，tup为所述斜坡电流信号的上升沿时间，所述斜坡电流信号的幅值Iam和所述斜坡电流信号的上升沿时间tup均为已知参数。罗氏线圈10感应到斜坡电流信号后，在二次回路感应出自激震荡的电压波形，即谐振电压信号。所述示波器33测量得到的谐振电压信号的波形如图5所示，其中，点A(t1,0)为谐振电压信号的零点，点B(t2,0)为谐振电压信号的第一个波峰点，从谐振电压信号的波形中可以读出谐振电压信号的振荡频率(即振荡周期的倒数)、谐振电压信号的最大幅值(即y1)以及谐振电压信号的最大幅值的对应时间(即t2-t1)。步骤S2，获得所述斜坡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种罗氏线圈集中参数的测量方法，其特征在于，包括：采用罗氏线圈感应斜坡电流信号以获得罗氏线圈输出的谐振电压信号；获得所述斜坡电流信号的频域表达式；根据所述斜坡电流信号的频域表达式和罗氏线圈的传递函数获得所述谐振电压信号的频域表达式；对所述谐振电压信号的频域表达式进行拉普拉斯逆变换以获得所述谐振电压信号的时域表达式；将所述谐振电压信号的最大幅值及其对应时间代入所述谐振电压信号的时域表达式以获得第一方程；根据LCR串联谐振电路的谐振表达式以获得第二方程；求解所述第一方程和所述第二方程以获得罗氏线圈的电容和罗氏线圈的电感。

【技术特征摘要】
1.一种罗氏线圈集中参数的测量方法，其特征在于，包括：采用罗氏线圈感应斜坡电流信号以获得罗氏线圈输出的谐振电压信号；获得所述斜坡电流信号的频域表达式；根据所述斜坡电流信号的频域表达式和罗氏线圈的传递函数获得所述谐振电压信号的频域表达式；对所述谐振电压信号的频域表达式进行拉普拉斯逆变换以获得所述谐振电压信号的时域表达式；将所述谐振电压信号的最大幅值及其对应时间代入所述谐振电压信号的时域表达式以获得第一方程；根据LCR串联谐振电路的谐振表达式以获得第二方程；求解所述第一方程和所述第二方程以获得罗氏线圈的电容和罗氏线圈的电感。2.根据权利要求1所述的罗氏线圈集中参数的测量方法，其特征在于，所述采用罗氏线圈感应斜坡电流信号以获得罗氏线圈输出的谐振电压信号包括：采用电流源向穿过罗氏线圈的导体注入所述斜坡电流信号；采用示波器测量罗氏线圈的输出以获得所述谐振电压信号。3.根据权利要求1所述的罗氏线圈集中参数的测量方法，其特征在于，所述获得所述斜坡电流信号的频域表达式包括：采用阶跃响应函数表示所述斜坡电流信号以获得所述斜坡电流信号的时域表达式；对所述斜坡电流信号的时域表达式进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴杰，甄威，姜振超，刘明忠，汤凡，何宇航，汪晓华，崔弘，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：四川;51