精准计量电流互感器及双磁路电流互感器制作方法
阅读说明：本技术 精准计量电流互感器及双磁路电流互感器制作方法 (Precise metering current transformer and manufacturing method of double-magnetic-circuit current transformer ) 是由 王丕杰 刘玉兴 王开瑞 杨伟英 高斌 傅杰 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本申请提供了双磁路精准计量电流互感器,包括：设于同一线路上的两个磁路独立的大变比电流互感器和小变比电流互感器以及互感器切换电路,所述小变比电流互感器的下一级并接有倍率统一互感器,以用于和小变比电流互感器配合构成和大变比电流互感器一样的电流变比；大变比电流互感器的一次线匝数小于小变比电流互感器的一次线匝数；互感器切换电路根据线路实际电流的大小切换大变比电流互感器和小变比电流互感器。本申请通过两个磁路独立的电流互感器的智能切换满足对小电流的准确检测。(The application provides accurate measurement current transformer of dual magnetic circuit includes: the current transformer with the large transformation ratio and the current transformer with the small transformation ratio are arranged on the same circuit, and the current transformer with the large transformation ratio and the current transformer with the small transformation ratio are independent of each other; the number of primary turns of the current transformer with the large transformation ratio is smaller than that of the current transformer with the small transformation ratio; the transformer switching circuit switches the large-transformation-ratio current transformer and the small-transformation-ratio current transformer according to the actual current of the line. The intelligent switching of the current transformer with two independent magnetic circuits meets the requirement for accurate detection of small current.)
技术领域
本申请涉及电力计量技术领域，特别涉及精准计量电流互感器及双磁路电流互感器制作方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本申请相关的
背景技术
信息，不必然构成在先技术。电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量的仪器。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次侧绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中。
目前，现有的电流互感器遵循国家标准准确级0.1、0.2、0.5等，特殊用途的电流互感器还有0.2S、0.5S标准。以0.2S标准为例，对电流在额定电流1％一下的准确级无要求，这就造成大电流互感器对较小电流的测量准确性较差，没有可控性。一些厂家通过设置多个电流互感器并添加复杂的切换电路来提高电流互感器的准确性，但在一些情况下安装空间很难以满足两个互感器的安装，同时，多互感器容易互相影响，难以达到预定效果。
发明内容
本申请为了解决上述问题，提出了精准计量电流互感器及双磁路电流互感器制作方法，通过两个磁路独立的电流互感器的智能切换满足对小电流的准确检测。
本申请提供了双磁路精准计量电流互感器，包括：设于同一线路上的两个磁路独立的大变比电流互感器和小变比电流互感器以及互感器切换电路,所述小变比电流互感器的下一级并接有倍率统一互感器，以用于和小变比电流互感器配合构成和大变比电流互感器一样的电流变比；大变比电流互感器的一次线匝数小于小变比电流互感器的一次线匝数；互感器切换电路通过检测大变比电流互感器或小变比电流互感器的感应电流计算一次电流，当一次电流值大于预设值I1时，互感器切换电路切换大变比电流互感器来获取线路的感应电流，当电流值小于等于预设值I1时，切换小变比电流互感器来获取线路的感应电流。
优选地，所述互感器切换电路包括CPU控制器和与CPU控制器电连接的第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关，所述第一可控开关并接于大变比电流互感器的两输出端以用于短接大变比电流互感器，所述第二可控开关并接于倍率统一互感器的两输出端以用于短接倍率统一互感器，倍率统一互感器的一输出端与大变比电流互感器的一输出端并接，形成对外连接至外部计量电路的一端，倍率统一互感器和大变比电流互感器的另一输出端分别串接第三可控开关的两组开关触点后并接，形成连接至外部计量电路的另一端，在小变比电流互感器的输出回路中串接第一电流传感器；所述倍率统一互感器用于和小变比电流互感器配合构成和大变比电流互感器一样的电流变比，所述第一电流传感器和CPU控制器电连接，以用于提供切换电流互感器的电流信号。
优选地，所述互感器切换电路还包括第二电流传感器和第三电流传感器，第二电流传感器串接于大变比电流互感器和第三可控开关的连接线路中，第三电流传感器串接于倍率统一互感器和第三可控开关的连接线路中，第二电流传感器、第三电流传感器和CPU控制器电连接。
优选地，所述第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关为磁保持继电器，所述大变比电流互感器的两输出端并接于第一可控开关的常开触点，所述倍率统一互感器的两输出端并接于第二可控开关的常闭触点，大变比电流互感器的一输出端串接于第三可控开关的常闭触点，倍率统一互感器的一输出端串接于第三可控开关的常开触点。
优选地，所述第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器和CPU控制器之间串接有信号调理模块，所述第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关和CPU控制器之间串接有光电隔离模块。
优选地，所述互感器切换电路还包括与CPU控制器电连接的触控屏、电源、记忆存储。
优选地，所述预设值I1的取值范围为大变比电流互感器额定电流值的4％-6％，大变比电流互感器和小变比电流互感器的变比比值为2、3、4中的任意一种。
优选地，大变比电流互感器和小变比电流互感器的切换方法为：
初始时保大变比电流互感器工作，小变比电流互感器短路，CPU控制器通过第一电流传感器检测小变比电流互感器的感应电流，进而计算相母线上的电流大小，当电流的有效值小于预设值I1时，则先闭合第一可控开关，然后第三可控开关的常闭触点断开，常开触点闭合，最后断开第二可控开关，小变比电流互感器工作，大变比电流互感器短路；
检测到电流的有效值大于等于预设值I1时，则先闭合第二可控开关，然后第三可控开关的常开触点断开，常闭触电闭合，最后断开第一可控开关，切换回大变比电流互感器。
优选地，多冗余电流检测方法：第一电流传感器测量小变比电流互感器的感应电流，，第二电流传感器测量大变比支路的电流，第三电流传感器测量小变比支路的电流，若大变比电流互感器和小变比电流互感器的变比比值为M，当大变比支路正常工作时，第一电流传感器与第二电流传感器的检测到的电流比值等于M，当小变比支路正常工作时，第一电流传感器与第三电流传感器的检测到的电流比值等于M，若检测到第一电流传感器与第二电流传感器或第三电流传感器的电流比值不等于M，则有故障发生，CPU控制器即可报警记忆并断开输出主电路。
本申请还提供双磁路电流互感器的制造方法，包括如下步骤：
在绕线工装上将大变比电流互感器和小变比电流互感器的二次绕组独立固定，大变比电流互感器的一次线匝数小于小变比电流互感器的一次线匝数，现将一次线在小电流互感器的二次绕组上绕N匝，再将一次线同时在大变比电流互感器和小变比电流互感器的二次绕组上绕N1匝，N1为大变比电流互感器的一次线匝数，小变比电流互感器的一次线匝数N2＝N1+N。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
(1)本申请通过双磁路电流互感器在满足磁路独立的同时节省了安装空间，通过大变比和小变比电流互感器间的切换，扩展了互感器的测量量程，加大了对小电流检测的准确性。
(2)本申请通过第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关切换大变比电流互感器和小变比电流互感器，在防止互感器开路的基础上完成了大变比电流互感器和小变比电流互感器之间的动态切换。
(3)本申请通过第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器提供了多冗余电流检测方法，提高了本申请的自检能力。
(4)本申请通过磁保持继电器节省了能源。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明一种实施例的双磁路互感器实施图，
图2是本发明一种实施例的系统示意图。
图3是本发明一种实施例的主电路示意图。
图4是本发明一种实施例的实施图。
具体实施方式
：
下面结合附图与实施例对本申请作进一步说明。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
如图1和图4所示，本申请提供了双磁路精准计量电流互感器，包括：设于同一相母线上的两个磁路独立的大变比电流互感器CT1和小变比电流互感器CT2以及用于大变比电流互感器CT1和小变比电流互感器CT2之间切换的互感器切换电路，所述小变比电流互感器CT2的下一级并接有倍率统一互感器CT3，以用于和小变比电流互感器CT2配合构成和大变比电流互感器CT1一样的电流变比，方便外部计量电路并根据本申请计算实际电流值。
互感器切换电路通过检测大变比电流互感器CT1或小变比电流互感器CT2的感应电流计算一次电流，当一次电流值大于预设值I1时，互感器切换电路切换大变比电流互感器CT1来获取相母线的感应电流，当电流值小于等于预设值I1时，切换小变比电流互感器CT2来获取相母线的感应电流。
表1
额定电流百分数
1
5
20
100
120
一次电流
1
5
20
100
120
二次电流
0.05
0.25
1
5
6
误差(±)
0.75
0.35
0.2
0.2
0.2
表2
额定电流百分数
1
5
20
100
120
一次电流
0.25
1.25
5
25
30
二次电流
0.025
0.125
0.5
2.5
3
误差
0.75
0.35
0.2
0.2
0.2
表1为变比为100/5的电流互感器根据0.2S标准确定的误差准确级表，表2为变比为50/5的电流互感器根据0.2S标准确定的误差准确级表，由表1和表2可以得出在实际使用电流较小的情况下，电流互感器的误差变大，当实际电流小于额定电流1％时，国家标准对互感器误差无要求。
假设本申请大变比电流互感器CT1为100/5电流互感器，小变比电流互感器CT2为50/5电流互感器，则倍率统一互感器CT3为10/5电流互感器，用于达成CT2和CT3经过两级转换获得了和CT1一样的电流变比效果的目的，表3为本申请在在满足国家0.2S标准准确级的基础上，并在一次电流值小于等于CT1额定电流5％的情况下切换时的误差表。
表3
根据表1、表2、表3可以得出，原有100/5电流互感器在实际一次电流为电流互感器额定电流的5％时，误差标准已经增大到了0.35％，实际一次电流为电流互感器额定电流的1％时，误差标准扩大到了0.75％，而使用本申请后，在实际一次电流为大变比电流互感器CT1额定电流的5％时切换为小变比电流互感器CT2，本申请的误差标准为0.2％，在实际一次电流为大变比电流互感器CT1额定电流的1％时，本申请的误差标准在0.2-0.35％之间，由此可见，本申请扩大了电流互感器的精确测量范围，在电流较小的情况下减少了测量误差。图4为本申请的误差曲线图，图中a为本申请的误差曲线，b为单独互感器的误差曲线。
优选地，所述预设值I1的取值范围为大变比电流互感器CT1额定电流值的4％-6％，大变比电流互感器CT1和小变比电流互感器CT2的变比比值为2、3、4中的任意一种。
本申请还提供双磁路电流互感器的制造方法，具体步骤为：
大变比电流互感器CT1的一次线匝数小于小变比电流互感器CT2的一次线匝数，在绕线工装上将大变比电流互感器CT1和小变比电流互感器CT2的二次绕组独立固定，现将一次线在小电流互感器CT2的二次绕组上绕N匝，再将一次线同时在大变比电流互感器CT1和小变比电流互感器CT1的二次绕组上绕N1匝，N1为大变比电流互感器的一次线匝数，小变比电流互感器的一次线匝数N2＝N1+N。
假设大变比电流互感器CT1的变比为100/5，小变比电流互感器CT2的变比为50/5，大变比电流互感器CT1的一次线匝数为3，二次线匝数为60，小变比电流互感器CT2的一次线匝数为6，二次线匝数为60，现将一次线在小变比电流互感器CT2的二次绕组上绕3匝，再将一次线同时在大变比电流互感器CT1和小变比电流互感器CT2的二次绕组上绕3匝，即在节省安装空间的条件下满足了大变比电流互感器CT1和小变比电流互感器CT2的变比要求,CT3的变比为10/5，CT2和CT3经过两级转换获得了和CT1一样的电流变比效果，便于计量电路对感应电流的计量。
如图2和图3所示，下文根据本申请应用于三相电流检测的情况对本申请进一步解释，包括A相上的大变比电流互感器ACT1、小变比电流互感器ACT2、互感器切换电路、倍率统一互感器ACT3，C相大变比电流互感器CCT1和小变比电流互感器CCT2、互感器切换电路、倍率统一互感器CCT3，A相互感器切换电路包括CPU控制器和与CPU控制器电连接的第一可控开关A-1K、第二可控开关A-2K、第三可控开关，所述第一可控开关A-1K并接于大变比电流互感器ACT1的两输出端A1S1和A1S2以用于短接大变比电流互感器ACT1，所述第二可控开关A-2K并接于倍率统一互感器ACT3的两输出端A3S2和A3S3以用于短接倍率统一互感器ACT3，倍率统一互感器ACT3的一输出端A3S2与大变比电流互感器ACT1的一输出端A1S2并接，形成对外连接至外部计量电路的一端AS2，倍率统一互感器ACT3和大变比电流互感器ACT1的另一输出端A3S3和A1S1分别串接第三可控开关的两组开关触点A-3K1和A-3K2后并接，形成连接至外部计量电路的另一端AS1，在小变比电流互感器ACT2的输出回路中串接第一电流传感器ACY1；C相的大变比电流互感器CCT1、小变比电流互感器CCT2、倍率统一互感器CCT3、第一可控开关C-1K、第二可控开关C-2K、第三可控开关、第一电流传感器CCY1的具体连接关系和A相一致。
所述倍率统一互感器ACT3、CCT3用于和小变比电流互感器ACT2、CCT2配合构成和大变比电流互感器ACT1、CCT1一样的电流变比，所述第一电流传感器ACY1、CCY1和CPU控制器电连接，以用于提供切换电流互感器的电流信号。
以A向为例，所述互感器切换电路还包括第二电流传感器ACY2和第三电流传感器ACY3，第二电流传感器ACY2串接于大变比电流互感器ACT1的输出端A1S1和第三可控开关的开关触点A-3K2的连接线路中，第三电流传感器ACY3串接于倍率统一互感器ACT3和第三可控开关的开关触点A-3K1的连接线路中，第二电流传感器ACY2、第三电流传感器ACY3和CPU控制器电连接。第一电流传感器ACY1测量小变比电流互感器ACT2的感应电流，第二电流传感器ACY2测量大变比支路的电流，第三电流传感器ACY3测量小变比支路的电流，若大变比电流互感器ACT1和小变比电流互感器ACT2的变比比值为M，当大变比支路正常工作时，第一电流传感器ACY1与第二电流传感器ACY2的检测到的电流比值等于M，当小变比支路正常工作时，第一电流传感器ACY1与第三电流传感器ACY3的检测到的电流比值等于M，若检测到第一电流传感器ACY1与第二电流传感器ACY2或第三电流传感器ACY3的电流比值不等于M，则有故障发生，CPU控制器即可报警记忆并断开输出主电路。同上所述，C相的互感器切换电路还包括第二电流传感器CCY2和第三电流传感器CCY3，具体连接关系和A相一致。
所述第一可控开关A-1K、C-1K，第二可控开关A-2K、C-2K，第三可控开关为磁保持继电器，优选地，以A相为例，所述大变比电流互感器ACT1的两输出端A1S1和A1S2并接于第一可控开关A-1K的常开触点，所述倍率统一互感器ACT3的两输出端A3S3和A3S2并接于第二可控开关A-2K的常开触点，大变比电流互感器ACT1的一输出端A1S1串接的第三可控开关的开关触点A-3K2为常闭触电，倍率统一互感器ACT3的一输出端A3S3串接的第三可控开关的开关触点A-3K1为常开触点，用于达成优先使用大变比电流互感器ACT1的目的，符合使用规律。
A相和C相的第一电流传感器ACY1、CCY1，第二电流传感器ACY2、CCY2，第三电流传感器ACY3、CCY3，都为霍尔电流传感器。
A相和C相的第一电流传感器ACY1和CCY1、第二电流传感器ACY2和CCY2、第三电流传感器ACY3和CCY3与CPU控制器之间串接有信号调理模块，所述信号调理模块包括信号放大、滤波、模数转换电路等，第一可控开关A-1K和C-1K、第二可控开关A-2K和C-2K、第三可控开关和CPU控制器之间串接有光电隔离模块。
所述互感器切换电路还包括与CPU控制器电连接的触控屏、电源、记忆存储，所述触控屏用于人机交互，所述记忆存储用于存储报警信息。
以A相为例说明本申请的大变比电流互感器CT1和小变比电流互感器CT2的切换方法和多冗余电流检测方法：
切换方法：
初始时保持大变比电流互感器ACT1工作，小变比电流互感器AT2短路，CPU控制器通过第一电流传感器ACY1检测小变比电流互感器ACT2的感应电流，进而计算相母线上的电流大小，当电流的有效值小于等于预设值I1时，则先闭合第一可控开关A-1K，然后第三可控开关的常闭触点A-3K2断开，常开触点A-3K1闭合，最后断开第二可控开关A-2K，小变比电流互感器ACT2工作，大变比电流互感器ACT1短路；检测到电流的有效值大于预设值I1时，则先闭合第二可控开关A-2K，然后第三可控开关的常开触点点A-3K1断开，常闭触点A-3K2闭合，最后断开第一可控开关A-1K，切换回大变比电流互感器ACT1。每个磁保持继电器的动作顺序由CPU控制器控制，动作保持时间50ms,间隔时间50ms,在保持节约能源的基础上确保电流互感器永不开路。
多冗余电流检测方法：
第一电流传感器ACY1测量小变比电流互感器ACT2的感应电流，第二电流传感器ACY2测量大变比支路的电流，第三电流传感器ACY3测量小变比支路的电流，若大变比电流互感器ACT1和小变比电流互感器ACT2的变比比值为M，当大变比支路正常工作时，第一电流传感器ACY1与第二电流传感器ACY2的检测到的电流比值等于M，当小变比支路正常工作时，第一电流传感器ACY1与第三电流传感器ACY3的检测到的电流比值等于M，若检测到第一电流传感器ACY1与第二电流传感器ACY2或第三电流传感器ACY3的电流比值不等于M，则有故障发生，CPU控制器即可报警记忆并断开输出主电路。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本申请的具体实施方式进行了描述，但并非对本申请保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本申请的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本申请的保护范围以内。
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