一種新型電流互感器極性測試儀的研制

武 瓊 寧國麗 王志遠 鄧志陽 王添慧

（1. 國網天津城南供電公司，天津 300201；2. 武漢豪邁電力自動化技術有限責任公司，武漢 430223）

電流互感器是電力系統中實現電能變換的關鍵設備之一，其準確與否將直接影響保護裝置動作準確性[1]。目前，二次保護人員在CT檢修工作中，需要對互感器進行極性試驗，以使互感器二次回路接線滿足保護和測量的極性要求，傳統的測試方法包括交流注流法、直流電源法、主變一次通流法等[2-3]，但常規校驗方法需要兩人配合且試驗距離較遠（5～100m），因此信息傳遞不順暢、測試準確度低、頻繁插拔試驗接線容易造成二次回路虛接和端子排損壞。文獻[4-5]研制的數字極性測試儀雖然應用了單片機原理對傳統試驗方法進行了改進、可靠性和準確率有所提高但仍然不能避免頻繁插拔試驗接線。

1 傳統極性測試原理

以現場應用最多的直流電源法為例來說明傳統互感器極性測試原理。互感器極性有“加極性”和“減極性”兩種，現場一般采用互感器“減極性”標注[6]，即互感器一次側電流從電流互感器同名端流入，二次電流從電流互感器同名端流出。

直流電源法是將干電池的正負極分別接到電流互感器一次側兩端，做搭、抬試驗，在互感器二次側接電流表或萬用表的 mA檔觀察指針的偏轉方向。若互感器標識為“減極性”，做搭、抬試驗時，“搭”上電池瞬間，電流表正向偏轉，“抬”起瞬間，電流表反向偏轉，則證明極性標識正確。直流電源法的接線如圖1所示。

圖1 極性試驗接線方式

上述方法在操作過程中需要三個人共同完成：其中一人在一次側接線，一人在二次側觀察指針偏轉情況，一人負責監護。一組CT線圈有ABC三相，每相需要做6次試驗，共需做18次搭抬試驗，更改18次接線，過程相當繁瑣。

2 硬件設計

新型電流互感器極性測試儀由室外機與室內機兩部分組成，室內機選擇試驗回路并向室外機發送實驗開始同步選相命令，室外機自動甄別互感器相別，為互感器一次側提供脈沖電流，由室內機監測二次側感應電流極性是否正確。室外機和室內機通過無線信號進行聯系，實現同步切換。

新型極性測試儀測試原理[7]如圖2所示。

圖2 新型極性測試儀接線原理圖

室外機包含脈沖源、無線接收單元、選通相指示（4led）、無線通信正常（1led）等功能，原理框圖如圖3所示。微處理器接收無線單元提供的選相指令，控制選相繼電器組切換到指定繞組，而后控制電容充放電，提供互感器一次側線圈所需的脈沖電流，加入到選相繼電器組指定繞組中。

圖3 室外機原理框圖

室內機包含試驗相選擇（主動同步室外機）、脈沖電流放大、檢測與指示、報告打印與U盤存儲等功能，室內機原理框圖如圖4所示，詳情如下：

1）一套脈沖極性檢出電路，電壓信號鉗位和比較器后驅動±100μA直流表頭，通過LED指示極性（鎖定）。CPU需保存回路編號與測試極性。

2）選相（選擇試驗回路）：室內機通過開關手動切換，可以選擇 AN、BN、CN、AB、BC、CA檔這6種組合。CPU通過輔組觸點檢測到相應試驗回路，并通過無線通信同步室外機，確保測試繞組與被測繞組為同一回路。

3）功能指示燈：包括“相別同步成功”、“極性指示（4led）”和“試驗出錯”指示燈。

4）功能按鍵：包括極性測試、保存、打印。

圖4 室內機原理框圖

室外機和室內機的主控芯片采用 ST公司的STM32F103X芯片，STM32F103X是增強型系列使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC內核，工作頻率為72MHz，內置高速存儲器(高達128K字節的閃存和20K字節的SRAM)，豐富的增強I/O端口和聯接到兩條APB總線的外設。所有型號的器件都包含2個12位的ADC、3個通用16位定時器和1個 PWM定時器，還包含標準和先進的通信接口：多達2個I2C接口和SPI接口、3個USART接口、一個USB接口和一個CAN接口。

無線同步模塊采用APC230無線模塊，該模塊是高度集成半雙工微功率無線數據傳輸模塊， 其嵌入高速單片機和高性能射頻芯片。創新的采用高效的循環交織糾檢錯編碼，抗干擾和靈敏度都大大提高，最大可以糾24bits連續突發錯誤，達到業內的領先水平。APC230模塊提供了多個頻道的選擇，可在線修改串口速率，發射功率，射頻速率等各種參數。能夠應用在非常廣泛的領域。

3 軟件設計

軟件部分采用模塊化設計，由C語言編寫，室內機主程序框圖如圖5所示，室內機和室外機上電初始化以后，室內機檢測功能選擇開關到極性測試，并按下開始按鍵后，極性測試試驗開始。室內機向室外機發送實驗開始同步選相命令，室外機同步切換繼電器在 CT的一次側加脈沖信號，室內機檢測CT二次側的脈沖信號極性，并存儲到存儲器中。當實驗結束，試驗結構由打印機自動輸出。

室外機的主要功能是實現同步切換，并在在CT的一次側加脈沖信號，軟件流程圖如圖6所示。

圖5 室內機軟件流程圖

圖6 室外機軟件流程圖

4 現場應用

現場以某 10kV線路電流互感器極性測試進行了驗證，該CT僅有AC兩相。將互感器一次側接到室外機一次側端子上、互感器二次側接到室內機二次側端子上，接線方式如圖7所示。打開裝置電源，鈕子開關指向極性測試，極性測試燈亮。按開始鍵，試驗開始。如果測極性區域內上端標有“+”的紅色發光二極管閃動，即為同極性；下端標有“-”的綠色發光二極管閃動，則為反極性。實驗結束后，打印機可打印當前的實驗結果。打印與存儲試驗報告格式見表 1：其中，“*”表示不存在，“0”表示不通，“-”表示反極性，“+”表示同極性。由于該10kV線路CT僅有AC兩相，因此除B相不通外，其余相別測試結果與傳統測試方法結果完全一致，測試結論正確。

圖7 極性試驗接線圖

表1 極性測試試驗報告

5 結論

應用該新型電流互感器極性測試儀一次接線可以完成全部18組極性測試試驗，原有三名工作人員減少為兩人，其中一人負責接線，一人監護，經測算單間隔回路試驗時間減少約 3/4的時間。該測試儀通過無線通信可以實現開關的同步切換，避免了頻繁插拔試驗接線，減少了試驗過程中可能出現的安全隱患；通過單片機應用大大提高了測試結果的準確性，顯著提高了試驗效率與檢修質量，縮短了試驗所需停電時間，提升了重要用戶的供電可靠性，有利于電力系統安全穩定運行。

[1] 馬锃曌. 電流互感器接線和二次阻抗對繼電保護可靠性影響[J]. 電力學報, 2007, 22(4): 468-470, 474.

[2] 王怡. 怎樣測量電流互感器的極性[J]. 農村電氣化,2003(5): 38.

[3] 盧迪勇. 主變一次通流校驗電流互感器二次極性[J].變壓器, 2012, 49(3): 64-66.

[4] 壽挺. 一種新型的電流互感器極性測試儀的研制[J].制冷空調與電力機械, 2008, 29(4): 86-87.

[5] 鄭杰文. 新型電流互感器極性測試裝置的研制[J].科技傳播, 2013(1): 49.

[6] 馬利人, 劉建華, 李帆. 電流互感器減極性和相量圖常見疑惑辨析[J]. 儀表技術, 2014(3): 12-14.

[7] JB/T 5356—2002. 電流互感器試驗導則[S].