計(jì)量用電壓互感器自動(dòng)化檢定系統(tǒng)配置與應(yīng)用研究

董恩源，劉 罡，周 浩，姜春陽(yáng)，房 琛

（1.大連理工大學(xué)，遼寧 大連 116024；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；3.中國(guó)電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430074；4.大連電力建筑工程公司，遼寧 大連 116021）

0 引言

電壓互感器自動(dòng)化檢定系統(tǒng)是電力營(yíng)銷智能電網(wǎng)戰(zhàn)略實(shí)施的重要配套設(shè)備［1］，國(guó)家電網(wǎng)有限公司在營(yíng)銷計(jì)量［2019］2 號(hào)文《2019 年?duì)I銷計(jì)量工作要點(diǎn)》） 中明確指出要完善計(jì)量用互感器自動(dòng)檢測(cè)能力。目前，各級(jí)電能計(jì)量機(jī)構(gòu)普遍采用傳統(tǒng)人工或半自動(dòng)電壓互感器檢定模式，存在檢定效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)。針對(duì)上述問(wèn)題，配置了一套計(jì)量用10 kV 電壓互感器自動(dòng)化檢定系統(tǒng)，通過(guò)檢定系統(tǒng)管理平臺(tái)調(diào)用內(nèi)部接口實(shí)現(xiàn)計(jì)量用電壓互感器全自動(dòng)檢定過(guò)程。對(duì)該系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)器硬件配置進(jìn)行分析，對(duì)主標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行溯源，并對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行應(yīng)用研究。

1 系統(tǒng)軟件配置

軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要由檢定系統(tǒng)管理平臺(tái)、輸送控制軟件、檢定控制軟件、功能控制軟件和內(nèi)部接口等部分組成［2］。

1.1 檢定系統(tǒng)管理平臺(tái)

檢定系統(tǒng)管理平臺(tái)為軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要組成部分，其主要功能是進(jìn)行任務(wù)管理，完成自動(dòng)輸送設(shè)施、自動(dòng)輸送裝置以及其他功能設(shè)備間的動(dòng)作協(xié)調(diào)、完成檢定系統(tǒng)與上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)的信息交互等，實(shí)現(xiàn)電壓互感器輸運(yùn)、檢定、檢測(cè)等作業(yè)的全過(guò)程自動(dòng)化、智能化。

1.2 輸送控制軟件

輸送控制軟件用以實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)輸送設(shè)備各功能單元機(jī)械動(dòng)作的控制，以及對(duì)各功能模塊狀態(tài)的監(jiān)控，并與檢定控制軟件、功能控制軟件配合實(shí)現(xiàn)互感器上料、輸送、外觀檢查、自動(dòng)拆接線、工頻耐壓試驗(yàn)、感應(yīng)耐壓試驗(yàn)、二次匝數(shù)絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)、基本誤差測(cè)量、磁飽和裕度測(cè)量、電子標(biāo)簽加解密讀寫(xiě)、分選貼標(biāo)、下料、后處理等功能。

1.3 檢定控制軟件

檢定控制軟件負(fù)責(zé)對(duì)電壓互感器自動(dòng)互感器裝置的控制，與輸送控制軟件配合完成互感器外觀檢查、自動(dòng)接拆線、工頻耐壓試驗(yàn)、感應(yīng)耐壓試驗(yàn)、二次匝數(shù)絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)、基本誤差測(cè)量、磁飽和裕度測(cè)量的試驗(yàn)要求。

1.4 功能控制軟件

功能控制軟件負(fù)責(zé)對(duì)其他自動(dòng)功能設(shè)備的控制，與輸送控制軟件、檢定控制軟件配合完成互感器電子標(biāo)簽加解密讀寫(xiě)。

1.5 內(nèi)部接口

內(nèi)部接口為連接檢定系統(tǒng)管理平臺(tái)與輸送控制軟件、檢定控制軟件、功能控制軟件的紐帶，其應(yīng)符合共享性、安全性、可擴(kuò)充性、兼容性等要求。數(shù)據(jù)通信采用XML 標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言格式，同時(shí)對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。

圖1 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 標(biāo)準(zhǔn)器硬件配置

標(biāo)準(zhǔn)器作為系統(tǒng)硬件重要組成部分，其選型與配置是系統(tǒng)硬件配置的核心。計(jì)量用電壓互感器標(biāo)準(zhǔn)器包括標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器、電壓互感器校驗(yàn)儀和電壓互感器負(fù)荷箱3 部分［3］。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器

自動(dòng)化檢定系統(tǒng)常用的被檢電壓互感器準(zhǔn)確度等級(jí)為0.1 級(jí)、0.2 級(jí)與0.5 級(jí)，依據(jù)JJG 314—2010《測(cè)量用電壓互感器檢定規(guī)程》 要求，標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器至少要比被檢電壓互感器高2 個(gè)準(zhǔn)確度等級(jí)，由于每提高一個(gè)準(zhǔn)確度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的成本都會(huì)增加，故標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器正確度等級(jí)僅需比被檢0.1 級(jí)電壓互感器高2 個(gè)準(zhǔn)確度等級(jí)，即0.02級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器即可。在測(cè)量變比方面，計(jì)及三相四線制線路與三相三線制線路，標(biāo)準(zhǔn)器電壓等級(jí)選用常見(jiàn)10 kV 電壓等級(jí)，測(cè)量變比為2 種變比：10 kV／100 V 與，即10G2 型。在互感器材料選擇方面，10 kV 電壓互感器常用干式互感器，即HJS 型。綜上，標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器選用HJS-10G2 型標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器。

2.2 電壓互感器校驗(yàn)儀

互感器校驗(yàn)儀為嵌入自動(dòng)化檢定系統(tǒng)中測(cè)量互感器誤差的工作計(jì)量器具，依據(jù)JJG 169—2010《互感器校驗(yàn)儀檢定規(guī)程》要求，可將電壓互感器校驗(yàn)儀準(zhǔn)確度等級(jí)定為2 級(jí)。標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器配置的二次電壓為100 V 或兩種情況，故電壓互感器校驗(yàn)儀額定電壓須具有100 V 和自動(dòng)切換功能。因此，電壓互感器校驗(yàn)儀選用具有自動(dòng)切換功能且目前最為常用的HEC-H 型電壓互感器校驗(yàn)儀。

2.3 電壓互感器負(fù)荷箱

電壓互感器負(fù)荷箱為并聯(lián)接在被檢電壓互感器二次回路中的工作計(jì)量器具，在自動(dòng)化檢定系統(tǒng)中同樣應(yīng)嵌入在系統(tǒng)內(nèi)部，同時(shí)具有體積輕便可自動(dòng)切換負(fù)荷等功能。負(fù)荷箱受溫度影響較大，結(jié)合規(guī)程規(guī)范要求，負(fù)荷箱準(zhǔn)確度等級(jí)定為3 級(jí)。額定電壓同樣根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的二次電壓配置為100 V 和兩種情況。由于被檢電壓互感器的額定負(fù)荷通常為5 VA，下限負(fù)荷為2.5 VA，故負(fù)荷箱的負(fù)荷點(diǎn)選用常見(jiàn)（2.5～80）VA 即可。綜上，負(fù)荷箱選用同時(shí)滿足以上技術(shù)條件且目前最為常用的FY98-5HV 型全自動(dòng)程控電壓互感器負(fù)荷箱。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)器的硬件配置

以標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器為主標(biāo)準(zhǔn)器，電壓互感器為誤差測(cè)量裝置，電壓互感器為測(cè)量配套設(shè)備，得到標(biāo)準(zhǔn)器的硬件配置如表1 所示。

表1 標(biāo)準(zhǔn)器的硬件配置

3 標(biāo)準(zhǔn)器的溯源

為保證本自動(dòng)化檢定系統(tǒng)整體誤差滿足要求，依據(jù)規(guī)程規(guī)范，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器送至國(guó)網(wǎng)遼寧計(jì)量中心采用省級(jí)最高標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行溯源。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的溯源

標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的上一級(jí)主標(biāo)準(zhǔn)器為工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)裝置，其中10 kV 電壓比例標(biāo)準(zhǔn)裝置準(zhǔn)確度等級(jí)為0.002 級(jí)，高于標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器3 個(gè)準(zhǔn)確度等級(jí)，滿足溯源要求。依據(jù)JJG 314—2010《測(cè)量用電壓互感器檢定規(guī)程》要求［4］，以10 kV 電壓比例標(biāo)準(zhǔn)裝置為標(biāo)準(zhǔn)互感器、標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器為被檢互感器進(jìn)行檢定，得到100%額定電壓下10 kV／100 V 變比比值誤差和相位誤差值如表2 所示。依據(jù)規(guī)程要求，0.02 級(jí)電壓互感器比值誤差應(yīng)小于0.02%，相位誤差應(yīng)小于0.6′，表2 所有變比誤差值均滿足要求，HJS-10G2 型標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器合格。

表2 10 kV／100 V 變比比值誤差和相位誤差

3.2 電壓互感器校驗(yàn)儀的溯源

電壓互感器校驗(yàn)儀采用省級(jí)最高標(biāo)準(zhǔn)0.2 級(jí)HESH 型互感器校驗(yàn)儀及負(fù)荷箱檢定裝置檢定。依據(jù)JJG 169—2010《互感器校驗(yàn)儀》檢定規(guī)程要求，對(duì)極性指示器、絕緣電阻、儀器分辨力、誤差測(cè)量等項(xiàng)目進(jìn)行逐一檢定［5］，所有項(xiàng)目均滿足要求。HEC-H 型校驗(yàn)儀檢定結(jié)果合格。

3.3 電壓互感器負(fù)荷箱的溯源

電壓互感器負(fù)荷箱同樣采用省級(jí)最高標(biāo)準(zhǔn)0.2級(jí)HESH 型互感器校驗(yàn)儀及負(fù)荷箱檢定裝置校準(zhǔn)。依據(jù)JJF 1264—2010 《互感器負(fù)荷箱》 校準(zhǔn)規(guī)范要求，計(jì)算得出校準(zhǔn)結(jié)果不確定度U95=8.0×10-3，按照U95小于最大允許誤差的1／3 即8.0×10-3＜（1／3）×3%進(jìn)行校準(zhǔn)結(jié)果評(píng)審［6］，F(xiàn)Y98-5HV 型電壓互感器負(fù)荷箱滿足3 級(jí)負(fù)荷箱使用要求。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

基于所配置電壓互感器自動(dòng)化檢定系統(tǒng)對(duì)某0.2 級(jí)電壓互感器進(jìn)行檢定，檢定接線如圖2 所示。按照?qǐng)D1 中流程，在檢定系統(tǒng)管理平臺(tái)中對(duì)輸送控制軟件和功能控制軟件事先設(shè)定好，啟動(dòng)檢定控制軟件，完成對(duì)該0.2 級(jí)電壓互感器進(jìn)行自動(dòng)檢定，100%額定電壓下檢定結(jié)果如表3 所示，依據(jù)JJG 314—2010《測(cè)量用電壓互感器檢定規(guī)程》［4］，0.2 級(jí)電壓互感器比值誤差應(yīng)小于0.2%，相位誤差應(yīng)小于10′，表3 比值誤差和相位誤差均滿足檢定規(guī)程要求，被檢0.2 級(jí)電壓互感器合格。

圖2 檢定接線

表3 0.2 級(jí)電壓互感器100%額定電壓下誤差值

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)新型計(jì)量用電壓互感器自動(dòng)化檢定系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，將硬件分解為標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器、電壓互感器校驗(yàn)儀和電壓互感器負(fù)荷箱3 部分，根據(jù)應(yīng)用對(duì)象合理配置技術(shù)參數(shù)，并采用省級(jí)最高標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述設(shè)備逐一進(jìn)行溯源，保證系統(tǒng)本身計(jì)量特性合格，最后以一0.2 級(jí)電壓互感器為例對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行自動(dòng)化應(yīng)用，被檢電壓互感器誤差合格，系統(tǒng)整體應(yīng)用良好。本研究為電壓互感器自動(dòng)化檢定工作積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，為今后開(kāi)展不同電壓等級(jí)互感器檢定工作奠定了良好基礎(chǔ)。