一種新型便攜式互感器測試儀的開發

陳家賢 張子菲

摘 要：提出了一種具有較高測量精度的新型便攜式電力互感器現場測量儀，該測試儀體積小、重量輕、操作方便，僅由一人操作即可測量互感器的變比、二次回路極性、通斷、阻抗等參數。此外，該測試儀具有升流功能，內置可充電鋰電池經逆變后輸出電流，可在測試過程中為互感器一次回路提供交流電流源。以上功能的切換通過有限狀態機實現。

關鍵詞：電流互感器;測試儀;便攜;極性變比;升流;阻抗測試

1? ? 研發背景

電流互感器測試是變電運維的常見工作，無論是在大修技改前后，還是新設備投運前，都需要進行互感器測試[1]，其內容一般包括測試伏安特性、變比、極性、二次負載等[2]。傳統的互感器測試儀重量、體積大，不易搬運，適用于停電高電壓場地[3]。因此，近期有許多研究都著力于將測試簡便化、測試儀輕便化。文獻[4]提出的一種便攜式交流變頻法互感器測試儀，將測量結果發送至移動終端進行顯示，把常見于設備上的屏幕、鍵盤取消，從而減小了設備體積。文獻[5]針對電力系統的計量互感器，提出了一種極性及計量接線判別測試儀，其能減少一次側接線，并用無線傳輸技術代替二次側的接線，使測試工作得到了簡化。文獻[6]提出的110 kV GIS設備電壓互感器校驗儀，既縮減了校驗儀的體積，又保證了測試工作的精確度和效率。

在實際工作中，10 kV饋線數量多，互感器測試中的絕大部分為饋線的電流互感器測試，且用戶對供電可靠性的要求高，不能經常停電。因此，研究適用于10 kV現場測量的便攜式互感器測量儀器具有重要意義。針對10 kV互感器的應用場景，研發了一種便攜式互感器測試儀，它的重量僅有1.5 kg，體積小巧，能完成極性、變比、阻抗測量，精度高，可在無法使用升流器的場合替代升流器完成升流試驗。

2? ? 研發內容

2.1? ? 界面設計

本互感器測試儀一共有3個模式：變比、阻抗、升流。用戶可通過“功能”按鈕來切換各個模式，并通過“選擇”按鈕對測量參數進行調整，按下“測試”按鈕進行測量。本互感器測試儀的交互界面操作原理流程如圖1所示。

2.2? ? 狀態機設計

為了提高CPU使用效率及程序邏輯完備性，采用了狀態機的編程方法。測試儀的功能可抽象為多個菜單狀態，程序根據當下的菜單狀態這一全局變量來決定顯示的界面內容、讀入按鈕的編號、要執行的函數，從而可靠控制測試儀按當前的菜單狀態來工作，并能準確快速切換工作模式[7-8]。筆者定義了以下6個狀態：

（1）升流：程序在屏幕上顯示當前模式、提醒用戶接線，在主循環里判斷“功能”按鈕、“選擇”按鈕、“測試”按鈕是否被按下。

（2）升流測試：程序在屏幕上顯示測試儀輸出的電流值，讓測試儀產生3～9 A的電流輸出，在主循環里判斷“選擇”按鈕和“測試”按鈕是否被按下。

（3）變比：程序在屏幕上顯示當前模式、當前連接的互感器的二次額定電流值、提示用戶接線，在主循環里判斷“功能”按鈕、“選擇”按鈕、“測試”按鈕是否被按下。

（4）變比測試：程序讓測試儀進行極性測試，再進行變比測試，測試完成后將結果顯示在屏幕上;顯示出結果后，判斷“選擇”按鈕、“測試”按鈕是否被按下。

（5）阻抗：程序在屏幕上顯示當前模式，并提醒用戶接線。在主循環里判斷“功能”按鈕、“選擇”按鈕、“測試”按鈕是否被按下。

（6）阻抗測試：程序讓測試儀輸出1 A或5 A電流，測量負載電壓值;測試完成后，在屏幕上顯示測量結果;顯示結果后，判斷“選擇”按鈕、“測試”按鈕是否被按下。

該狀態機的實現流程圖如圖2所示。

3? ? 實施方式

3.1? ? 變比極性測試功能

在變比菜單下，測試儀測量互感器變比與極性。進入變比菜單后，用戶通過按“選擇”按鈕來選擇測量的互感器類型。在測試前，界面顯示文字提醒用戶接好CT一次、二次測試線。用戶可在二次回路導線上用鉗形電流表進行測量，亦可斷開二次回路，把二次回路的兩極接入測試儀輸入端。接好測試線、“測試”按鈕按下后，系統根據接線方式，計算互感器的一次電流、二次電流、相角差、變比、極性，并將結果顯示在界面中。若二次回路開路、二次回路斷開、互感器變比過大，測試儀會顯示相應信息提醒用戶。

本測試儀在測試時，用直流法先在互感器一次側施加直流電壓，而后測量二次側電壓，比較二者從而得出極性測試結果。完成極性測試后，測試儀在電流互感器一次側輸入工頻交流電流?；ジ衅鞫蝹葍啥巳糁苯咏尤霚y試儀的“二次直接輸入”端，測試儀的這對端口則具備電流表的功能，可測出二次電流值;若互感器二次側短接后經鉗形電流表輸入測試儀的“二次鉗形輸入”端，測試儀則會將鉗形電流表的輸出進行模數轉換實現電流測量。在極性與變比的測量均完成后，測試儀把結果一并顯示在屏幕上。

3.2? ? 阻抗測試功能

進入阻抗測試菜單，測試儀測量互感器二次回路阻抗與容量。用戶把互感器的二次回路所連的負載連接至測試儀的“一次/阻抗”端后，按下“測試”按鈕，測試儀自動進行測量，后在屏幕上顯示出電阻、電抗、阻抗、電壓、電流、電壓電流間角度值。

實現原理：測試儀對互感器二次回路連接的負載加入1 A或5 A的額定交流電流，之后測量兩端的電壓值，再把測量出的電壓及計算出的電阻、電抗、阻抗、電壓電流相角差、容量均顯示在屏幕上。該實驗儀測量的阻抗可達毫歐級精確度。

3.3? ? 升流功能

進入升流菜單，測試儀可用作升流器將電流加到互感器的一次回路上模擬實際運行情況，電能信息通過二次回路傳遞至各個保護、測控、計量裝置[9]。在升流測試的界面，測試儀提供了3～9 A的輸出電流值，用戶按“選擇”按鈕可選擇需要的輸出電流值，再按下“測試”按鈕即可輸出相應的交流恒定電流。此時按下“選擇”按鈕，用戶可更改輸出電流值;按下“測試”鍵，退出測試。

4? ? 結語

經過現場實驗，本文提出的便攜式電流互感器測試儀在10 kV饋線部分的電流互感器上能實現高精度的極性、變比、阻抗的測試，且可在不允許使用升流器的場合替代升流器完成升流試驗。該互感器測試儀有效消除了傳統互感器測試儀體積、重量大的缺點，為變電運維工作中大量的10 kV部分電流互感器測試工作提供了新的解決方案，提升了變電運維人員的工作效率。

[參考文獻]

[1] 李明貴，夏勝芬，陳前臣，等.新型全自動微機化電力保護電流互感器綜合測試儀研制[J].電力自動化設備，2006，26（8）：85-88.

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[3] CHEN K L，CHEN Y R，TSAI Y P，et al.A Novel Wireless Multifunctional Electronic Current Transformer Based on ZigBee-Based Communication[J].IEEE Tran-

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[4] 譚炳源，蔣衛，何娜，等.互感器現場測試儀與傳統測差法的比較與分析[J].四川電力技術，2014，37（S1）：49-53.

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in Interactive Scenes Based on Graphic Finite State Machine[C]//2012 4th International Conference

on Intelligent Human-machine Systems & Cybernetics，

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[8] WANG B，ZHAN L，BAI Z H，et al.Real-Time Diagnosis of Multiple Transistor Open-Circuit Faults in a T-Type Inverter Based on Finite-State Machine Model[J].CPSS Transactions on Power Electronics and Applications，2020，5（1）：74-85.

[9] 梁煜.電流互感器一次升流的方法與應用[J].廣東輸電與變電技術，2007（3）：35-37.

收稿日期：2021-07-29

作者簡介：陳家賢（1997—），男，廣東佛山人，技術員，研究方向：電氣設備技術管理。