互感器二次回路測(cè)試裝置研究

國網(wǎng)山東省電力公司菏澤供電公司 李 明 李中原 杜玉宇

變電站保護(hù)裝置與電壓、電流互感器的二次繞組出線和站用直流電源連接在一起構(gòu)成二次回路，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視和保護(hù)功能，其保護(hù)裝置的正確動(dòng)作對(duì)保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行起著十分重要的作用，變電站電力設(shè)備的保護(hù)裝置在新裝時(shí)必須保證二次回路的正確、完整性；在停電檢修后也需要對(duì)二次回路進(jìn)行極性、接線等測(cè)試。電壓互感器采集一次系統(tǒng)電壓、電流互感器將交流大電流轉(zhuǎn)換為一定比例的小電流，供保護(hù)裝置判斷系統(tǒng)是否有異常并作出電能計(jì)量等；互感器二次回路存在的極性、接線等錯(cuò)誤，導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)作，可能造成更大的電力事故。

傳統(tǒng)的電流互感器二次回路檢測(cè)方法檢查時(shí)需要帶電運(yùn)行一段時(shí)間之后進(jìn)行，接線檢查普遍使用的校線涉筆操作復(fù)雜，受檢查條件局限、導(dǎo)致認(rèn)為分析效率低。現(xiàn)階段技術(shù)中在極性和變比測(cè)試通常利用運(yùn)行狀態(tài)下的負(fù)荷電流對(duì)電流回路測(cè)試，無法在停電狀態(tài)下進(jìn)行；在測(cè)量變比時(shí)也必須保證二次回路接線正確。例如文獻(xiàn)[1]研究中對(duì)傳統(tǒng)的互感器二次回路接線進(jìn)行改進(jìn)，提出一種僅在互感器二次側(cè)進(jìn)行操作的二次回路極性測(cè)試儀，在操作的高效性上進(jìn)行提升；文獻(xiàn)[2]的研究也只限于在電流互感器二次回路工作后投運(yùn)前快速準(zhǔn)確地判斷電流互感器二次回路的完好性,避免電流互感器開路事故發(fā)生；早期文獻(xiàn)[3]中研究的便攜式電流互感器二次回路接線測(cè)試儀在結(jié)構(gòu)和不拆除接線的情況下對(duì)電流互感器二次回路接線檢查方面進(jìn)行測(cè)試裝置研制等。

目前，對(duì)于互感器二次回路測(cè)試裝置，不僅功能單一，難以實(shí)現(xiàn)極性、相序、變比等功能自動(dòng)測(cè)試；而且對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)互感器一次之間距離較遠(yuǎn)（距離可達(dá)20-30米），測(cè)試導(dǎo)線過長，導(dǎo)線電阻過大、輸出電流較小，使用不很安全方便。因此，本文研究一種基于無線通信的用于保護(hù)裝置新裝、停電檢修下的互感器二次回路多點(diǎn)測(cè)試裝置。

1 基于多點(diǎn)同步的互感器二次回路分析

1.1 廣播同步分析

無線同步廣播是指無線網(wǎng)絡(luò)存在若干個(gè)節(jié)點(diǎn)，若干節(jié)點(diǎn)在同一信道上，其中節(jié)點(diǎn)1數(shù)據(jù)廣播一幀數(shù)據(jù)之后，在這節(jié)點(diǎn)1通訊范圍內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)均收到節(jié)點(diǎn)1廣播的數(shù)據(jù)；接收到數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)接收完畢后，通過校驗(yàn)接收數(shù)據(jù)正確后切換到發(fā)射狀態(tài)，各節(jié)點(diǎn)在各自定時(shí)狀態(tài)結(jié)束后同一時(shí)刻按照統(tǒng)一格式向空中廣播收到的數(shù)據(jù)幀，如圖1所示。

1.2 保護(hù)裝置互感器二次回路測(cè)試分析

1.2.1 互感器二次回路接線及變比極性分析

保護(hù)上使用的電壓互感器接線中二次繞組中性線和三次繞組的零線共用一根導(dǎo)線連接到控制室。電流互感器將一次大電流轉(zhuǎn)換為二次小電流，通過二次形成的A、B、C相電流回路，將二次電流引入保護(hù)裝置；在中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中，電流互感器采用星形接線；三次繞組零線共用接線電力系統(tǒng)中采用不完全星形接線方式。通過標(biāo)準(zhǔn)三相電壓和三相電流引入，實(shí)現(xiàn)各個(gè)原理的保護(hù)。圖2所示為電壓互感器三次繞組共用一根零線接入、三相電流接入保護(hù)裝置示意圖。

根據(jù)接線方式和測(cè)量電壓、電流的幅值、相位進(jìn)行電流互感器變比、同、反極性判斷，接入電壓、電流相序判斷。

1.2.2 電壓互感器壓降測(cè)試分析

造成電壓互感器二次壓降的主要原因是二次回路導(dǎo)線阻抗和回路中接入設(shè)備形成的節(jié)點(diǎn)接觸不良。不同的接線方式直接影響到二次壓降的測(cè)量方法和壓降值的大小，電壓互感器二次側(cè)與負(fù)載之間電壓幅值、相位的誤差是電壓互感器二次壓降引起的誤差ΔU，測(cè)量保護(hù)裝置端子和電壓互感器端子的電壓，得到壓降。

有線式測(cè)差法根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境安排不同位置的測(cè)試儀表接線，過長的電纜線影響測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試安全性。

2 互感器二次回路測(cè)試裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)

近年來，成熟的無線通信測(cè)試方法能夠高效、安全、準(zhǔn)確的獲得測(cè)試結(jié)果。針對(duì)新裝或停電狀態(tài)下保護(hù)裝置的電流互感器二次回路接線測(cè)試存在的問題，設(shè)計(jì)互感器二次回路測(cè)試系統(tǒng)為1主機(jī)+3輔機(jī)系統(tǒng)，用于保護(hù)裝置二次回路，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離多個(gè)互感器同步自動(dòng)測(cè)試。1主機(jī)作為測(cè)試終端，3從機(jī)由三個(gè)單相電壓電流源組成，整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖3所示。

測(cè)試終端通過無線通信同步連接三個(gè)不同回路的單相電壓電流源，測(cè)試終端發(fā)出廣播同步信號(hào)，三個(gè)單相電壓電流源收到廣播同步信號(hào)后按照本身編號(hào)同步調(diào)整電壓、電流頻率和對(duì)應(yīng)相位輸出，同時(shí)按照編號(hào)輪流應(yīng)答測(cè)量的輸出幅值，同步進(jìn)行多個(gè)互感器二次回路接線的極性、變比、相序、通斷的核對(duì)。

2.1 單相電壓電流源設(shè)計(jì)

如圖4單相電壓電流源系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖，單相電壓電流源包括電源電路、電源轉(zhuǎn)換電路、逆變電路、通信單元、處理器、單相電壓輸出單元、單相電流輸出單元。電源電路通過電源轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，給內(nèi)部其他單元供電；處理器控制逆變電路進(jìn)行SPWM波驅(qū)動(dòng)逆變，將直流電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率、電壓都可任意調(diào)節(jié)的交流電源，連接到單相電壓輸出單元和單相電流輸出單元，三個(gè)單相電壓電流源產(chǎn)生互感器測(cè)試的工頻交流電壓和電流信號(hào)，施加在不同互感器的一次測(cè)。

2.2 測(cè)試終端設(shè)計(jì)

如圖5測(cè)試終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖，測(cè)試終端包括鋰電池電源電路、電源轉(zhuǎn)換電路、充電電路、三相電流輸入測(cè)量電路、三相電壓輸入測(cè)量電路、通信單元、處理器、顯示器。

電源啟動(dòng)后通過電源轉(zhuǎn)換電路給各單元系統(tǒng)供電，檢測(cè)到電源電路電壓過低時(shí)，測(cè)試終端啟動(dòng)充電；三相電流輸入測(cè)量電路與高精度電流互感器單獨(dú)連接，無需打開二次電流回路，直接測(cè)量出二次電流信號(hào)的大小；通過無線與單相電壓電流源進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，得到三個(gè)單相電壓電流源一次側(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行多回路同步測(cè)試，與二次側(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)分析，檢查整個(gè)保護(hù)裝置二次回路的極性、變比、相序、接線是否正確，壓降測(cè)試和變比測(cè)試對(duì)應(yīng)連接單相電壓電流源的壓降測(cè)試（I）和變比測(cè)試（II）切換開關(guān)，進(jìn)行測(cè)試切換；顯示器采用高分辨率，真彩色、觸摸顯示，以表格的形式顯示變比、極性等數(shù)據(jù)，接線結(jié)果對(duì)應(yīng)清晰的接線分析示意圖，相位關(guān)系采用向量圖直觀顯示。

3 試驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證本文研究裝置的可行性和準(zhǔn)確性，l利用3個(gè)100:1的標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器、2個(gè)1000:1標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和1個(gè)30:1標(biāo)準(zhǔn)電流互感器，標(biāo)準(zhǔn)功率源作為模擬電網(wǎng)電源輸入，接入電能表進(jìn)行模擬試驗(yàn)（三個(gè)電流互感器距離10m，測(cè)試距離20m）。

如圖6中(a)-(e)測(cè)試終端部分測(cè)試結(jié)果顯示：圖(a)、(b)中所示，電壓互感器測(cè)試變比99:1、100:1、100:1，電壓接線a-b-c，電流互感器變比986:1、29:1、992:1，電流相序a-b-c，對(duì)應(yīng)顯示接線圖；圖(c)、(d)中所示，對(duì)二次回路阻抗分別模擬電壓測(cè)試阻抗1kΩ和電流阻抗1Ω，以表格形式清晰顯示三相測(cè)試結(jié)果；圖(e)對(duì)二次壓降進(jìn)行測(cè)試；其測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確、精度高。

圖6 測(cè)試終端部分測(cè)試結(jié)果顯示圖

4 結(jié)語

本文通過無線同步通信和互感器二次回路測(cè)試的分析研究，設(shè)計(jì)了用于保護(hù)裝置二次回路測(cè)試裝置，采用1主機(jī)+3從機(jī)模式，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，可在現(xiàn)場(chǎng)互感器一二次測(cè)量距離較遠(yuǎn)時(shí)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同步輸出和測(cè)量，一次完成三相電壓電流源獨(dú)立接線，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)三相互感器二次回路接線的極性、變比、相序、通斷的同時(shí)核對(duì)，提升工作效率，具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。