多種互感器計量準確性測試方法研究

吳安

（江西省檢驗檢測認證總院計量科學研究院，江西 南昌 330002）

0 引言

一般來說，在電力系統當中，互感器又可稱之為儀用變壓器，能夠按照系統運行要求針對電壓與電流進行調節，進而實現數據量測與系統保護目標，是電能計量的基礎。電力技術人員應針對互感器運行過程當中的計量準確性進行測試，確保其計量性能能夠符合電力系統運行要求，實現電力系統的可持續發展。

1 不同類型互感器的運行原理及其基本特征

1.1 電磁式互感器

在傳統的電能計量工作開展過程當中，多采用電磁式互感器作為基礎設備。其主要由鐵芯、一次繞組、二次繞組以及其他元器件共同構成，將一次繞組與計量目標系統進行串聯，基于二次繞組當中測定的電流電壓讀數能夠推導出目標回路的電能數值情況。其主要特征包括元件生產成本較高、容易出現鐵磁諧振、熱量散發難度較大、計量過程存在一定誤差等。

1.2 電子式互感器

隨著時代的不斷發展以及計量技術的不斷進步，采用光電子元件作為主要計量設備的電子式互感器開始得以運用。所謂電子式互感器主要由信號傳感模塊與輸送處理模塊兩部分組成，由信號傳感模塊實現對目標計量回路相關電流電壓數據的有效匯集，并由輸送處理模塊針對計量信息進行相應地傳輸和處理，進而滿足回路計量要求[1]。相較于傳統的電磁式互感器而言，電子式互感器具有故障判定效率高、抗干擾能力較好、生產成本較低、信號分析更加便捷等優勢，是未來電力互感器的關鍵發展方向（圖1）。

圖1 電子式互感器基本結構

2 互感器計量測試系統的構建

為針對不同類型互感器計量準確性做出判定，相關技術人員需要基于測試需求針對互感器計量測試系統進行構建。為實現測試功能，系統主要涵蓋以下功能模塊。

2.1 信號采集與轉換模塊

首先需要針對電力互感器實時運行信號進行采集。在多種互感器接入計量測試系統后，由系統針對互感器進行代號與存儲空間的分配，其采集的主要運行信號包括互感器的二次側幅值、比值差、相位差以及互感器的運行狀態等。其次，采集完畢后由系統將信號進行轉換與對比。由于測試當中的互感器類型包括電磁式互感器以及電子式互感器等，其運行狀態當中所輸出的信號狀態可能會存在一定的差異，因此，在基于測試系統進行互感器計量準確性比對和分析的過程當中，需要基于PC 機針對其輸出信號進行有效轉換，一方面便于測試準確性的比對和識別，另一方面還能針對互感器相關輸出數值進行更加準確便捷地比對，從而為計量準確度的校驗提供相應的數據支持。

在針對互感器運行數據進行采集和傳輸的過程當中，可基于485 端口進行數據讀取，為確保數據信號采集精度與采集質量達到校驗需要，技術人員可將互感器計量準確性校驗系統的信號采集頻次固定為15min，由系統終端對每15min 報告的數據進行抄讀并形成電能數值計量曲線，使互感器計量準確性測試得以順利開展，同時還能為電力系統運行決策提供參考。

2.2 互感器計量校驗模塊

受到互感器內部元件設計、測定目標回路電壓電流相關參數變動以及回路功率負載等因素影響，可能會導致互感器的計量出現一定的誤差，影響回路電能計量效果。因此在針對互感器計量準確性進行測試的過程當中還需要構建相關信號數值校驗模塊，盡可能減少誤差對最終計量狀況產生的影響，同時還能使計量誤差得到有效定位，為提升互感器在電力回路當中的應用價值提供支持。在針對互感器計量校驗模塊進行構建的過程當中，需針對互感器運行過程當中出現的飽和倍數誤差進行校驗。隨著電力系統的進一步發展及其回路負載的不斷擴大，給互感器的運行也帶來了愈發嚴峻的挑戰和壓力[2]。一般來說，當一次側電流大于等于互感器額定電流的10 倍時，可認為互感器達到飽和狀態。

在針對互感器計量運行準確度進行測試的過程當中，技術人員需要明確互感器飽和倍數的曲線發展情況，從而確保互感器計量誤差達到預期目標。在針對互感器飽和倍數曲線進行繪制的過程當中，系統需要綜合考量互感器額定電流限值、激磁安匝數值、互感器最大磁密、二次繞組負載阻抗以及負載阻抗限值，最終求得不同電流運行狀態下的誤差情況，實現對飽和倍數誤差曲線的繪制。

除此之外，技術人員還可以基于電力回路運行實際狀態以及互感器計量實際需求采用伏安特性法實現對電量計量誤差的有效校驗。首先將互感器接入目標計量回路當中，并在互感器的二次繞組兩端加大電壓，進而針對互感器數值進行分析，最終得到互感器運行過程當中一次繞組與二次繞組中電流與電壓之間的關系，并將目標計量回路運行數值帶入關聯函數當中，形成互感器伏安特性曲線（圖2），基于曲線函數與實際計量數值進行比對，從而使互感器計量誤差能夠得到相應體現，實現對電能計量誤差的有效校驗。

圖2 某型電流互感器伏安特性曲線

2.3 數字分析與計算模塊

最后，在信號采集與誤差校驗過程完成后，技術人員需要基于互感器計量準確性測試系統針對計量測定數值與信號進行分析與計算，從而得出最終實驗結論。具體分析計算工作主要涵蓋以下兩個方面的內容。

（1）應針對電能互感器計量設備的計量精度進行計算。在電能互感器的運行過程當中，影響其計量精度的主要參數包括比值與角差兩個主要部分，在針對比值進行計算的過程當中，系統需要關注到電能互感器不同繞組之間輸出比值、測定目標回路二次輸出值等參數，而在針對角差進行計算的過程當中，計量準確度核驗測試系統還需要關注到互感器運行頻率、運行延時以及不同繞組二次輸出過程當中所產生的相位移，進而使計量設備的計量精度得到更加顯著的展現。

（2）應針對電能互感器計量過程當中產生的不確定度進行計算。受到環境因素、設計因素等影響和限制，導致電能互感器運行過程當中可能會產生各種不確定性現象，從而對于計量結果的準確性產生不良影響，因此在針對計量設備計量準確性能進行測試的過程當中，系統分析與計算模塊還應當針對不確定度進行合理計算與評估[3]。在正式開始計算之前，技術人員需要基于計量準確度測試系統將影響目標回路電能計量工作的不確定因素進行列舉，并構建相關評測模型，為后續計算工作提供相應的技術支持。技術人員可針對不同類型不確定因素對于計量精度的影響進行加權，并將最終得到的結果列出，利用分布預測的方式對電力回路電能計量分布進行分析，得出電力回路不確定度計算修正額度，使計量結果更加準確可靠，從而為電力回路的相關運行決策提供更加清晰的引領和指導。

3 計量測試技術分析

由上文可以得知，在針對多種互感器進行計量準確性測試的過程當中，其測試系統所涉及的技術內容與技術路徑較為復雜，具體來說包括以下4 個方面內容。

3.1 信號采集技術

首先是針對不同類型信號的高清晰度采集技術。在針對電力回路互感器計量準確度進行測試之前，信號數據的采集工作是保障后續計量準確性與可靠性的前提，同時也是比對不同類型互感器計量準確性的關鍵所在。現階段常用的電能互感器類型主要包括電磁式互感器以及電子式互感器兩種，而在實際應用過程當中，這兩種互感器由于其技術原理以及應用特征各不相同，因此在信號輸出方面同樣也會存在一定的差異，一般來說，傳統的電磁式互感器主要輸出模擬電信號，而電子式互感器主要輸出的則是數字信號，在針對這兩種互感器的計量性能與計量精度進行比較和測試的過程當中，同樣需要將這兩種信號進行統一，基于A/D 轉換采集器實現對信號的實時轉換，有效減少了信號采集與輸送過程當中因環境因素以及人為操作因素導致的信號丟失現象，同時還能進一步強化信號采集精度與清晰度，有效滿足計量測試對于信號采集工作的相關需要。

3.2 數據同步技術

其次，還需要利用好數據同步技術進行信號采集與分析。由于電力回路往往會發生瞬時變化，因此一旦計量測試出現時間誤差，即可能會對最終的測定結果造成嚴重的影響。測試系統需要盡可能確保多種類型互感器運行狀態以及運行參數的同步監測與數據采集，確保最終結果的可比性。技術人員可將GPS 時鐘同步技術引進到互感器計量準確性測試系統當中，由時鐘同步裝置向不同類型互感器以及A/D 采集器發出相應信號，并針對回饋信號同樣也進行同步采集，使PC機能夠獲取到更加精準的數據來源，為后續計算與比較工作提供相應的數據支持。

3.3 數據處理技術

影響電能互感器運行性能與運行成效的原因較為多樣，導致其數值誤差的因素同樣也較為復雜，因此需要高效的數據處理技術予以相應地推動和保障。其數據處理流程為：首先由GPS 時鐘同步裝置向信號源發出相關信號，并針對標準信號源反饋的相關信息進行采集，將數據信息輸入處理技術模塊當中，針對不同類型電能互感器運行過程當中出現的比差與角差予以驗證，并在交互界面顯示相關比較結果，由技術人員對結果進行讀取和存儲，實現對不同類型電能互感器性能以及檢定準確度的測試。在數據處理過程當中，系統需要針對信號源當中的數據類型、特定節點采樣值、采樣率、數值狀態等內容進行全面分析，并對數值分量進行計算，從而得出最終的比對結論[4]。

3.4 誤差定位技術

受到互感器類型、互感器設計、電力回路運行狀態、信號轉換失真以及軟件計算性能等客觀因素的影響，均可能會對不同類型互感器對于回路當中相關參數的計量準確性產生差異化的影響，這些影響同時也會使計量結果與實際結果之間出現誤差。因此為了盡可能減少誤差對于計量準確性測試產生的影響，使互感器性能測試的開展更加科學合理，需要在測試過程當中針對誤差進行定位并采取針對性手段對其進行處置，使誤差對計量準確性測試的影響得以有效減少，使測試平臺的應用可行性得到全面提升。

在針對互感器計量測試誤差進行定位的過程當中，需要關注不同互感器二次繞組輸出與一次繞組實際參數之間的比值，同時還需要針對被測互感器以及目標測試回路二次輸出幅值進行明確，從而使電流變化對于互感器計量準確性的影響被降至最低[5]。

4 實際運行驗證

為了確保互感器計量準確度測試系統運行有效性，可針對其進行實際驗證和測試。在傳統的電力系統計量測試領域當中，常用的測試技術主要包括圖像處理技術以及模板匹配技術等兩種主要類別，與本文所述準確度測試技術相比而言，其精度誤差與不確定性誤差均具有一定的劣勢，可以說明采用本文所述電力互感器計量準確度測試技術方法的可行性與科學性較強，值得推廣應用。

5 結語

總而言之，隨著時代的不斷發展以及電力系統技術水平的不斷進步，提升電力系統運行計量精度已成為保障供電單位效益，減少供電損失的關鍵所在。本文針對多種類型電力互感器的運行要求以及運行特征進行了分析，介紹了互感器計量準確度測試系統的主要功能模塊，并對于測試系統運行過程當中的技術依據進行了闡述，力求拓展電能計量領域的發展空間，促進電力系統效益的不斷進步。