一鍵式電流互感器極性測試儀的設計與實現

敖健永

（廣東電網有限責任公司陽江供電局，廣東 陽江 529500）

1 電流互感器極性測試方法

電流互感器（Current Transformer，CT）是按比例將大電流變換成小電流，為繼電保護裝置、測控裝置、安全自動裝置以及故障錄波裝置等二次設備提供電氣一次回路電氣量的傳感器[1]。電流互感器一次側、二次側引出端子上一般標有“*”或“·”符號，端子上標有同一符號的是同極性端子，一般采用“減極性”標注，即從一次側標“*”端子通入交流電流時，二次電流從其二次側標“*”端子流出[2]。流入二次設備中的電流反映了電氣一次回路電流的相位、電流互感器及其二次回路接線極性是否正確，直接關系到繼電保護裝置、測控裝置、安全自動裝置以及故障錄波裝置等二次設備的準確工作，與電網的安全穩定運行息息相關[3,4]。

在電流互感器新安裝、更換或二次電流回路發生變動時，為了避免電流互感器的極性錯誤導致繼電保護不正確動作或電能計量錯誤等事件的發生，投運前的驗收階段需要進行電流互感器極性試驗，投運期間需要進行帶負荷測試，以確保電流互感器及其二次回路接線正確。傳統的電流互感器極性測試方法主要有直流電源法、主變一次通流法等，其中現場經常使用直流電源法[5,6]。

直流電源法需要的工具材料主要包括2節干電池、1個指針式萬用表、1個小開關以及若干個試驗線等，接線如圖1所示[7-9]。

圖1 直流電源法測試電流互感器極性連接

將干電池串聯后的正、負極接至電流互感器一次側兩端，正極接至電流互感器一次側標“*”端子,負極接至電流互感器一次側非標“*”端子。將指針式萬用表調至毫安檔，正極接至電流互感器二次側標“*”端子,負極接至電流互感器二次側非標“*”端子。做搭、抬試驗（合上、斷開小開關K），觀察指針的偏轉方向。若小開關K合上瞬間萬用表指針正向偏轉，小開關K拉開瞬間萬用表指針反向偏轉，則說明該電流互感器及二次回路接線為減極性。若萬用表指針偏轉方向與上述相反，則說明此電流互感器及二次回路接線為加極性。

傳統直流電源法存在以下缺點：（1）使用工具較多、接線復雜煩瑣、費時費力、效率較低；（2）人工觀察指針偏轉，存在指針偏轉不明顯或偏轉過大造成誤判的情況；（3）需要多人配合操作，開關場地一次側接線操作及監護需要2人，保護室二次側指針偏轉情況觀察及監護需要2人，一般通過對講機或電話溝通，存在信息傳遞不順暢導致測試不準確的問題。

針對以上問題，本文設計了一鍵式電流互感器極性測試儀。基于直流電源法，以可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）一體機為核心，通過無線通信完成測試相別自動切換，實現對直流電源激勵及電流互感器二次側感應電流響應的快速準確處理，由PLC一體機執行邏輯判斷，實現對電流互感器極性的檢測和判定，將測試結果通過觸摸屏和語音模塊輸出，可以準確、快速、便捷地完成電流互感器極性測試。

2 總體設計方案

一鍵式電流互感器極性測試儀由主機和從機組成。按下測試鍵后，主機依次選擇測試相別，通過無線通信技術發送選相及測試命令給從機。從機接收到指令后，同步切換相別，并向指定相別電流互感器提供脈沖電流。主機實時監測電流互感器二次側感應電流，由PLC一體機執行邏輯判斷功能，判定電流互感器極性是否正確。測試儀接線原理如圖2所示。

圖2 測試儀接線原理

3 軟硬件設計

3.1 硬件設計

一鍵式電流互感器極性測試儀主機、從機硬件架構基本一致，主要由PLC、電源模塊、外部開入模塊、激勵輸出模塊、響應檢測模塊、語音模塊、觸摸屏以及通信模塊等組成，整體結構如圖3所示。

圖3 整體結構

（1）核心部件采用三菱公司型號為FX1N的PLC。PLC是一種將計算機技術和繼電器控制相結合的工業控制器，一般由中央處理器、存儲器、輸入/輸出接口、電源及其他各種接口組成，應用領域非常廣泛[10]。

（2）激勵輸出模塊主要由電池、電解電容以及繼電器接點組成。準備極性測試前，電解電容通過繼電器接點切換到電池側，給電解電容充電。極性檢測時，電解電容通過繼電器接點切換到電流互感器側，向電流互感器的一次側放電，從而在電流互感器二次側感應出電動勢。

（3）響應檢測模塊主要由高精度電流檢測模塊、二極管、電阻以及繼電器接點組成。電流互感器二次側線圈、高精度電流檢測模塊、二極管、電阻以及繼電器接點等構成回路，當電流互感器二次側感應出電動勢時，二次側回路將出現感應電流，利用二極管的單向導通性，通過高精度電流檢測模塊檢測電流有無，再通過PLC進行極性判斷。

（4）通信模塊主要由全網通遠程控制器和433 MHz射頻遙控收發器組成。采用4G通信和射頻通信相結合的方式實現主機和從機間高速、可靠的數據傳輸，滿足現場復雜環境和遠距離測試需求。

3.2 軟件設計

一鍵式電流互感器極性測試儀軟件部分采用梯形圖編寫，軟件流程如圖4所示。

圖4 軟件流程

主機、從機上電初始化，根據按鍵選擇判斷是否測試。按下測試鍵后，主機將依次選擇測試相別，通過無線通信技術向從機發送選相命令和激勵輸出測試命令。從機接收到指令后，同步切換相別，并給CT一次側施加脈沖信號。同時，主機實時監測CT二次側的感應電流，通過PLC一體機判斷電流互感器的極性，通過觸摸屏和語音模塊輸出結果。

4 樣機研制

根據上述軟硬件設計，自主研制了一鍵式電流互感器極性測試儀樣機，如圖5所示。

圖5 測試儀樣機

將該測試儀試用于變電站新建110 kV線路間隔驗收現場，開展實際電流互感器極性測試，測試結果與傳統直流電源法的結果一致，具有較好的應用價值。

5 結 論

采用一鍵式電流互感器極性測試儀可以快速、準確、便捷地測試電流互感器的極性，通過無線通信技術實現測試相別切換和測試指令傳輸，避免了人工頻繁改接線和對講機溝通不暢等問題，可以大幅提高現場工作效率，有效提升供電可靠性。通過PLC一體機自動判別，有利于提高繼電保護的可靠性和電網安全性。該測試儀效果卓越，發展前景良好，可以廣泛應用于電流互感器極性測試。