電力系統用電檢查的可換鉗頭電流表設計

賈黎霞，林方漫，曾祥明

（海南電網公司海口供電局，海南 海口 570100）

0 引 言

隨著各行各業用電需求的不斷提升，我國電力系統得到迅猛發展。然而在電力系統運行過程中，用電異常現象時有發生，為保障電力系統可靠供電，需定期進行用電檢查工作。電力系統在開展用電檢查作業時，必須選擇合適的工具，以此保證電力測量現場工作順利完成。鉗形電流表是電力系統計量現場常用的檢查工具，其使用的便捷性和適用性直接關系到測試人員的工作效率與人身安全。然而，我國市場上的鉗形電流表多為普適設計，雖然可應用于多種行業，但并沒有針對電力行業做必要的針對性設計，所以在鉗形電流表使用過程中，很多特殊場景的測量不便，為電力系統用電檢查工作帶來一定困難[1]。因此，本文在確保鉗形電流表基本功能的基礎上，設計一種可適應多種復雜作業環境的可換鉗頭電流表，以期解決電力系統用電檢查現場排線擁擠、空間狹小不方便讀數等問題，對于我國電力系統低壓的測試具有重大意義。

1 可換鉗頭電流表設計原理

本文設計一種用于電力系統用電檢查的可換鉗頭電流表，通過自組網方式可應用于各種計量場景。其用于電力系統用電檢查的原理就是通過計量回路不同位置的電流、電壓等特征數據，采用異常特征歸一距離法進行分析診斷，以此確定現場用電異常原因，進而快速完成測量檢查工作[2]。由于該可換鉗頭電流表采集的電力系統電壓、電流等用電特征數據的維度不同，無法直接判斷電力系統是否存在異常，因此在該可換鉗頭電流表的使用過程中，首先對電流表采集的用電特征數據進行歸一化處理，計算公式為

式中：X'為歸一化之后的用電特征數據；X為電流表采集的原始電力系統用電特征數據；Xmax、Xmin分別為原始用電特征數據的最大與最小值。在基礎上，本文基于歐氏距離來度量采集數據與正常數據之間相似性，從而實現用電異常檢查，表達式為

式中：D(X',Y')為T維歐式空間中，可換鉗頭電流表采集的電力系統用電特征數據X'與正常用電特征數據Y'之間的歐式距離；n為用電特征數據數量。在實際的電力系統用電檢查過程中，需要提前設置一個合理閾值，并將式（2）所求歐氏距離和閾值對比，如果超過設置閾值，則說明實際采集數據和正常數據之間的距離偏大，此時用電系統處于異常用電狀態。綜上，可換鉗頭電流表是電力系統用電檢查現場的必備工具，針對現場實際測量用電特征數據，通過式（1）、式（2）所示的異常特征歸一距離法，實現電力系統用電異常的分析診斷。

2 可換鉗頭電流表設計方案

2.1 結構設計

本文針對電力計量回路檢查，研究開發一套可更換鉗頭的現場測量工具，用于測量電壓、電流，為現場測量工作提供測試數據，是一種便攜、快速、實用的測試檢查工具[3]。一套工具包含主機、鷹嘴電流鉗及可開啟環形電流鉗，同時鉗頭采用可伸縮、鉗體可旋轉設計，設備配備了可擴展延長桿，可靈活應用于排線擁擠、空間狹小不方便讀數的場合[2]。本文通過對現有鉗形電流表的使用原理、適用場景、使用方法進行調研，制定出以下可行的可伸縮轉向鉗形電流表的實施方案。

如圖1 所示，本文設計的可換鉗頭電流表套裝主要由一個主機、3 個低壓從機和一個高壓從機組成，主機、高壓從機、低壓從機可單獨使用，也可以組合使用。與此同時，本文設計電流表套裝主要采用主從機配套使用模式，針對高供高計計量回路、高供低計計量回路、直通表計量回路、單相表計量回路不同的測量場景實施不同的測量方案，在不同回路下分別采取主從機配套安裝模式，安裝可更換鉗頭的電流表套裝，對計量回路進行測量，主從機之間采用無線通信方式，并且電流表套裝內嵌了電能智能診斷模塊，通過自組網方式可應用于各種計量場景、各自計量回路的實時診斷分析，示意如圖2 所示[4]。

圖1 可換鉗頭電流表套裝設備組成

圖2 可換鉗頭電流表計量回路示意（部分）

綜上，本文設計的可換鉗頭電流表適用于接線密、線間距小的測量環境，同時適用于距離高、人手不容易測量的環境，鉗頭可更換設計，可以適應不同粗細的導線。

2.2 功能設計

結合文中上述內容，本文為用于電力系統用電檢查的可換鉗頭電流表配備了智能診斷、參數測量、波形顯示、CT核查、諧波測量、電表誤差校驗等功能[5]。可換鉗頭電流表功能界面如圖3 所示。

圖3 可換鉗頭電流表功能界面（部分）

當該可換鉗頭電流表測量線纜的電壓、電流等數據時，會在電流表顯示屏上顯示測量數值，多設備同步測量，使測量數據更準確。該可換鉗頭電流表自帶的顯示屏可實時顯示電壓、電流示值以及頻率數值，并可顯示實時波形、向量圖、諧波含量諧波等，具有多組波形分析的智能檢測傳感器協作，實現主回路和二次回路的實時數據顯示功能。

3 實際應用

在可換鉗頭的電流表套裝設計完成后，需要對其進行裝配，并應用于實際電力系統用電檢查作業中，以此判斷本文設計套裝是否可行可靠。2022 年10 月，某臺區線損較高，經過多次用電檢查作業仍未發現任何問題，詳細分析有可能存在漏電現象，所以采用本文設計的可換鉗頭電流表進行用電檢查作業[3]。作業人員首先使用本文設計的電流表在臺區總表出線處進行測量，發現三相四線回路通過鉗口的電流為12 A，表明在臺區總表后發生漏電現象；其次再采用電流表測量分支線路的電流，其中第1、3 條分支線路通過鉗口的電流為0 A，第2 條分支線路通過鉗口的電流為12 A，表明漏電現象發生在第2 條分支線路上；最后作業人員使用本文設計的可換鉗頭電流表沿著第2 條分支線路逐步檢測，最終在第二個下火線處測到了12 A 的漏電電流，表明此處存在漏電點。在本次漏電檢查作業過程中，可換鉗頭電流表的漏電查找界面如圖4 所示。

圖4 可換鉗頭電流表漏電查找界面

由上述內容可知，本文設計的可換鉗頭電流表可以準確檢測到電力系統的漏電現象，且通過直觀讀取漏電電流數值，克服了驗電筆查找漏電點安全性低等缺點。與此同時，為驗證本文設計可換鉗頭電流表套裝的工作效率，使用傳統鉗形電流表作為對照組，以同樣的操作順序對臺區漏電電流進行檢測，逐步記錄下完成每一步檢測工作所需時間，并與本文設計電流表進行對比，結果如表1 所示。

表1 電力系統漏電檢查實測報告

本文設計可換鉗頭電流表檢查臺區漏電點僅需128 s，較傳統鉗形電流表的檢查時間縮短了89 s，說明本文設計的電流表具有更快的工作效率[4]。綜上，本文設計的可換鉗頭電流表具有良好的可擴展性，可適應多種復雜作業環境。電流表配備的伸縮桿簡單實現了設備伸縮測量功能，可順利進入很多不便進入的測量場景，同時通過更換不同鉗頭，適用于不同直徑、不同測量環境下的測試線纜。該電流表不僅小巧便攜，易于測量，而且可以顯著提升工作效率[5]。

4 結 論

本文設計的可換鉗頭電流表屬于用電檢查實用工具，可解決目前電力行業鉗式電流表針對接線密、線間距小、距離高、人手不容易測量等特殊測量環境測量不方便的問題。但由于時間有限，文中設計的電流表仍存在一定不足，如項目采用成熟電流鉗外形樣式，以達到便攜易用的效果，但受限于外殼結構和大小，硬件選型必須適應外殼尺寸，給芯片選型和線路板的繪制帶來一定的難度，因此需要增強硬件知識儲備，為今后開發更實用化的設備奠定研發基礎。