基于電壓型現場電流互感器檢定裝置全自動檢定系統設計

蘇躍龍 閆憲峰

前言

現場電流互感器檢定裝置 (以下簡稱檢定裝置 )主要用于電力電流互感器的檢定，因其檢測原理的不同，可以在更低的工作電流（5%～20%額定電流下或甚至更小的電流）下，集成標準互感器、數據采集器、主控器等，通過檢測被檢電流互感器在任意點下的比值差補償值和所需測試點的額定電流下的導納，經過運算處理器，測得其誤差。其優點在于，工作電流的降低，減少了大電流設備，現場工作更便捷，設備便攜，提高了工作效率。

為保證裝置精度，需要對檢定裝置進行檢定，檢定過程有分部件檢定和整體檢定，分部件合格后，還需對其進行整體比對。通過對一有標準誤差數據的電流互感器進行測試，其檢定裝置測試誤差與標準數據相差不大于1/3電流互感器誤差限值。檢定裝置根據其實現方式不同，檢定裝置電壓型、阻抗型和電流型[1]，其數學模型一致，主要不同在標準器，電流型的標準器為空載電流互感器；電壓型為空載電壓互感器；阻抗型為功率因素0.8且二次負荷為5VA或10VA的電流互感器。本文選取電壓型互感器現場檢定裝置進行全自動檢定系統設計，其理論源于趙修民教授的“低壓外推法測電流互感器誤差”，根據此原理設計的檢定裝置在計量中應用范圍廣。但長期以來，在檢定裝置的計量檢定過程中，普遍存在人工接線，紙質記錄等效率較低的方式進行裝置的檢定，而近年質量檢驗越來越嚴格，為提高工作效率和計量準確性方面，本文設計一種全自動電壓型檢定裝置檢定系統。

一、電壓型檢定裝置全自動檢定系統方案設計

（一）電壓型檢定裝置原理

電壓型檢定裝置檢定原理，基于其工作原理為鐵芯勵磁，線圈感應，電流互感器和電壓互感器可以等效考慮，對其檢定溯源；在最大磁導率處測被檢互感器的誤差和導納，再通過低壓下的導納，外推出在低壓相應測試點的額定電流和相應負荷下的誤差。

現場檢定裝置的數學模型[2]為：

（二）技術方案

根據電壓型檢定裝置原理,檢定分為校驗儀百分表回路檢定、校驗儀誤差回路檢定、標準器檢定和整體數據比對實驗。系統設計需滿足以上四種檢定功能，同時考慮安全性、可靠性和拓展性。采用單元化、模塊化設計，實現功能單元化，子功能模塊統一；反饋型設計網絡保證系統實時控制；模塊通過各種通訊方式進行交互，便于后續改進。系統設計圖如下：

圖1 電壓型檢定裝置全自動整體檢定系統

（三）系統組成

電壓型檢定裝置全自動整體檢定系統由PC機測試系統、高準確級標準器、全自動整體檢定裝置和被檢電壓型檢定裝置構成。PC機測試系統控制檢定項目（校驗儀百分表檢定、校驗儀差值回路檢定、內附標準互感器檢定、整體比對實驗）命令的下發、處理被檢裝置上傳的檢定數據、數據維護和報告輸出等；高準確級標準器為系統提供5～5000/5和5～25000/1的高準確級變比，并能根據接收到的信號變比自動切換；全自動整體檢定裝置基于BHE原理進行線路自動切換。

（四）工作流程

PC機下發檢定指令，高準確級標準器、全自動整體檢定裝置和被檢電壓型檢定裝置收到指令各自進行切換，依次檢定百分表、校驗儀、標準器和整體檢定等檢定項目，檢定數據同步上傳PC測試系統，根據收到的檢定數據進行數據處理、超差判斷、報告輸出。

作為檢定檢定裝置內置標準器的高準確級標準器（0.01級）具有通訊功能，可根據接收命令進行變比自動切換，可實現多種變比標準器。

二、系統檢定線路

（一）校驗儀誤差檢定線路

圖2中顯示為BHE型整體檢定裝置進行校驗儀誤差檢定。傳統測試方法為，首先進行線路連接，在BHE上進行測試項目切換，其次通過在BHE上給出不同的標準數據，在電壓型（圖中以HLE1符號表示）裝置上測出實際的數值，并進行紙質記錄，《JJG169-2010》中以不超過2級校驗儀為準[3]。

圖2 BHE檢定內附校驗儀測誤差回路

系統中AX和KD與HLE1型檢定裝置U和DU進行連接，系統通過U輸出電壓供給全自動整體檢定裝置，依次生成不同的高準確級標準信號供給HLE1型裝置，HLE1型裝置采集誤差數據。

（二）內附電壓標準器檢定線路

圖3中為電壓型（HLE1型）內附標準器檢定線路。傳統測試方法為：依次檢定5～5000/5A和5～25000/1A內置標準器，每個變比需換接線路，記錄檢定數據并進行超差判斷，以不超過0.05級標準器為準。

圖3 內附標準器檢定線路

系統中U1和U2與HLE1型裝置U和DU進行連接，通過U輸出電壓供給標準一次電壓U1，二次電壓U2與HLE1型裝置內附標準器作差，系統依次進行各變比標準器檢定，HLE1型裝置采集標準器差值數據。

（三）整體檢定線路

圖4中為HLE1型裝置整體檢定線路。傳統測試方法為：對5～25000/5A和5～5000/1A現場電流互感器，選取若干典型的電流比采用傳統方法和HLE1型檢定裝置分別進行檢定。比較二者差值，其測試結果不能超出被試電流互感器準確等級，且差值在相應測量點誤差限值的1/3內。

圖4 整體檢定線路

系統中電流互感器K1，K2和L1，L2與HLE1型裝置U和DU進行連接。系統控制HLE1型裝置進行誤差測試。

三、關鍵技術

設計系統的關鍵技術在于：

①高準確級標準器的實現，該標準器基于BYL1型0.01級標準電壓互感器，其集成變比為5～25000/5A和5～5000/1A，變比多，范圍寬，在設計實現各檔位自動切換時需考慮變比高壓切換，確保在升壓過程和高壓采集時不能勿動作，解決了高低壓之間的干擾問題。由于空載電流標準器為空載電壓互感器，切換器件接觸電阻很小，其引入的誤差忽略不計，通訊采用光耦隔離設計，消除各系統間的串擾。

②BHE整體檢定裝置自動化實現，BHE整體檢定裝置為旋鈕式，需手動調節、手動測試，在保證原有精度的基礎上，增加MCU處理器，開關繼電控制，通訊模塊，使其成為可控設備。因為BHE測量功能多（電壓、電流、阻抗、導納），測量精度范圍寬（六檔），功能冗余，所以保留電流、導納測量功能，選取三檔測量精度，使系統更加精簡。

四、系統運行效果

電壓型檢定裝置全自動檢定系統可用于計量檢定和設備出場檢定，實現了一次接線，全自動檢定電壓型裝置的百分表、校驗儀誤差回路、內置標準器和整體檢定等項目，會自動生成測試報告，總流程時間較傳統人工測試方法從0.5天/人提高為0.05天/人，大大提高了檢定效率和檢定準確度，且原始記錄易追溯；同時各項項目檢測數據與原始數據基本一致，如下表1、表2、表3、表4所示，百分表滿足1級，差值回路滿足2級，內附標準器滿足0.05級，整體比對差值小于誤差限值1/3。

表1 百分表回路誤差對比

表2 20%額定電流下差值回路誤差對比

表3 500A/5A內附標準器和測差回路綜合檢定數據對比

表4 變比500A/5A、二次負荷10VA、功率因數0.8的電流互感器誤差數據對比

結論

全自動整體檢定系統的研制有助于提高電壓型現場互感器檢定裝置的檢定效率，提高了檢定準確率；系統模塊化設計便于模塊技術迭代，提高了產品的性能。