一種新型電流互感器極性測試儀的研制

武 瓊 寧國麗 王志遠 鄧志陽 王添慧

（1. 國網(wǎng)天津城南供電公司，天津 300201；2. 武漢豪邁電力自動化技術(shù)有限責(zé)任公司，武漢 430223）

電流互感器是電力系統(tǒng)中實現(xiàn)電能變換的關(guān)鍵設(shè)備之一，其準(zhǔn)確與否將直接影響保護裝置動作準(zhǔn)確性[1]。目前，二次保護人員在CT檢修工作中，需要對互感器進行極性試驗，以使互感器二次回路接線滿足保護和測量的極性要求，傳統(tǒng)的測試方法包括交流注流法、直流電源法、主變一次通流法等[2-3]，但常規(guī)校驗方法需要兩人配合且試驗距離較遠（5～100m），因此信息傳遞不順暢、測試準(zhǔn)確度低、頻繁插拔試驗接線容易造成二次回路虛接和端子排損壞。文獻[4-5]研制的數(shù)字極性測試儀雖然應(yīng)用了單片機原理對傳統(tǒng)試驗方法進行了改進、可靠性和準(zhǔn)確率有所提高但仍然不能避免頻繁插拔試驗接線。

1 傳統(tǒng)極性測試原理

以現(xiàn)場應(yīng)用最多的直流電源法為例來說明傳統(tǒng)互感器極性測試原理?；ジ衅鳂O性有“加極性”和“減極性”兩種，現(xiàn)場一般采用互感器“減極性”標(biāo)注[6]，即互感器一次側(cè)電流從電流互感器同名端流入，二次電流從電流互感器同名端流出。

直流電源法是將干電池的正負極分別接到電流互感器一次側(cè)兩端，做搭、抬試驗，在互感器二次側(cè)接電流表或萬用表的 mA檔觀察指針的偏轉(zhuǎn)方向。若互感器標(biāo)識為“減極性”，做搭、抬試驗時，“搭”上電池瞬間，電流表正向偏轉(zhuǎn)，“抬”起瞬間，電流表反向偏轉(zhuǎn)，則證明極性標(biāo)識正確。直流電源法的接線如圖1所示。

圖1 極性試驗接線方式

上述方法在操作過程中需要三個人共同完成：其中一人在一次側(cè)接線，一人在二次側(cè)觀察指針偏轉(zhuǎn)情況，一人負責(zé)監(jiān)護。一組CT線圈有ABC三相，每相需要做6次試驗，共需做18次搭抬試驗，更改18次接線，過程相當(dāng)繁瑣。

2 硬件設(shè)計

新型電流互感器極性測試儀由室外機與室內(nèi)機兩部分組成，室內(nèi)機選擇試驗回路并向室外機發(fā)送實驗開始同步選相命令，室外機自動甄別互感器相別，為互感器一次側(cè)提供脈沖電流，由室內(nèi)機監(jiān)測二次側(cè)感應(yīng)電流極性是否正確。室外機和室內(nèi)機通過無線信號進行聯(lián)系，實現(xiàn)同步切換。

新型極性測試儀測試原理[7]如圖2所示。

圖2 新型極性測試儀接線原理圖

室外機包含脈沖源、無線接收單元、選通相指示（4led）、無線通信正常（1led）等功能，原理框圖如圖3所示。微處理器接收無線單元提供的選相指令，控制選相繼電器組切換到指定繞組，而后控制電容充放電，提供互感器一次側(cè)線圈所需的脈沖電流，加入到選相繼電器組指定繞組中。

圖3 室外機原理框圖

室內(nèi)機包含試驗相選擇（主動同步室外機）、脈沖電流放大、檢測與指示、報告打印與U盤存儲等功能，室內(nèi)機原理框圖如圖4所示，詳情如下：

1）一套脈沖極性檢出電路，電壓信號鉗位和比較器后驅(qū)動±100μA直流表頭，通過LED指示極性（鎖定）。CPU需保存回路編號與測試極性。

2）選相（選擇試驗回路）：室內(nèi)機通過開關(guān)手動切換，可以選擇 AN、BN、CN、AB、BC、CA檔這6種組合。CPU通過輔組觸點檢測到相應(yīng)試驗回路，并通過無線通信同步室外機，確保測試?yán)@組與被測繞組為同一回路。

3）功能指示燈：包括“相別同步成功”、“極性指示（4led）”和“試驗出錯”指示燈。

4）功能按鍵：包括極性測試、保存、打印。

圖4 室內(nèi)機原理框圖

室外機和室內(nèi)機的主控芯片采用 ST公司的STM32F103X芯片，STM32F103X是增強型系列使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72MHz，內(nèi)置高速存儲器(高達128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM)，豐富的增強I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)。所有型號的器件都包含2個12位的ADC、3個通用16位定時器和1個 PWM定時器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進的通信接口：多達2個I2C接口和SPI接口、3個USART接口、一個USB接口和一個CAN接口。

無線同步模塊采用APC230無線模塊，該模塊是高度集成半雙工微功率無線數(shù)據(jù)傳輸模塊， 其嵌入高速單片機和高性能射頻芯片。創(chuàng)新的采用高效的循環(huán)交織糾檢錯編碼，抗干擾和靈敏度都大大提高，最大可以糾24bits連續(xù)突發(fā)錯誤，達到業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先水平。APC230模塊提供了多個頻道的選擇，可在線修改串口速率，發(fā)射功率，射頻速率等各種參數(shù)。能夠應(yīng)用在非常廣泛的領(lǐng)域。

3 軟件設(shè)計

軟件部分采用模塊化設(shè)計，由C語言編寫，室內(nèi)機主程序框圖如圖5所示，室內(nèi)機和室外機上電初始化以后，室內(nèi)機檢測功能選擇開關(guān)到極性測試，并按下開始按鍵后，極性測試試驗開始。室內(nèi)機向室外機發(fā)送實驗開始同步選相命令，室外機同步切換繼電器在 CT的一次側(cè)加脈沖信號，室內(nèi)機檢測CT二次側(cè)的脈沖信號極性，并存儲到存儲器中。當(dāng)實驗結(jié)束，試驗結(jié)構(gòu)由打印機自動輸出。

室外機的主要功能是實現(xiàn)同步切換，并在在CT的一次側(cè)加脈沖信號，軟件流程圖如圖6所示。

圖5 室內(nèi)機軟件流程圖

圖6 室外機軟件流程圖

4 現(xiàn)場應(yīng)用

現(xiàn)場以某 10kV線路電流互感器極性測試進行了驗證，該CT僅有AC兩相。將互感器一次側(cè)接到室外機一次側(cè)端子上、互感器二次側(cè)接到室內(nèi)機二次側(cè)端子上，接線方式如圖7所示。打開裝置電源，鈕子開關(guān)指向極性測試，極性測試燈亮。按開始鍵，試驗開始。如果測極性區(qū)域內(nèi)上端標(biāo)有“+”的紅色發(fā)光二極管閃動，即為同極性；下端標(biāo)有“-”的綠色發(fā)光二極管閃動，則為反極性。實驗結(jié)束后，打印機可打印當(dāng)前的實驗結(jié)果。打印與存儲試驗報告格式見表 1：其中，“*”表示不存在，“0”表示不通，“-”表示反極性，“+”表示同極性。由于該10kV線路CT僅有AC兩相，因此除B相不通外，其余相別測試結(jié)果與傳統(tǒng)測試方法結(jié)果完全一致，測試結(jié)論正確。

圖7 極性試驗接線圖

表1 極性測試試驗報告

5 結(jié)論

應(yīng)用該新型電流互感器極性測試儀一次接線可以完成全部18組極性測試試驗，原有三名工作人員減少為兩人，其中一人負責(zé)接線，一人監(jiān)護，經(jīng)測算單間隔回路試驗時間減少約 3/4的時間。該測試儀通過無線通信可以實現(xiàn)開關(guān)的同步切換，避免了頻繁插拔試驗接線，減少了試驗過程中可能出現(xiàn)的安全隱患；通過單片機應(yīng)用大大提高了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，顯著提高了試驗效率與檢修質(zhì)量，縮短了試驗所需停電時間，提升了重要用戶的供電可靠性，有利于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

[1] 馬锃曌. 電流互感器接線和二次阻抗對繼電保護可靠性影響[J]. 電力學(xué)報, 2007, 22(4): 468-470, 474.

[2] 王怡. 怎樣測量電流互感器的極性[J]. 農(nóng)村電氣化,2003(5): 38.

[3] 盧迪勇. 主變一次通流校驗電流互感器二次極性[J].變壓器, 2012, 49(3): 64-66.

[4] 壽挺. 一種新型的電流互感器極性測試儀的研制[J].制冷空調(diào)與電力機械, 2008, 29(4): 86-87.

[5] 鄭杰文. 新型電流互感器極性測試裝置的研制[J].科技傳播, 2013(1): 49.

[6] 馬利人, 劉建華, 李帆. 電流互感器減極性和相量圖常見疑惑辨析[J]. 儀表技術(shù), 2014(3): 12-14.

[7] JB/T 5356—2002. 電流互感器試驗導(dǎo)則[S].