電流互感器自動(dòng)化檢定系統(tǒng)誤差試驗(yàn)單元驗(yàn)收方法

/ 浙江省計(jì)量科學(xué)研究院

0 引言

電流互感器指的是一種在正常使用條件下其二次電流與一次電流實(shí)際成正比、且在連接方法正確時(shí)其相位差接近于零的互感器。電流互感器按照電壓等級(jí)的大小可分為低壓電流互感器、中壓電流互感器和高壓電流互感器；按照其功能又可分為測(cè)量用電流互感器和保護(hù)用電流互感器。由于測(cè)量用電流互感器作為整個(gè)電能計(jì)量的前端，其計(jì)量性能好壞將直接決定著整個(gè)電能計(jì)量的準(zhǔn)確與否，所以，測(cè)量用電流互感器一直是國(guó)家依法管理的計(jì)量器具，技術(shù)監(jiān)督部門和電力部門都非常關(guān)注其計(jì)量性能的優(yōu)劣。技術(shù)監(jiān)督部門對(duì)企業(yè)的測(cè)量用電流互感器開展型式批準(zhǔn)和定型鑒定，而作為使用方的電力部門對(duì)采購(gòu)的每一只測(cè)量用電流互感器在投入使用前進(jìn)行首次檢定。

隨著電力行業(yè)的迅猛發(fā)展，電力部門對(duì)測(cè)量用電流互感器的采購(gòu)量越來越大，原先的手工檢定方式對(duì)計(jì)量機(jī)構(gòu)的檢定能力提出了挑戰(zhàn)，特別是對(duì)應(yīng)用量極大的計(jì)量用低壓電流互感器更是如此。所以，國(guó)內(nèi)的電力部門計(jì)量中心已經(jīng)開始著手研究針對(duì)計(jì)量用低壓電流互感器的全自動(dòng)檢定系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電流互感器檢定輸送系統(tǒng)和電流互感器檢定裝置兩部分組成。其中，檢定輸送系統(tǒng)主要包括上料單元、輸送單元、接拆線單元、打標(biāo)單元、空箱緩存單元、下料單元等；檢定裝置主要包括外觀檢查單元、絕緣性能試驗(yàn)單元和誤差試驗(yàn)單元。系統(tǒng)建成后，將實(shí)現(xiàn)計(jì)量器具“自動(dòng)化檢定、智能化倉(cāng)儲(chǔ)、物流化配送”功能，即計(jì)量用低壓電流互感器從新購(gòu)入庫(kù)、待檢出庫(kù)、上料分揀、自動(dòng)檢定、下料裝箱、箱表入庫(kù)、配送出庫(kù)等全過程生產(chǎn)作業(yè)的智能化和自動(dòng)化。在提升計(jì)量公信力的同時(shí)，還可減少各類作業(yè)人員90%以上。而在這個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，從計(jì)量性能的角度上說，最為核心的即為誤差試驗(yàn)單元。自動(dòng)化檢定系統(tǒng)作為一種全新的檢定模式，按照J(rèn)JF 1033-2014《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》的有關(guān)要求對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)收時(shí)，必須有別于以前單一的手工檢定模式。

1 電流互感器工作原理

低壓電流互感器的工作原理如圖1所示。

圖1 電流互感器工作原理

電流互感器的一次繞組串聯(lián)在被測(cè)線路中，I1為線路電流即電流互感器的一次電流，N1為電流互感器的一次匝數(shù)，I2為電流互感器的二次電流（通常為 5 A、1 A），N2為電流互感器的二次匝數(shù)，Z2e為二次回路設(shè)備及連接導(dǎo)線阻抗。當(dāng)一次電流從電流互感器P1端流進(jìn)，P2端流出，在二次Z2e接通的情況下，由電磁感應(yīng)原理，電流互感器二次繞組有電流I2從S1流過，經(jīng)Z2e至S2，形成閉合回路。由此可得，電流在理想狀態(tài)下I1N1=I2N2，所以有I1/I2=N2/N1=K，K為電流互感器的變比。

2 自動(dòng)化檢定系統(tǒng)工作原理

自動(dòng)化檢定系統(tǒng)可分為電流互感器檢定輸送系統(tǒng)和電流互感器檢定裝置兩部分組成。當(dāng)計(jì)量中心的生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)下達(dá)檢定任務(wù)，倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)將裝載有待檢電流互感器的周轉(zhuǎn)箱輸送至檢定系統(tǒng)的上料單元，由檢定系統(tǒng)完成互感器的全自動(dòng)檢定作業(yè)。具體檢定流程如圖2所示。

如圖2所示，自動(dòng)化檢定系統(tǒng)依次按以下各環(huán)節(jié)工作：

1）上料單元將周轉(zhuǎn)箱內(nèi)的互感器抓取至輸送單元內(nèi)的工裝板上，掃描互感器條碼并寫入工裝板RFID。

2）輸送單元按預(yù)先設(shè)置的檢定流程，依次將工裝板輸送至外觀檢查單元、絕緣試驗(yàn)單元、誤差試驗(yàn)單元、打標(biāo)單元、下料單元，在進(jìn)入各功能單元前讀取工裝板RFID內(nèi)互感器信息，與功能單元的工位進(jìn)行信息綁定，存放于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)，進(jìn)入各功能單元時(shí)對(duì)工裝板進(jìn)行快速分揀和精確定位。

3）在外觀檢查單元，加載工作電壓，由紅外觸發(fā)器觸發(fā)互感器全屏和指示燈，工業(yè)相機(jī)拍照完成液晶圖像識(shí)別。

4）在絕緣試驗(yàn)單元，自動(dòng)接拆線裝置完成接線，進(jìn)行耐壓和絕緣試驗(yàn)。

5）在誤差試驗(yàn)單元，按預(yù)先編制的檢定方案完成互感器誤差檢定。

6）在打標(biāo)單元，對(duì)檢定合格互感器進(jìn)行檢定日期的激光刻錄。

7）在下料單元，將合格互感器從工裝板抓取至合格箱，不合格和異常的互感器抓取至異常下料箱，并將互感器信息和箱號(hào)綁定，完成后將裝箱信息上傳至生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)。

3 誤差試驗(yàn)單元工作流程

本單元按照J(rèn)JG 313-2010《測(cè)量用電流互感器》的要求對(duì)互感器誤差進(jìn)行檢定。當(dāng)被檢互感器進(jìn)入誤差試驗(yàn)工位后，依次完成一次繞組穿心動(dòng)作（僅對(duì)母線式互感器）或一次繞組壓接動(dòng)作（僅對(duì)復(fù)匝式互感器）、二次繞組壓接動(dòng)作，完成開路退磁、繞組極性檢查、絕緣測(cè)試、耐壓試驗(yàn)基本誤差測(cè)量等項(xiàng)目。

4 誤差試驗(yàn)單元的驗(yàn)收方案

誤差試驗(yàn)單元作為自動(dòng)化檢定系統(tǒng)中最為核心的步驟，其單元的驗(yàn)收方案應(yīng)該以JJF 1033-2014中相關(guān)要求為準(zhǔn)則，以電流互感器計(jì)量方法為出發(fā)點(diǎn)，并結(jié)合自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的特殊性，故在驗(yàn)收時(shí)需考慮以下特殊因素：

1）多路輸出的一致性測(cè)試。由于自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的誤差試驗(yàn)單元具有12路測(cè)試回路，可同時(shí)對(duì)12只互感器進(jìn)行誤差檢定（其中母線式互感器一次繞組穿心，復(fù)匝式互感器一次繞組壓接）。由于12路誤差輸出的獨(dú)立性和隨機(jī)性，可能會(huì)導(dǎo)致隨機(jī)的兩路誤差檢定單元在檢定同一只互感器時(shí)，出現(xiàn)誤差數(shù)據(jù)偏差極大的現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)同一只互感器在隨機(jī)的兩路誤差檢定單元的誤差結(jié)果完全相反的情況，所以，在驗(yàn)收時(shí)，必須要考慮到多路輸出的一致性。

2）二次繞組壓接情況不正常測(cè)試。自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的誤差試驗(yàn)單元針對(duì)被檢電流互感器二次繞組，均采用自上而下的壓接方式。而在大批量檢定過程中，由于被檢電流互感器壓接處的螺絲松緊不同，會(huì)直接導(dǎo)致壓接過程的接觸電阻不同，在試驗(yàn)過程中，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏差，并出現(xiàn)相反的結(jié)果。

3）在極性相反的情況下導(dǎo)致對(duì)計(jì)量結(jié)果的影響。供應(yīng)方在出廠時(shí)，由于繞線錯(cuò)誤，導(dǎo)致互感器極性相反，這將對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生極大的影響，比如：在計(jì)量接線方式為三相三線，正確接線時(shí)的有功功率為

圖2 自動(dòng)化檢定系統(tǒng)工作原理

假如A相電流互感器極性接反，詳見接線圖3和相量圖4，這樣可以得出：公用線的電流Io是相電流的

圖3 接線圖

圖4 相量圖

電能表一的電流滯后電壓的角度為

電能表二的電流滯后電壓的角度為30°-φc； 所以錯(cuò)誤接線時(shí)的有功功率為

若功率因數(shù)cosφ= 0.9，則當(dāng)A相計(jì)量互感器極性接反，漏計(jì)電能為實(shí)際計(jì)量電能的：

如果計(jì)量接線方式為三相四線，則正確接線時(shí)的有功功率為

三相電路平衡時(shí)，Ua=Ub=Uc=U，

假如A相電流互感器極性接反，詳見圖3和圖4。公用線的電流Io是相電流的2倍，A相電流為-Ia，所以錯(cuò)誤接線時(shí)的有功功率為

則當(dāng)A相計(jì)量互感器極性接反，漏計(jì)電能為實(shí)際計(jì)量電能的：

5 誤差試驗(yàn)單元技術(shù)路線

針對(duì)誤差試驗(yàn)單元的上述三個(gè)特殊因素，在驗(yàn)收時(shí)，可分別采取不同的方法進(jìn)行驗(yàn)證。

1）多路輸出的一致性測(cè)試。具體的驗(yàn)收方案為，從樣品庫(kù)選取一只合格的電流互感器，依次在12路誤差試驗(yàn)單元按照J(rèn)JG 313-2010的要求進(jìn)行誤差測(cè)試，測(cè)試后對(duì)12個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算出在額定電流100%的比值差和相位差的最大極差，其極差應(yīng)小于該試驗(yàn)單元的比值誤差和相位誤差的擴(kuò)展不確定度。比如，選取一只800/5 A的0.2S級(jí)被檢電流互感器，經(jīng)過12個(gè)表位測(cè)試后，得到比值差的最大極差為0.011%，相位差的最大極差為0.68′，均小于該誤差試驗(yàn)單元的擴(kuò)展不確定度（分別為0.018%和 0.76′）。

2）極性相反情況下測(cè)試。具體驗(yàn)收方案為，讓供應(yīng)方特制一個(gè)極性相反的電流互感器，該異常的互感器進(jìn)入誤差試驗(yàn)單元壓接并退磁完成后，在升流時(shí)，會(huì)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)極性錯(cuò)誤，并報(bào)警提示。

6 結(jié)語

通過對(duì)自動(dòng)檢定系統(tǒng)和其誤差試驗(yàn)單元工作原理的分析，在確定合適的研究方案和技術(shù)路線后，并結(jié)合常規(guī)電流互感器誤差試驗(yàn)單元建標(biāo)考核要求，在技術(shù)上已經(jīng)基本上達(dá)到對(duì)電流互感器自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的誤差試驗(yàn)單元驗(yàn)收的要求。

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