電流互感器試驗分析軟件開發(fā)與應用

王忠軍, 王燕廷

(齊齊哈爾供電公司， 黑龍江 齊齊哈爾 161000)

電流互感器試驗分析軟件開發(fā)與應用

王忠軍, 王燕廷

(齊齊哈爾供電公司， 黑龍江 齊齊哈爾 161000)

為了解決現(xiàn)場電流互感器(CT)試驗存在的人機交互界面操作不便，系統(tǒng)、算法存在局限性和時間的延遲性，數(shù)據(jù)不可靠性和數(shù)據(jù)采樣點不夠精確，結(jié)果分析誤差較大和人為因素權(quán)重影響較大，不能形成完整的試驗報告和滿足現(xiàn)場新老CT試驗設(shè)備，降低試驗設(shè)備購置成本等問題，本文基于MATLAB編程語言中的GUI界面圖形處理，開發(fā)出了滿足電力系統(tǒng)現(xiàn)場CT試驗應用軟件。

CT；變比試驗；伏安特性曲線

電流互感器(CT)在變電站中承載著一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)的聯(lián)絡功能，其主要作用是表征一次系統(tǒng)電氣量的變化，為測量裝置、計量儀表、保護裝置等二次設(shè)備提供電流二次模擬量，可以客觀反映電氣設(shè)備的故障態(tài)與非故障態(tài)。根據(jù)中國電力規(guī)程的新老標準要求，電流互感器安裝前或更換繞組后的各項試驗都是必須檢測的試驗項目。現(xiàn)場工程中為了準確客觀地反映電流互感器本體的安裝質(zhì)量，使之符合應用標準及相關(guān)技術(shù)規(guī)定，二次工作人員必須檢定其各種參數(shù)是否合格，保證測量和保護的準確度、可靠性。

現(xiàn)階段應用CT試驗裝置存在的如下不足：

1)人機交互界面操作不便，系統(tǒng)、算法存在局限性?，F(xiàn)場CT試驗儀一般都是觸屏或滾輪等操作方式，完全依附于自身系統(tǒng)支持，無法實現(xiàn)靈活的操作和數(shù)據(jù)處理。

2)時間的延遲性，“數(shù)據(jù)”(指試驗人員、試驗項目、試驗設(shè)備參數(shù)、被試驗設(shè)備參數(shù)、試驗時間、試驗數(shù)據(jù)等)的不可靠性和不完整性?，F(xiàn)場應用CT試驗裝置采用內(nèi)嵌式液晶顯示屏，僅限于當前設(shè)備在當前工作條件下運行，不包括上述“數(shù)據(jù)”。同時試驗過程中一般都是試驗人員手動記錄或憑條打印相關(guān)試驗數(shù)據(jù)，CT試驗報告的形成只能等工作結(jié)束后才能完成，從而容易導致數(shù)據(jù)失真和報告時延長。

3)數(shù)據(jù)采樣點不夠精確，結(jié)果分析誤差較大。

4)人為因素權(quán)重較影響大。試驗過程中，對數(shù)據(jù)的讀取都采用估值記錄，在某種程度上失去了試驗結(jié)果的準確性。

5)不能形成完整的試驗報告。CT試驗只單純考慮試驗特性進行試驗，不能形成滿足用戶實際需求和符合技術(shù)規(guī)范要求的試驗報告。

為了解決上述不足，本文基于MATLAB編程語言中的GUI圖形處理工具[1]開發(fā)出滿足電力系統(tǒng)現(xiàn)場不同CT試驗儀試驗過程中的“數(shù)據(jù)”實時輸入(或自動導入)應用軟件。該軟件利用相關(guān)插值算法對采樣數(shù)據(jù)進行精細化處理，繪制出平滑的伏安特性與誤差曲線，并根據(jù)CT二次等值模型與數(shù)學分析方法，對數(shù)據(jù)進行分析處理與計算，最后形成固定編制模板的完整試驗報告。

1 CT試驗分析軟件的總體框架與 工作流程

1.1 CT試驗分析軟件的總體框架

分析軟件總體框架設(shè)計如圖1所示，包括登陸系統(tǒng)界面、報告參數(shù)輸入模塊、CT基本參數(shù)輸入模塊、CT變比試驗模塊、伏安特性曲線模塊和報告生成模塊。

圖1 CT試驗分析軟件的總體框架Fig.1 CT test analysis software overall framework

1.2 CT試驗分析軟件處理工作流程

CT分析軟件處理工作流程如圖2所示。該分析軟件邏輯上遵循順序操作，逐個模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入與處理，經(jīng)數(shù)據(jù)檢查形成一個閉環(huán)式處理流程，最后通過報告生成模塊輸出word格式的規(guī)范的CT試驗報告。

圖2 試CT分析軟件處理工作流程Fig.2 CT test analysis software processing workflow

2 CT試驗分析軟件的詳細設(shè)計

2.1 CT試驗數(shù)據(jù)分析模型的建立

2.1.1 采樣數(shù)據(jù)精細化處理

針對CT伏安特性試驗數(shù)據(jù)進行精細化處理，數(shù)據(jù)處理原理如下。

定義U(I)∈C2[Imin,Imin]，且在每個小區(qū)間[Ij,Ij+1]上是三次多項式，其中Imin=I0

在節(jié)點Ij上給定函數(shù)：

Uj=f(Ij)(j=0,1,…,n),

并成立Uj=U(Ij)(j=0,1,…,n)。

2.1.2 伏安特性曲線繪制

對現(xiàn)場試驗設(shè)備測出的電流、電壓實驗數(shù)據(jù)進行精細化處理，采用描點法繪制伏安特性曲線。

Ui=f(Ii),i=1,2,…,n;

f(Ii),i=1,2,…,n;

1.2.3 10%誤差曲線校驗[3-6]

電流互感器的等值電路如圖3所示。

圖3 電流互感器等值電路Fig.3 Current transformer equivalent circuit

圖3中I1為一次折算到二次的等值電流，I2為二次負載電流。CT 10%誤差具體計算原則如下：

E0=U0-I0Z2

ZL=Z2+Zr=E0/9I0

得到允許負載為

ZY=E0/9I0-Z2

式中：E0=U0-I0Z2為內(nèi)部電動勢，U0為勵磁電壓，I0為勵磁電流，Z2為繞組漏抗，ZL為允許總負載，ZY允許二次負載。

CT10%誤差校驗如下:

一次電流倍數(shù)：M0=Krel*Izd/I1e，其中Krel為可靠系數(shù)，Izd為最大出口短路電流(一次值)，I1e為一次額定電流。

校驗點電流：Ie=M0/2，查看伏安特性得出對應電壓數(shù)，求得最大允許負載為Zen=E/9Ie-Z2

2.2 CT試驗分析軟件主界面設(shè)計

主界面(見圖4)包括登陸系統(tǒng)界面、報告參數(shù)輸入模塊、CT基本參數(shù)輸入模塊、CT變比試驗模塊、伏安特性曲線模塊、報告生成模塊以及數(shù)據(jù)顯示窗口。用戶主要在該界面上進行操作，最后點擊“報告生成”模塊，系統(tǒng)自動調(diào)用后臺數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)生成相應的word格式報告。

圖4 CT試驗分析軟件主界面Fig.4 CT test analysis software main interface

2.3 CT試驗分析軟件各實體層設(shè)計

2.3.1 登錄界面設(shè)計

登錄界面是需要提供帳號密碼驗證的界面，有控制用戶權(quán)限、記錄用戶行為、保護操作安全的作用。設(shè)計界面首先要對用戶輸入的數(shù)據(jù)進行初步驗證，判斷輸入數(shù)據(jù)是否有效，如果無效返回重新輸入，跳出“輸入數(shù)據(jù)有誤”的提示。如果有效則進行下步驗證，并彈出“登錄成功”提示。

2.3.2 報告參數(shù)界面設(shè)計

報告參數(shù)界面(見圖5)主要是輸入裝置名稱、安裝地點、試驗班組、編寫時間、批準人、審核人、負責人、編寫人等相關(guān)參數(shù)。設(shè)計界面首先對用戶是否輸入?yún)?shù)作出判斷，若輸入為空，會彈出對話框提示“請輸入?yún)?shù)”，若選項已有需要輸入的參數(shù)，可以直接選中即可。反之，添加新參數(shù)在選項中，再選中新添加的參數(shù)。

圖5 報告參數(shù)界面Fig.5 Report parameters interface

2.3.3 CT基本參數(shù)界面設(shè)計

CT基本參數(shù)界面(見圖6)包括相別、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、產(chǎn)品型號、出廠編號、繞組、變比、準確級、額定容量、額定絕緣、額定短時熱電流、額定動穩(wěn)定電流等相關(guān)參數(shù)。在界面中，上述參數(shù)可以選擇性輸入，但為了后續(xù)參與計算，變比、準確級、額定容量主要參數(shù)必須輸入。主要參數(shù)若沒有選擇，則回彈出相應的對話框提示用戶輸入。若不選擇數(shù)據(jù)保存會視為“空值”。

圖6 CT基本參數(shù)界面Fig.6 Basic parameters interface

2.3.4 CT變比試驗界面設(shè)計

CT變比試驗界面(見圖7)主要包括CT試驗接線方向(一次、二次)、用途、繞組、準確級、實測極性、實測變比、導通阻值等相關(guān)參數(shù)。界面中根據(jù)現(xiàn)場試驗的數(shù)據(jù)及結(jié)果，選擇相應的用途，輸入?yún)?shù)保存數(shù)據(jù)。

圖7 CT變比試驗界面Fig.7 CT variable ratio test interface

2.3.5 伏安特性曲線界面設(shè)計

伏安特性曲線界面(見圖8)根據(jù)現(xiàn)場伏安特性試驗得到的關(guān)鍵離散數(shù)據(jù)點，通過手動輸入或直接導入(默認.txt格式)數(shù)據(jù)，然后利用數(shù)學方法對數(shù)據(jù)作出處理(本軟件主要用三次插值的方法)，處理后數(shù)據(jù)變?yōu)榈乳g隔精細的離散數(shù)據(jù)。

根據(jù)數(shù)學理論中拐點求解方法，對處理后數(shù)列編程進行計算，得到精確的拐點，從而為判斷伏安特性曲線拐點與計算CT 10%誤差曲線提供可靠依據(jù)。

圖8 伏安特性曲線界面Fig.8 Volt-ampere characteristic curve surface

2.3.6 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)處理與分析界面(見圖9)主要對上述各界面輸入的參數(shù)實現(xiàn)后臺計算、融合、保存、輸出等功能。該界面主要是計算CT飽和10%誤差曲線是否滿足現(xiàn)場運行要求，計算二次負載參數(shù)并判斷是否滿足二次負載條件。同時，該界面能對前期數(shù)據(jù)進行后臺整合、保存，輸出到主界面中，形成一個閉環(huán)的操作流程。

圖9 數(shù)據(jù)處理與分析界面Fig.9 Statistics processing and analysis interface

2.3.7 應用系統(tǒng)的測試和編譯

根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)人員需求，找出存在的bug和不滿足現(xiàn)場需要的問題并逐步改善。

完善后系統(tǒng)被編譯生成.EXE文件，這樣可以脫離MATLAB運行環(huán)境，獨立運行在支持該應用系統(tǒng)的操作系統(tǒng)上，極大地節(jié)省用戶的存儲空間。

3 結(jié) 論

本軟件解決了現(xiàn)場CT試驗裝置帶來的人機交互界面操作不便，系統(tǒng)、算法存在局限性，CT試驗過程中存在人為因素權(quán)重影響，作業(yè)人員的工作效率低，試驗數(shù)據(jù)的可靠性差，數(shù)據(jù)采樣誤差大，結(jié)果分析誤判，以及不能形成完整的試驗報告等問題，實現(xiàn)了人機交互。本軟件可以廣泛應用在實際生產(chǎn)中，完全獨立于CT試驗設(shè)備，對不同的CT試驗設(shè)備具有通用性。

[1] 施曉紅，周佳. 精通GUI圖形界面編程[M] 北京: 北京大學出版社, 2003. SHI Xiaohong, ZHOU Jia. Proficient in GUI graphical interface programming[M].Beijing: Beijing University Press, 2003.

[2] 孫志忠，聞震初，袁慰平. 數(shù)值分析[M]. 南京：東南大學出版社, 2011. SUN Zhizhong, WEN Zhenchu, YUAN Weiping. Numerical analysis[M]. Nanjing: Southeast University Press, 2011.

[3] 黃楊明,林浩勤,吉宏浩,等. 電流互感器飽和的校核方法及應用[J]. 機電信息， 2016(15)：20-23. HUANG Yangming, LIN Haoqin, JI Honghao, et al. Checking methods and application of current transformer saturation [J]. Mechanical and Electronic Information, 2016 (15):20-23.

[4] 李強,朱永勝,李健,等. 電流互感器10%誤差現(xiàn)場校驗方法及改善措施[J]. 電工技術(shù),2011(2):66-67. ZHU Yongsheng LI qiang,LI jian,et al. Field test method and improvement measures of current transformer of 10% error [J]. Journal of Electrotechnics, 2011 (2):66-67.

[5] 陳宏山，余江，周紅陽． 繼電保護受電流互感器飽和的影響及防誤動措施[J]． 南方電網(wǎng)技術(shù)，2013，7( 1) : 65-67． CHEN Hongshan，YU Jiang，ZHOU Hongyang． The effect of current transformer saturation on relay protection and related countermeasures[J]． Southern Power System Technology，2013，7( 1) :65-67．

[6] 郭耀珠，石光，劉華，等． 保護用電流互感器10%誤差曲線現(xiàn)場測試及其二次負載校核[J]． 電力系統(tǒng)保護與控制，2008，36( 23) : 101-104． GUO Yaozhu，SHI Guang，LIU Hua，et al． The field test on secondary load of current transformer and the calculation of its 10% error[J]. Power System Protection and Control，2008，36( 23) :101-104．

(編輯 陳銀娥)

Development and application of current transformer test analysis software

WANG Zhongjun, WANG Yanting

(Qiqihar Power Supply Company, Qiqihar 161000, China)

In the field test of current transformer (CT), the existing problems are those as below: the man-machine interaction interface is unhandy to operate; system and algorithm have limitations and time delay; unreliability of data exists and data sampling points are not accurate enough; the error of result analysis is larger and the man-made factors weigh more; test report is unable to be generated imperfectly, old and new field CT test equipments are not compatible with the test and purchasing costs of test equipments are hard to be reduced. In order to solve these problems, the field CT test application software is developed based on the GUI interface graphics in MATLAB programming language to satisfy power system.

CT; variable ratio test; volt-ampere characteristic curve

2016-12-14;

2017-03-20。

王忠軍(1983—),男,工程師,碩士,從事變電站二次設(shè)計工作。

TM452

B

2095-6843(2017)03-0216-04