高壓計(jì)量箱檢定系統(tǒng)研究

廖飛揚(yáng) 鐘震

摘 要：我國(guó)安裝在電網(wǎng)上的計(jì)量箱（三相組合互感器）有數(shù)百萬(wàn)臺(tái)套，且隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展以及近幾年的電網(wǎng)改造，計(jì)量箱的數(shù)量在不斷增加。如此巨大量的新裝計(jì)量器具，仍然沿用單相法進(jìn)行檢定驗(yàn)收，沒有真實(shí)檢出產(chǎn)品的實(shí)際性能，這就無(wú)法保證計(jì)量的準(zhǔn)確可靠，尤其是在廠家的出廠試驗(yàn)都沒有進(jìn)行同時(shí)通入三相電流和電壓的情況下。本文主要對(duì)高壓計(jì)量箱檢定系統(tǒng)進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：高壓計(jì)量箱；檢定系統(tǒng)；研究

1 系統(tǒng)原理

本文提出了一種高壓計(jì)量箱的檢定系統(tǒng)，能提供一種可以模擬高壓計(jì)量箱在運(yùn)行狀態(tài)下的誤差檢定，其接線簡(jiǎn)單安全可靠，在一次接線后，可以完成高壓計(jì)量箱中所有電壓互感器、電流互感器的測(cè)量，使工作效率和安全都有了明顯的提高。本系統(tǒng)包括三相程控電源、升壓器、高壓升流器、高壓標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器、三相互感器校驗(yàn)儀、三相電流互感器負(fù)荷箱、三相電壓互感器負(fù)荷箱及互感器校驗(yàn)管理軟件，互感器誤差校驗(yàn)管理軟件，通過(guò)RS-485管理程控源、校驗(yàn)儀、負(fù)荷箱，全自動(dòng)控制高壓計(jì)量箱的檢定，檢定完成后形成記錄并產(chǎn)生報(bào)表。

2 系統(tǒng)校驗(yàn)接線圖

系統(tǒng)對(duì)計(jì)量箱進(jìn)行檢定時(shí)需要同時(shí)施加電流和電壓，以便模仿計(jì)量箱的實(shí)際工作狀況。圖1是計(jì)量箱的三相同步進(jìn)行測(cè)試的接線圖，測(cè)試時(shí)，分為電流互感器部分和電壓互感器部分，電流互感器部分施加電流，電壓互感器部分施加電壓。按圖1的方法接線形成計(jì)量箱測(cè)試回路，測(cè)試時(shí)，回路中的三相信號(hào)K、D、A、X和TO、TX送入互感器校驗(yàn)儀，校驗(yàn)儀在對(duì)其分析、計(jì)算、處理。

3 三相互感器校驗(yàn)儀設(shè)計(jì)

校驗(yàn)儀主控芯片采用TI公司的DSP芯片TMS320F28335，該芯片支持浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，內(nèi)置硬件乘法器。DSP芯片輸入信號(hào)由30MHz有源晶振提供，輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)5倍頻后使DSP芯片工作在150MHz的主頻下，從而滿足多路數(shù)字信號(hào)的高速采集及處理要求。DSP芯片通過(guò)地址總線與數(shù)據(jù)總線與CPLD芯片連接，通過(guò)CPLD芯片擴(kuò)展I/O口，從而控制液晶屏的顯示、鍵盤的按鍵響應(yīng)、信號(hào)處理模塊的信號(hào)放大控制及A/D模塊的控制與數(shù)據(jù)高速采集等功能要求。DSP芯片的SCI串口信號(hào)經(jīng)RS485芯片轉(zhuǎn)換為485電平信號(hào)，通過(guò)485總線實(shí)現(xiàn)對(duì)1#、2#程控源與電流、電壓負(fù)荷箱的控制。此外，DSP芯片的SPI串口信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊ENC28J60芯片與上位機(jī)通信，數(shù)據(jù)格式符合IP/TCP協(xié)議要求。

信號(hào)處理模塊將輸入信號(hào)經(jīng)同向放大、隔直、巴特沃思低通濾波、二次程控放大、隔直、三次程控放大、巴特沃思低通濾波后輸入給A/D模塊。A/D模塊采用兩片AD7656芯片級(jí)聯(lián)組成菊花鏈，串行輸出菊花鏈原理見圖2。AD7656是一款16位6通道的模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，內(nèi)部含有6個(gè)獨(dú)立的A/D轉(zhuǎn)換器，可同時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，具有轉(zhuǎn)換精度高、速度快、功耗低、輸入模擬信號(hào)幅度大、信噪比高等優(yōu)點(diǎn)，滿足互感器校驗(yàn)的精度要求。

AD7656芯片在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)，3個(gè)轉(zhuǎn)換信號(hào)CONVSTA/B/C用來(lái)控制每對(duì)或每4個(gè)或每6個(gè)ADC同時(shí)采樣。如果將3個(gè)CONVST引腳連接在一起接收同一個(gè)采樣啟動(dòng)信號(hào)，就可使6個(gè)ADC同時(shí)進(jìn)行采樣，此時(shí)再將兩片AD7656級(jí)聯(lián)就可以形成菊花鏈，實(shí)現(xiàn)最多12個(gè)ADC通道同時(shí)采樣。AD7656采用同步串行接口（SPI）發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，每發(fā)送一個(gè)比特位數(shù)據(jù)就要花去一個(gè)單位的SCLK脈沖的時(shí)間，發(fā)送完6個(gè)通道的16位數(shù)據(jù)就要花去96個(gè)SCLK脈沖。菊花鏈中多個(gè)AD7656通過(guò)數(shù)據(jù)接力傳遞的方式把數(shù)據(jù)依次發(fā)送給主控處理器。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

為了體現(xiàn)計(jì)量箱檢定系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果的有效性和準(zhǔn)確性，本文以一臺(tái)型號(hào)為JLSZV-35W、額定電流為50/5A、準(zhǔn)確等級(jí)為0.2級(jí)的計(jì)量箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)其分別進(jìn)行了單相檢定和三相檢定，得到這兩者檢定的電流互感器誤差之差值，如表1所示。試驗(yàn)中所有的互感器的二次負(fù)荷的功率因素均為0.8。

5 實(shí)驗(yàn)分析

從表1，我們可以看出，兩種測(cè)試方法所得的差值隨著電流的降低而迅速變大，這是因?yàn)橛?jì)量箱內(nèi)既有電流互感器又有電壓互感器，且兩者同時(shí)運(yùn)行工作，因此在狹小的空間內(nèi)，它們之間不可避免的存在電磁影響。電磁場(chǎng)對(duì)小電流時(shí)的電流互感器的誤差影響較大，而隨著電流的增加，其影響可以忽略不計(jì)。同時(shí)我們可以看到，在額定電流1%和5%這兩點(diǎn)時(shí)誤差較大，比差數(shù)據(jù)最大相差了0.117%，角差最大為11.88′，這就說(shuō)明了組合互感器中的電壓和電流互感器在工作時(shí)會(huì)互相影響，而單相檢測(cè)檢定方法檢定沒有考慮到這種影響所產(chǎn)生的檢測(cè)誤差，因此測(cè)量結(jié)果與實(shí)際結(jié)果有較大的偏差。

6 結(jié)論

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，對(duì)電能計(jì)量提出了更高的要求，高壓計(jì)量箱檢定系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)單相檢測(cè)法存在的問題和不足，不僅模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行的電氣環(huán)境，真實(shí)的反映計(jì)量箱的真實(shí)誤差及性能，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；而且具有良好的測(cè)試界面，既可以直接人機(jī)交互進(jìn)行操作，也可以與PC機(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī)操作，具有體積小、效率高、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。高壓計(jì)量箱檢定系統(tǒng)不僅對(duì)提高廠家產(chǎn)品質(zhì)量，分析和把握計(jì)量箱的性能和保證計(jì)量箱計(jì)量的準(zhǔn)確可靠性都有重要意義；而且能節(jié)省人力物力，提高工作效率，有著良好的經(jīng)濟(jì)效益和重大的社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]呂寬州，蔣威，王宜澤等.基于標(biāo)準(zhǔn)表法的多表位直流電能表校驗(yàn)裝置誤差計(jì)算器設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2016（20）：62-64.