淺析電力互感器批量檢定問題

劉志強(qiáng) 吳蓓

摘 ?要：計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)對(duì)電力互感器進(jìn)行批量檢定主要面臨被檢樣品規(guī)格型號(hào)不一致、批次數(shù)量不穩(wěn)定，批量檢定功能無法實(shí)現(xiàn)，提高檢定效率受限等問題。為解決該問題需對(duì)測(cè)量電路進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，使計(jì)量檢定裝置能夠根據(jù)實(shí)際情況多種模式靈活運(yùn)用。對(duì)傳統(tǒng)檢定裝置配以多工位輔助測(cè)試臺(tái)，并對(duì)其測(cè)量電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)批量檢定功能，是目前比較可行的解決方案之一。

關(guān)鍵詞：電力互感器;批量檢定;測(cè)量電路;多臺(tái)檢定

中圖分類號(hào)：TM933.1 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2021）06-0032-04

Analysis on Batch Verification of Power Transformer

LIU Zhiqiang，WU Bei

（Xinjiang Uygur Autonomous Region Research Institute of Measurement & Testing，Urumqi ?830011，China）

Abstract：The batch verification of power transformers by the metrological verification institutions mainly face the problems of the specification and model of the tested samples are inconsistent，the batch quantity is unstable，the batch verification function can not be realized，and the improvement of verification efficiency is limited. In order to solve this problem，it is necessary to carry out innovative design of the measurement circuit，so that the measurement verification device can be flexibly used in a variety of modes according to the actual situation. The traditional verification device is equipped with multi station auxiliary test bench，and its measurement circuit is optimized，can achieve batch verification function，is one of the more feasible solutions at present.

Keywords：power transformer;batch verification;measuring circuit;multistation verification

0 ?引 ?言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定也逐漸受到了人們的重視[1]。在工業(yè)化、城市化進(jìn)程的推進(jìn)過程中，整個(gè)社會(huì)的用電量也在快速增加，互感器作為電能交易的關(guān)鍵器具其使用量也同步快速增加。互感器在使用前必須經(jīng)過計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)檢定合格后才能使用，這就使得計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)的互感器檢定量隨之上升。一些省市級(jí)互感器計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)年檢定量可以達(dá)到上萬只，實(shí)驗(yàn)室檢定人任務(wù)越來越重，工作強(qiáng)度越來越大，傳統(tǒng)的互感器單臺(tái)檢定裝置已不能滿足日益增長的檢定需求，促使相關(guān)檢定單位采用更先進(jìn)的試驗(yàn)方法和管理手段，使互感器的檢定工作能夠高效、準(zhǔn)確的完成，以適應(yīng)電力事業(yè)的發(fā)展需要。

探索和研制一種適合省市級(jí)計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)使用的，能夠批量檢定的，投入成本不至于過高且技術(shù)門檻不會(huì)太高的多臺(tái)位互感器檢定裝置顯得很有必要。本著這個(gè)出發(fā)點(diǎn)，本文從互感器檢定日常實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)電力互感器批量檢定過程中可能遇到的問題進(jìn)行分析總結(jié)。

1 ?被檢樣品問題分析

計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)是面對(duì)授權(quán)范圍內(nèi)所有客戶開放的，因此客戶不固定、不集中，客戶送檢的互感器存在著各種各樣的實(shí)際問題，影響批量檢定工作的實(shí)施。

1.1 ?規(guī)格型號(hào)存在差異

客戶多樣化導(dǎo)致送檢互感器的多樣化，各批送檢樣品之間存在著生產(chǎn)廠家不一致、規(guī)格型號(hào)不一致、關(guān)鍵參數(shù)不一致、外觀大小不一致等各類問題。對(duì)于電流互感器來講，主要是額定變比不一致導(dǎo)致電流互感器批量檢定的困難增加。對(duì)于電壓互感器來講，主要是額定負(fù)荷不一致，給批量檢定帶來困難。同時(shí)對(duì)于電流、電壓互感器還存在著外觀不盡一致的問題。這些實(shí)際工作中遇到的問題，給互感器批量檢定工作帶來直接困難。

1.2 ?送檢數(shù)量不穩(wěn)定

每個(gè)客戶送檢的互感器數(shù)量不穩(wěn)定、不統(tǒng)一，送檢的時(shí)間也無法準(zhǔn)確預(yù)知，因此對(duì)于開展互感器批量檢定工作還存在著被檢樣品數(shù)量的問題。每個(gè)客戶送檢的數(shù)量很可能就是各類不同互感器的數(shù)量，要使檢定工作高效快捷，只有對(duì)客戶送檢習(xí)慣和送檢方式進(jìn)行匯總和分析。整體來講，客戶送檢的互感器一般是按配電柜進(jìn)行送檢，因此送檢互感器多為成對(duì)送檢。

被測(cè)樣品多樣化、差異化特點(diǎn)要求我們?cè)诳紤]互感器批量檢定問題時(shí)也要靈活多樣，能適應(yīng)實(shí)際檢定需求。

2 ?批量檢定裝置技術(shù)要求分析

要實(shí)現(xiàn)電力互感器的批量檢定，從檢定原理上講也面臨著一些技術(shù)問題，這其中主要是電流互感器的批量檢定問題，下面對(duì)電流互感器和電壓互感器批量檢定分別進(jìn)行分析。

2.1 ?電流互感器批量檢定存在的技術(shù)問題

電流互感器檢定一般采用比較法。由計(jì)量學(xué)原理可知，比較法是檢定電流互感器誤差最合適的方法[2]。依據(jù)檢定規(guī)程[3，4]，電流互感器一般采用“電流互感器比較法檢定線路”進(jìn)行檢定，如圖1所示，在測(cè)量電路中被檢互感器和標(biāo)準(zhǔn)互感器均是串聯(lián)在測(cè)量回路中，通過二次回路采集被檢樣品的二次電流信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)互感器的二次電流信號(hào)，通過兩者的比較直接測(cè)量誤差的。

傳統(tǒng)的電流互感器單臺(tái)檢定裝置一般由調(diào)壓器、升流器、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、互感器校驗(yàn)儀、電流互感器負(fù)荷箱、各類連接導(dǎo)線組成，通過控制操作臺(tái)來檢定電流互感器，如圖2所示。

在圖2所示的測(cè)量回路中，被檢電流互感器通過L1x、L2x、K1x、K2x四個(gè)端子串聯(lián)在電路中。其中L1x、L2x是一次測(cè)量回路的接入端子，K1x、K2x是二次測(cè)量回路的接入端子。由于一次測(cè)量回路中監(jiān)測(cè)的是電流信號(hào)，被檢電流互感器和標(biāo)準(zhǔn)電流互感器是串聯(lián)關(guān)系，通過的電流是一樣的，因此在測(cè)量過程中電路是不允許斷開的。同時(shí)在測(cè)量過程中，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的二次回路和被測(cè)互感器的二次回路也是串聯(lián)關(guān)系，由于端子反接，互感器校驗(yàn)儀采集的信號(hào)實(shí)際是兩者二次電流的差值。這樣就決定了單臺(tái)互感器校驗(yàn)儀配置單臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)互感器的情況下，一次只能采集計(jì)算一個(gè)被測(cè)樣品的測(cè)量數(shù)據(jù)。這就使得電流互感器在同規(guī)格型號(hào)的情況下，要實(shí)現(xiàn)多臺(tái)互感器同批量檢定在技術(shù)和設(shè)備配置上存在一些問題。具體分析為：

（1）同批同時(shí)檢定面臨的問題。對(duì)于單通道互感器校驗(yàn)儀，一次只能同時(shí)取一個(gè)電流信號(hào)進(jìn)行比較計(jì)算，如圖2中的Tx、T0。如果要實(shí)現(xiàn)電流互感器的多臺(tái)批量檢定，在使用單通道互感器校驗(yàn)儀的條件下，只有配置多臺(tái)互感器校驗(yàn)儀和標(biāo)準(zhǔn)電流互感器并且同時(shí)接入測(cè)量回路，這樣才能同批同時(shí)檢定。不過成本和技術(shù)難度會(huì)大幅度提高，并且只有在被檢電流互感器規(guī)格型號(hào)均完全一致時(shí)才能成批同時(shí)檢定。

（2）同批分時(shí)檢定面臨的問題。當(dāng)配置單通道互感器校驗(yàn)儀和一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器時(shí)，也可以通過同批分時(shí)檢定的方法實(shí)現(xiàn)多臺(tái)批量檢定。對(duì)于同規(guī)格型號(hào)的被檢電流互感器可以采用一次測(cè)量回路同時(shí)升流，二次測(cè)量回路對(duì)各臺(tái)被檢樣品分別采集電流參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)多臺(tái)批量檢定。該方案盡管沒有同批同時(shí)檢定那么快捷，但在同步升流時(shí)分別依次采集二次電流信號(hào)，其檢定效率也有顯著提高;相對(duì)于同批同時(shí)檢定，其實(shí)際檢定效率并未慢多少。這種技術(shù)方案設(shè)備資金投入少，技術(shù)門檻不至于過高，同時(shí)還能較好的兼顧被檢電流互感器規(guī)格型號(hào)不一致的情況。當(dāng)被檢樣品完全一致時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)升流，分時(shí)采集參數(shù)，獲取檢定數(shù)據(jù);當(dāng)被檢樣品不一致時(shí)，同批安裝，依據(jù)設(shè)定程序逐臺(tái)升流檢定，逐臺(tái)獲取檢定數(shù)據(jù)。該解決方案需要對(duì)測(cè)量回路進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，對(duì)一次測(cè)量電路、二次測(cè)量電路及控制電路的設(shè)計(jì)是其難點(diǎn)。

（3）快速接線問題。批量檢定的目的就是為了提高檢定效率，在使用傳統(tǒng)檢定裝置檢定過程中，一次測(cè)量回路、二次測(cè)量回路的人工接線、拆線，其耗費(fèi)了大量時(shí)間。解決被檢樣品快速接線和標(biāo)準(zhǔn)互感器快速轉(zhuǎn)換擋位問題是提高批量檢定效率的關(guān)鍵方面之一。

2.2 ?電壓互感器批量檢定存在的技術(shù)問題

依據(jù)檢定規(guī)程[3，5]，電壓互感器基本誤差可以使用標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器、電壓比例標(biāo)準(zhǔn)器或電容式電壓比例裝置通過比較法測(cè)量。對(duì)于工作用電壓互感器，特別是電力電壓互感器而言，一般采用標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器通過比較法測(cè)量，如圖3所示。被檢互感器和標(biāo)準(zhǔn)互感器均是并聯(lián)在測(cè)量回路中，通過二次回路的并聯(lián)線路采集被檢樣品的二次電壓信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)互感器的二次電壓信號(hào)，比較兩者的差值進(jìn)行誤差測(cè)量。

在上圖測(cè)量回路中，被檢電壓互感器通過A、X、a、x四個(gè)端子并聯(lián)在電路中。由于一次測(cè)量回路中監(jiān)測(cè)的是電壓信號(hào)，被檢電壓互感器和標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器是并聯(lián)關(guān)系，兩端施加的電壓是一樣的，在測(cè)量過程中接線端子不允許短路。同時(shí)在測(cè)量過程中，標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的二次回路和被測(cè)互感器的二次回路也是并聯(lián)關(guān)系，由于端子反接，互感器校驗(yàn)儀采集的信號(hào)實(shí)際是兩者二次電壓的差值。在配置單臺(tái)互感器校驗(yàn)儀、單臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)互感器的情況下，只有一個(gè)誤差測(cè)量回路，因此一次只能采集計(jì)算一個(gè)被測(cè)樣品的測(cè)量數(shù)據(jù)。要實(shí)現(xiàn)多臺(tái)互感器批量檢定，在技術(shù)和設(shè)備配置上存在的問題分析如下：

（1）同批同時(shí)檢定面臨的問題。由于電壓互感器是并聯(lián)接在測(cè)量回路中，相對(duì)于電流互感器而言多臺(tái)被測(cè)電壓互感器同批接入測(cè)量回路更容易一些。要實(shí)現(xiàn)同批同時(shí)檢定多臺(tái)電壓互感器，在規(guī)格型號(hào)均一致的情況下可以配置多臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器、多通道（或多臺(tái)）校驗(yàn)儀來實(shí)現(xiàn)。從技術(shù)層面不存在太大問題，主要是投入成本過大。

（2）同批分時(shí)檢定面臨的問題。配置單通道互感器校驗(yàn)儀和一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器時(shí)，另一個(gè)解決方案是同批分時(shí)檢定。對(duì)于同規(guī)格型號(hào)的被檢電壓互感器可以采用一次測(cè)量回路同時(shí)升壓，二次測(cè)量回路對(duì)各臺(tái)被檢樣品依次采集電壓參數(shù)進(jìn)行測(cè)量計(jì)量。該方案盡管沒有同批同時(shí)檢定那么快捷，但在同步升壓時(shí)分別采集二次電壓信號(hào)，其檢定效率也非?？?，相對(duì)于同批同時(shí)檢定，其實(shí)際檢定效率并未滯后多少。同時(shí)該方案設(shè)備資金投入少，技術(shù)難度相對(duì)較低，能較好地兼顧被檢電壓互感器規(guī)格型號(hào)不一致的情況。當(dāng)被檢樣品完全一致時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)升壓，分時(shí)采集參數(shù)，獲取檢定數(shù)據(jù);當(dāng)被檢樣品不一致時(shí)，同批安裝，依據(jù)設(shè)定程序逐臺(tái)升壓檢定，逐臺(tái)獲取檢定數(shù)據(jù)。該解決辦法需要對(duì)測(cè)量回路進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，對(duì)一次測(cè)量電路、二次測(cè)量電路及控制電路的設(shè)計(jì)是其難點(diǎn)。

（3）快速接線的問題。同電流互感器批量檢定的問題一樣，一次、二次回路的接線、拆線在傳統(tǒng)檢定方法中占用了大量工作時(shí)間，解決被檢樣品快速接線和輔助設(shè)施的快速轉(zhuǎn)換檔位問題是提高批量檢定效率的關(guān)鍵方面之一。

3 ?技術(shù)方案探索

目前，電力互感器單臺(tái)檢定裝置比較成熟穩(wěn)定，軟硬件配置也比較穩(wěn)定。為了實(shí)現(xiàn)電力互感器批量檢定功能，可以在傳統(tǒng)檢定裝置的基礎(chǔ)上加裝輔助設(shè)施，對(duì)測(cè)量電路進(jìn)行創(chuàng)新性的優(yōu)化設(shè)計(jì)。這樣既可以降低技術(shù)難度，又可以充分利用原有設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。常用的互感器檢定裝置，有的沒有專用輔助測(cè)試臺(tái)，僅在測(cè)量回路中預(yù)留被測(cè)樣品接入口，有的僅有單工位輔助測(cè)試臺(tái)，一次只能安裝檢定一臺(tái)，需人工接線、拆線，檢定效率低。這種簡易的單工位輔助測(cè)試臺(tái)主要有兩個(gè)缺點(diǎn)：

（1）沒有設(shè)計(jì)多個(gè)檢定工位。

（2）被測(cè)樣品不能按設(shè)定的需求快速接入或退出測(cè)量回路。

通過上述分析可知，要實(shí)現(xiàn)互感器的批量檢定功能，關(guān)鍵在于探索和設(shè)計(jì)適合傳統(tǒng)互感器檢定裝置用的多工位互感器輔助測(cè)試臺(tái)。通過對(duì)輔助測(cè)試臺(tái)測(cè)量電路及接線方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得整個(gè)檢定裝置自動(dòng)化程度得到提高，批量檢定功能得以實(shí)現(xiàn)。

3.1 ?電流互感器多工位輔助測(cè)試臺(tái)

電流互感器多工位輔助測(cè)試臺(tái)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于多個(gè)工位的互感器可以快速便捷的根據(jù)設(shè)定程序接入或退出測(cè)量回路。電流互感器串聯(lián)接入測(cè)量回路，一次測(cè)量回路通過電流較大，對(duì)測(cè)量電路的創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)是多工位輔助測(cè)試臺(tái)的設(shè)計(jì)核心。本文探索設(shè)計(jì)如下幾種測(cè)量電路供參考。

圖4是多工位電流互感器測(cè)量電路的一種設(shè)計(jì)方案，當(dāng)開關(guān)A1閉合，A2、A3、A4斷開，可以將CT1串入測(cè)量回路中，二次回路控制開關(guān)根據(jù)需要配合控制，即可對(duì)一號(hào)工位的被測(cè)電流互感器進(jìn)行測(cè)量;當(dāng)開關(guān)A2閉合，A1、A3、A4斷開，可以將CT1、CT2串入測(cè)量回路中，二次回路控制開關(guān)根據(jù)需要配合控制，即可對(duì)1號(hào)工位、2號(hào)工位的被測(cè)電流互感器進(jìn)行測(cè)量;同理，可根據(jù)需要設(shè)置并實(shí)現(xiàn)多個(gè)工位電流互感器的批量檢定。

圖5是多工位電流互感器測(cè)量電路的另一種設(shè)計(jì)方案，一次測(cè)量電路中每一個(gè)檢定工位有“雙母線”供電流通過，由A、B前后兩個(gè)控制開關(guān)配合使用，可以方便快捷的實(shí)現(xiàn)每一個(gè)工位接入和退出測(cè)量回路。例如：當(dāng)開關(guān)A1、B1開關(guān)閉合在互感器側(cè)，則1號(hào)工位串聯(lián)接入測(cè)量回路;開關(guān)A2、B2開關(guān)閉合在互感器側(cè)，則2號(hào)工位串聯(lián)接入測(cè)量回路;當(dāng)開關(guān)A3、B3開關(guān)閉合在短路母線側(cè)，則3號(hào)工位退出測(cè)量回路。二次回路開關(guān)根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)控制就可實(shí)現(xiàn)特定工位被檢電流互感器的測(cè)量。同理，根據(jù)實(shí)際需要可以設(shè)置足夠多的工位，實(shí)現(xiàn)多工位電流互感器多種應(yīng)用模式的檢定。

圖4、圖5僅對(duì)多工位電流互感器測(cè)量電路設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單的舉例，在具體應(yīng)用過程中實(shí)驗(yàn)室可以根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)測(cè)量電路，不應(yīng)局限在某一特定設(shè)計(jì)方案。

3.2 ?電壓互感器多工位輔助測(cè)試臺(tái)

電壓互感器多工位輔助測(cè)試臺(tái)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于多個(gè)工位的互感器可以快速便捷的根據(jù)設(shè)定程序接入或退出測(cè)量回路。電壓互感器并聯(lián)接入測(cè)量回路，其多工位測(cè)量電路的設(shè)計(jì)難度相對(duì)電流互感器來講要小一些，下文僅結(jié)合實(shí)際應(yīng)用做一個(gè)簡單介紹。

圖6是多工位電壓互感器測(cè)量電路，采用的是比較法高電位端測(cè)量誤差。對(duì)一號(hào)工位被檢電壓互感器進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，閉合K1，測(cè)量回路對(duì)一號(hào)工位樣品的電壓信號(hào)進(jìn)行采集并測(cè)量誤差。同理，檢定2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)被檢樣品時(shí)分別閉合K2、K3、K4即可。根據(jù)實(shí)際需要可以設(shè)置工位數(shù)量，實(shí)現(xiàn)多工位電壓互感器的批量檢定。

4 ?結(jié) ?論

本文從實(shí)驗(yàn)室實(shí)際工作需求出發(fā)，對(duì)電力互感器批量檢定面臨的實(shí)際問題進(jìn)行分析。結(jié)果表明，被檢樣品規(guī)格型號(hào)的不一致、批次數(shù)量的不穩(wěn)定是計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)對(duì)電力互感器進(jìn)行批量檢定面臨的主要問題。要解決這些問題，需要對(duì)測(cè)量電路進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，從而使計(jì)量檢定裝置能夠根據(jù)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)多種模式的靈活運(yùn)用。本文嘗試探索設(shè)計(jì)了幾種輔助測(cè)試臺(tái)的測(cè)量電路，以期對(duì)解決測(cè)量電路的設(shè)計(jì)問題產(chǎn)生啟發(fā)。經(jīng)驗(yàn)表明，在傳統(tǒng)單臺(tái)檢定裝置的基礎(chǔ)上加裝多臺(tái)互感器輔助測(cè)試臺(tái)，通過對(duì)輔助測(cè)試臺(tái)測(cè)量電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而配合傳統(tǒng)檢定裝置實(shí)現(xiàn)批量檢定功能是一種投入低、設(shè)備利用率高的解決方案。

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作者簡介：劉志強(qiáng)（1983.08—），男，漢族，河南洛陽人，工程師，碩士研究生，研究方向：互感器計(jì)量檢測(cè)。