一種新型便攜式互感器測(cè)試儀的開(kāi)發(fā)

陳家賢 張子菲

摘 要：提出了一種具有較高測(cè)量精度的新型便攜式電力互感器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x，該測(cè)試儀體積小、重量輕、操作方便，僅由一人操作即可測(cè)量互感器的變比、二次回路極性、通斷、阻抗等參數(shù)。此外，該測(cè)試儀具有升流功能，內(nèi)置可充電鋰電池經(jīng)逆變后輸出電流，可在測(cè)試過(guò)程中為互感器一次回路提供交流電流源。以上功能的切換通過(guò)有限狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：電流互感器;測(cè)試儀;便攜;極性變比;升流;阻抗測(cè)試

1? ? 研發(fā)背景

電流互感器測(cè)試是變電運(yùn)維的常見(jiàn)工作，無(wú)論是在大修技改前后，還是新設(shè)備投運(yùn)前，都需要進(jìn)行互感器測(cè)試[1]，其內(nèi)容一般包括測(cè)試伏安特性、變比、極性、二次負(fù)載等[2]。傳統(tǒng)的互感器測(cè)試儀重量、體積大，不易搬運(yùn)，適用于停電高電壓場(chǎng)地[3]。因此，近期有許多研究都著力于將測(cè)試簡(jiǎn)便化、測(cè)試儀輕便化。文獻(xiàn)[4]提出的一種便攜式交流變頻法互感器測(cè)試儀，將測(cè)量結(jié)果發(fā)送至移動(dòng)終端進(jìn)行顯示，把常見(jiàn)于設(shè)備上的屏幕、鍵盤取消，從而減小了設(shè)備體積。文獻(xiàn)[5]針對(duì)電力系統(tǒng)的計(jì)量互感器，提出了一種極性及計(jì)量接線判別測(cè)試儀，其能減少一次側(cè)接線，并用無(wú)線傳輸技術(shù)代替二次側(cè)的接線，使測(cè)試工作得到了簡(jiǎn)化。文獻(xiàn)[6]提出的110 kV GIS設(shè)備電壓互感器校驗(yàn)儀，既縮減了校驗(yàn)儀的體積，又保證了測(cè)試工作的精確度和效率。

在實(shí)際工作中，10 kV饋線數(shù)量多，互感器測(cè)試中的絕大部分為饋線的電流互感器測(cè)試，且用戶對(duì)供電可靠性的要求高，不能經(jīng)常停電。因此，研究適用于10 kV現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的便攜式互感器測(cè)量?jī)x器具有重要意義。針對(duì)10 kV互感器的應(yīng)用場(chǎng)景，研發(fā)了一種便攜式互感器測(cè)試儀，它的重量?jī)H有1.5 kg，體積小巧，能完成極性、變比、阻抗測(cè)量，精度高，可在無(wú)法使用升流器的場(chǎng)合替代升流器完成升流試驗(yàn)。

2? ? 研發(fā)內(nèi)容

2.1? ? 界面設(shè)計(jì)

本互感器測(cè)試儀一共有3個(gè)模式：變比、阻抗、升流。用戶可通過(guò)“功能”按鈕來(lái)切換各個(gè)模式，并通過(guò)“選擇”按鈕對(duì)測(cè)量參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，按下“測(cè)試”按鈕進(jìn)行測(cè)量。本互感器測(cè)試儀的交互界面操作原理流程如圖1所示。

2.2? ? 狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)

為了提高CPU使用效率及程序邏輯完備性，采用了狀態(tài)機(jī)的編程方法。測(cè)試儀的功能可抽象為多個(gè)菜單狀態(tài)，程序根據(jù)當(dāng)下的菜單狀態(tài)這一全局變量來(lái)決定顯示的界面內(nèi)容、讀入按鈕的編號(hào)、要執(zhí)行的函數(shù)，從而可靠控制測(cè)試儀按當(dāng)前的菜單狀態(tài)來(lái)工作，并能準(zhǔn)確快速切換工作模式[7-8]。筆者定義了以下6個(gè)狀態(tài)：

（1）升流：程序在屏幕上顯示當(dāng)前模式、提醒用戶接線，在主循環(huán)里判斷“功能”按鈕、“選擇”按鈕、“測(cè)試”按鈕是否被按下。

（2）升流測(cè)試：程序在屏幕上顯示測(cè)試儀輸出的電流值，讓測(cè)試儀產(chǎn)生3～9 A的電流輸出，在主循環(huán)里判斷“選擇”按鈕和“測(cè)試”按鈕是否被按下。

（3）變比：程序在屏幕上顯示當(dāng)前模式、當(dāng)前連接的互感器的二次額定電流值、提示用戶接線，在主循環(huán)里判斷“功能”按鈕、“選擇”按鈕、“測(cè)試”按鈕是否被按下。

（4）變比測(cè)試：程序讓測(cè)試儀進(jìn)行極性測(cè)試，再進(jìn)行變比測(cè)試，測(cè)試完成后將結(jié)果顯示在屏幕上;顯示出結(jié)果后，判斷“選擇”按鈕、“測(cè)試”按鈕是否被按下。

（5）阻抗：程序在屏幕上顯示當(dāng)前模式，并提醒用戶接線。在主循環(huán)里判斷“功能”按鈕、“選擇”按鈕、“測(cè)試”按鈕是否被按下。

（6）阻抗測(cè)試：程序讓測(cè)試儀輸出1 A或5 A電流，測(cè)量負(fù)載電壓值;測(cè)試完成后，在屏幕上顯示測(cè)量結(jié)果;顯示結(jié)果后，判斷“選擇”按鈕、“測(cè)試”按鈕是否被按下。

該狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)流程圖如圖2所示。

3? ? 實(shí)施方式

3.1? ? 變比極性測(cè)試功能

在變比菜單下，測(cè)試儀測(cè)量互感器變比與極性。進(jìn)入變比菜單后，用戶通過(guò)按“選擇”按鈕來(lái)選擇測(cè)量的互感器類型。在測(cè)試前，界面顯示文字提醒用戶接好CT一次、二次測(cè)試線。用戶可在二次回路導(dǎo)線上用鉗形電流表進(jìn)行測(cè)量，亦可斷開(kāi)二次回路，把二次回路的兩極接入測(cè)試儀輸入端。接好測(cè)試線、“測(cè)試”按鈕按下后，系統(tǒng)根據(jù)接線方式，計(jì)算互感器的一次電流、二次電流、相角差、變比、極性，并將結(jié)果顯示在界面中。若二次回路開(kāi)路、二次回路斷開(kāi)、互感器變比過(guò)大，測(cè)試儀會(huì)顯示相應(yīng)信息提醒用戶。

本測(cè)試儀在測(cè)試時(shí)，用直流法先在互感器一次側(cè)施加直流電壓，而后測(cè)量二次側(cè)電壓，比較二者從而得出極性測(cè)試結(jié)果。完成極性測(cè)試后，測(cè)試儀在電流互感器一次側(cè)輸入工頻交流電流?；ジ衅鞫蝹?cè)兩端若直接接入測(cè)試儀的“二次直接輸入”端，測(cè)試儀的這對(duì)端口則具備電流表的功能，可測(cè)出二次電流值;若互感器二次側(cè)短接后經(jīng)鉗形電流表輸入測(cè)試儀的“二次鉗形輸入”端，測(cè)試儀則會(huì)將鉗形電流表的輸出進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)電流測(cè)量。在極性與變比的測(cè)量均完成后，測(cè)試儀把結(jié)果一并顯示在屏幕上。

3.2? ? 阻抗測(cè)試功能

進(jìn)入阻抗測(cè)試菜單，測(cè)試儀測(cè)量互感器二次回路阻抗與容量。用戶把互感器的二次回路所連的負(fù)載連接至測(cè)試儀的“一次/阻抗”端后，按下“測(cè)試”按鈕，測(cè)試儀自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，后在屏幕上顯示出電阻、電抗、阻抗、電壓、電流、電壓電流間角度值。

實(shí)現(xiàn)原理：測(cè)試儀對(duì)互感器二次回路連接的負(fù)載加入1 A或5 A的額定交流電流，之后測(cè)量?jī)啥说碾妷褐担侔褱y(cè)量出的電壓及計(jì)算出的電阻、電抗、阻抗、電壓電流相角差、容量均顯示在屏幕上。該實(shí)驗(yàn)儀測(cè)量的阻抗可達(dá)毫歐級(jí)精確度。

3.3? ? 升流功能

進(jìn)入升流菜單，測(cè)試儀可用作升流器將電流加到互感器的一次回路上模擬實(shí)際運(yùn)行情況，電能信息通過(guò)二次回路傳遞至各個(gè)保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量裝置[9]。在升流測(cè)試的界面，測(cè)試儀提供了3～9 A的輸出電流值，用戶按“選擇”按鈕可選擇需要的輸出電流值，再按下“測(cè)試”按鈕即可輸出相應(yīng)的交流恒定電流。此時(shí)按下“選擇”按鈕，用戶可更改輸出電流值;按下“測(cè)試”鍵，退出測(cè)試。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，本文提出的便攜式電流互感器測(cè)試儀在10 kV饋線部分的電流互感器上能實(shí)現(xiàn)高精度的極性、變比、阻抗的測(cè)試，且可在不允許使用升流器的場(chǎng)合替代升流器完成升流試驗(yàn)。該互感器測(cè)試儀有效消除了傳統(tǒng)互感器測(cè)試儀體積、重量大的缺點(diǎn)，為變電運(yùn)維工作中大量的10 kV部分電流互感器測(cè)試工作提供了新的解決方案，提升了變電運(yùn)維人員的工作效率。

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收稿日期：2021-07-29

作者簡(jiǎn)介：陳家賢（1997—），男，廣東佛山人，技術(shù)員，研究方向：電氣設(shè)備技術(shù)管理。