一種新型的互感器極性數(shù)字化檢測系統(tǒng)

崔 翔，尹相國，路 遙，王 磊，陳 炯

(1. 國網(wǎng)寧夏電力有限公司超高壓公司，銀川 750001； 2. 上海電力大學(xué)，上海 200093)

在變電站中，二次電流、電壓回路承擔(dān)著重要角色，實(shí)現(xiàn)對(duì)互感器極性的準(zhǔn)確診斷，這對(duì)于電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有重要意義。變電站互感器極性檢測現(xiàn)場使用較為廣泛的是手動(dòng)直流檢測方法，該方法將電力互感器一次側(cè)線圈與干電池連接，電力互感器二次側(cè)接指針式安培表，待接線接好之后將一次測開關(guān)合上，與此同時(shí)觀察安培表指針的偏轉(zhuǎn)情況，若指針正偏，開關(guān)拉開后，指針反偏，則說明二次側(cè)極性是正確的。若指針偏轉(zhuǎn)方向與上述情況相反，則說明二次側(cè)的接線方式是錯(cuò)誤的[1-3]。直流法這種極性判別方法用來檢測單個(gè)單相的電壓或者電流互感器，具有測試原理簡單、設(shè)備接線方法簡單等優(yōu)點(diǎn)。然而，由于整個(gè)系統(tǒng)在應(yīng)用過程中對(duì)測試人員的要求很高，測試人員必須了解電氣知識(shí)才能進(jìn)行檢測，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)在應(yīng)用過程中受測試環(huán)境的影響，使用不方便、檢測效率低等缺陷。

針對(duì)互感器極性檢測過程中存在的問題，基于傳統(tǒng)的手動(dòng)直流檢測原理，本文設(shè)計(jì)了一種新型的互感器極性數(shù)字化檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)首先對(duì)互感器一次線圈施加脈沖電壓，利用檢測電路對(duì)脈沖電壓施加過程中二次回路信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化檢測，通過判斷二次回路信號(hào)的脈沖極性變化是否與脈沖電壓極性相一致，實(shí)現(xiàn)對(duì)互感器極性的自動(dòng)檢測。

1 數(shù)字化互感器極性檢測系統(tǒng)框圖

根據(jù)互感器極性手動(dòng)直流檢測原理，本文對(duì)互感器極性數(shù)字化檢測系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。

整個(gè)互感器極性測試系統(tǒng)由一次側(cè)控制系統(tǒng)和二次側(cè)控制系統(tǒng)構(gòu)成，其工作過程為：首先由二次側(cè)的主控制系統(tǒng)通過無線通信模塊向一次側(cè)控制系統(tǒng)發(fā)送工作命令，一次側(cè)控制系統(tǒng)根據(jù)命令控制相應(yīng)的開關(guān)向相應(yīng)檢測相別施加一定間隔的脈沖；然后二次側(cè)測量系統(tǒng)通過采樣電阻采集相應(yīng)相別上耦合的電壓信號(hào)，通過對(duì)測量信號(hào)是否和所施加的脈沖信號(hào)極性一致性的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)互感器極性的診斷。

2 一次側(cè)脈沖控制電路設(shè)計(jì)

一次側(cè)控制系統(tǒng)主要完成對(duì)互感器原邊施加脈沖電壓波形，采用絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，簡稱IGBT)控制電池通斷的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)原邊繞組脈沖電壓的施加，其原理如圖2所示。

一次側(cè)控制系統(tǒng)由單片機(jī)、三極管Q5、蓄電池、開關(guān)S1和IGBT組成，系統(tǒng)的工作過程為：首先閉合開關(guān)S1，將蓄電池接入到互感器原邊繞組的一端，然后單片機(jī)根據(jù)接收到的二次側(cè)控制系統(tǒng)的命令，發(fā)出相應(yīng)相的控制命令，利用三極管對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大(低電平有效)，將控制信號(hào)放大到15 V，實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT的驅(qū)動(dòng)，使蓄電池通過互感器原邊繞組、限流電阻、IGBT構(gòu)成回路，在繞組上形成電流，然后經(jīng)過一段時(shí)間后關(guān)閉IGBT，形成反向脈沖。

3 二次側(cè)互感器極性檢測電路設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)互感器極性的判斷，在一次側(cè)施加脈沖電流的條件下，需對(duì)二次側(cè)感應(yīng)電流波形進(jìn)行測量。在測量的過程中，為了減少干擾信號(hào)對(duì)測試結(jié)果的影響，采用滯回電路實(shí)現(xiàn)對(duì)電流波形的測量，整個(gè)電路如圖3所示。

二次側(cè)互感器極性檢測系統(tǒng)的工作過程為：首先利用采樣電阻R13將二次側(cè)電流波形轉(zhuǎn)換成電壓波形，然后進(jìn)入由放大器構(gòu)成的滯回電路，將其轉(zhuǎn)換成正負(fù)方波。由圖3可知，本文采用的是反向輸入的方式，此時(shí)正向過程閾值電壓為：

(1)

負(fù)向過程閾值電壓為：

(2)

通過對(duì)R32和R41電阻值的選擇，完成對(duì)正向過程和負(fù)向過程閾值的設(shè)置，確保系統(tǒng)對(duì)互感器極性檢測過程中干擾信號(hào)的抑制。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)診斷的準(zhǔn)確性，將滯回電路輸出的方波通過光耦，實(shí)現(xiàn)對(duì)毛刺干擾信號(hào)的濾除。

4 互感器極性診斷方法

根據(jù)設(shè)計(jì)的一次側(cè)脈沖發(fā)生電路和二次側(cè)極性檢測電路，對(duì)互感器極性診斷方法進(jìn)行了設(shè)計(jì)，整個(gè)極性診斷流程如圖4所示。

由圖4可知，整個(gè)互感器極性診斷過程為：首先將一次側(cè)控制系統(tǒng)接入互感器的原邊，二次側(cè)控制系統(tǒng)接入二次側(cè)，并啟動(dòng)電源，進(jìn)入測試狀態(tài)，然后進(jìn)入測試界面，對(duì)被測互感器信息進(jìn)行輸入，然后啟動(dòng)測量。在測量過程中，首先由二次側(cè)測控系統(tǒng)向一次側(cè)控制系統(tǒng)通過無線通信方式發(fā)送測量命令，一次側(cè)脈沖控制系統(tǒng)通過對(duì)命令的解析，通過控制IGBT開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)閉，向互感器原邊周期性地施加脈沖電流信號(hào)，同時(shí)二次側(cè)同步開始測量一次側(cè)脈沖電流施加下的電流信號(hào)，根據(jù)二次側(cè)高電平的持續(xù)時(shí)間，結(jié)合第一次上升沿時(shí)間和啟動(dòng)測量時(shí)間，當(dāng)高電平在啟動(dòng)測量后2 s內(nèi)出現(xiàn)，則認(rèn)為是同極性，當(dāng)高電平在3 s后出現(xiàn)，則認(rèn)為是異極性，同時(shí)顯示相應(yīng)的測量波形。

異極性診斷波形如圖5所示，同極性診斷波形如圖6所示。

在此基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了互感器極性檢測設(shè)備制作，如圖7所示。

5 結(jié)語

通過對(duì)數(shù)字化互感器極性測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，可以得到如下結(jié)論。

(1)系統(tǒng)采用分體式設(shè)計(jì)，通過無線通信的方式克服了傳統(tǒng)手動(dòng)直流檢測方法測試距離遠(yuǎn)的缺陷，大大方便了系統(tǒng)的應(yīng)用。

(2)采用滯回電路對(duì)脈沖電流施加下的二次側(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，通過對(duì)信號(hào)高電平時(shí)間和上升沿時(shí)間的分析，可實(shí)現(xiàn)對(duì)互感器極性的診斷。

(3)利用嵌入式系統(tǒng)，通過對(duì)測量信息的輸入，可將測量結(jié)果通過打印機(jī)直接輸出，大大提高了作業(yè)人員的檢測效率。