基于電壓型現(xiàn)場(chǎng)電流互感器檢定裝置全自動(dòng)檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蘇躍龍 閆憲峰

前言

現(xiàn)場(chǎng)電流互感器檢定裝置 (以下簡(jiǎn)稱檢定裝置 )主要用于電力電流互感器的檢定，因其檢測(cè)原理的不同，可以在更低的工作電流（5%～20%額定電流下或甚至更小的電流）下，集成標(biāo)準(zhǔn)互感器、數(shù)據(jù)采集器、主控器等，通過檢測(cè)被檢電流互感器在任意點(diǎn)下的比值差補(bǔ)償值和所需測(cè)試點(diǎn)的額定電流下的導(dǎo)納，經(jīng)過運(yùn)算處理器，測(cè)得其誤差。其優(yōu)點(diǎn)在于，工作電流的降低，減少了大電流設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)工作更便捷，設(shè)備便攜，提高了工作效率。

為保證裝置精度，需要對(duì)檢定裝置進(jìn)行檢定，檢定過程有分部件檢定和整體檢定，分部件合格后，還需對(duì)其進(jìn)行整體比對(duì)。通過對(duì)一有標(biāo)準(zhǔn)誤差數(shù)據(jù)的電流互感器進(jìn)行測(cè)試，其檢定裝置測(cè)試誤差與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)相差不大于1/3電流互感器誤差限值。檢定裝置根據(jù)其實(shí)現(xiàn)方式不同，檢定裝置電壓型、阻抗型和電流型[1]，其數(shù)學(xué)模型一致，主要不同在標(biāo)準(zhǔn)器，電流型的標(biāo)準(zhǔn)器為空載電流互感器；電壓型為空載電壓互感器；阻抗型為功率因素0.8且二次負(fù)荷為5VA或10VA的電流互感器。本文選取電壓型互感器現(xiàn)場(chǎng)檢定裝置進(jìn)行全自動(dòng)檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其理論源于趙修民教授的“低壓外推法測(cè)電流互感器誤差”，根據(jù)此原理設(shè)計(jì)的檢定裝置在計(jì)量中應(yīng)用范圍廣。但長(zhǎng)期以來，在檢定裝置的計(jì)量檢定過程中，普遍存在人工接線，紙質(zhì)記錄等效率較低的方式進(jìn)行裝置的檢定，而近年質(zhì)量檢驗(yàn)越來越嚴(yán)格，為提高工作效率和計(jì)量準(zhǔn)確性方面，本文設(shè)計(jì)一種全自動(dòng)電壓型檢定裝置檢定系統(tǒng)。

一、電壓型檢定裝置全自動(dòng)檢定系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

（一）電壓型檢定裝置原理

電壓型檢定裝置檢定原理，基于其工作原理為鐵芯勵(lì)磁，線圈感應(yīng)，電流互感器和電壓互感器可以等效考慮，對(duì)其檢定溯源；在最大磁導(dǎo)率處測(cè)被檢互感器的誤差和導(dǎo)納，再通過低壓下的導(dǎo)納，外推出在低壓相應(yīng)測(cè)試點(diǎn)的額定電流和相應(yīng)負(fù)荷下的誤差。

現(xiàn)場(chǎng)檢定裝置的數(shù)學(xué)模型[2]為：

（二）技術(shù)方案

根據(jù)電壓型檢定裝置原理,檢定分為校驗(yàn)儀百分表回路檢定、校驗(yàn)儀誤差回路檢定、標(biāo)準(zhǔn)器檢定和整體數(shù)據(jù)比對(duì)實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)需滿足以上四種檢定功能，同時(shí)考慮安全性、可靠性和拓展性。采用單元化、模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)功能單元化，子功能模塊統(tǒng)一；反饋型設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制；模塊通過各種通訊方式進(jìn)行交互，便于后續(xù)改進(jìn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖如下：

圖1 電壓型檢定裝置全自動(dòng)整體檢定系統(tǒng)

（三）系統(tǒng)組成

電壓型檢定裝置全自動(dòng)整體檢定系統(tǒng)由PC機(jī)測(cè)試系統(tǒng)、高準(zhǔn)確級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器、全自動(dòng)整體檢定裝置和被檢電壓型檢定裝置構(gòu)成。PC機(jī)測(cè)試系統(tǒng)控制檢定項(xiàng)目（校驗(yàn)儀百分表檢定、校驗(yàn)儀差值回路檢定、內(nèi)附標(biāo)準(zhǔn)互感器檢定、整體比對(duì)實(shí)驗(yàn)）命令的下發(fā)、處理被檢裝置上傳的檢定數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)維護(hù)和報(bào)告輸出等；高準(zhǔn)確級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器為系統(tǒng)提供5～5000/5和5～25000/1的高準(zhǔn)確級(jí)變比，并能根據(jù)接收到的信號(hào)變比自動(dòng)切換；全自動(dòng)整體檢定裝置基于BHE原理進(jìn)行線路自動(dòng)切換。

（四）工作流程

PC機(jī)下發(fā)檢定指令，高準(zhǔn)確級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器、全自動(dòng)整體檢定裝置和被檢電壓型檢定裝置收到指令各自進(jìn)行切換，依次檢定百分表、校驗(yàn)儀、標(biāo)準(zhǔn)器和整體檢定等檢定項(xiàng)目，檢定數(shù)據(jù)同步上傳PC測(cè)試系統(tǒng)，根據(jù)收到的檢定數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、超差判斷、報(bào)告輸出。

作為檢定檢定裝置內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)器的高準(zhǔn)確級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器（0.01級(jí)）具有通訊功能，可根據(jù)接收命令進(jìn)行變比自動(dòng)切換，可實(shí)現(xiàn)多種變比標(biāo)準(zhǔn)器。

二、系統(tǒng)檢定線路

（一）校驗(yàn)儀誤差檢定線路

圖2中顯示為BHE型整體檢定裝置進(jìn)行校驗(yàn)儀誤差檢定。傳統(tǒng)測(cè)試方法為，首先進(jìn)行線路連接，在BHE上進(jìn)行測(cè)試項(xiàng)目切換，其次通過在BHE上給出不同的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，在電壓型（圖中以HLE1符號(hào)表示）裝置上測(cè)出實(shí)際的數(shù)值，并進(jìn)行紙質(zhì)記錄，《JJG169-2010》中以不超過2級(jí)校驗(yàn)儀為準(zhǔn)[3]。

圖2 BHE檢定內(nèi)附校驗(yàn)儀測(cè)誤差回路

系統(tǒng)中AX和KD與HLE1型檢定裝置U和DU進(jìn)行連接，系統(tǒng)通過U輸出電壓供給全自動(dòng)整體檢定裝置，依次生成不同的高準(zhǔn)確級(jí)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)供給HLE1型裝置，HLE1型裝置采集誤差數(shù)據(jù)。

（二）內(nèi)附電壓標(biāo)準(zhǔn)器檢定線路

圖3中為電壓型（HLE1型）內(nèi)附標(biāo)準(zhǔn)器檢定線路。傳統(tǒng)測(cè)試方法為：依次檢定5～5000/5A和5～25000/1A內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)器，每個(gè)變比需換接線路，記錄檢定數(shù)據(jù)并進(jìn)行超差判斷，以不超過0.05級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器為準(zhǔn)。

圖3 內(nèi)附標(biāo)準(zhǔn)器檢定線路

系統(tǒng)中U1和U2與HLE1型裝置U和DU進(jìn)行連接，通過U輸出電壓供給標(biāo)準(zhǔn)一次電壓U1，二次電壓U2與HLE1型裝置內(nèi)附標(biāo)準(zhǔn)器作差，系統(tǒng)依次進(jìn)行各變比標(biāo)準(zhǔn)器檢定，HLE1型裝置采集標(biāo)準(zhǔn)器差值數(shù)據(jù)。

（三）整體檢定線路

圖4中為HLE1型裝置整體檢定線路。傳統(tǒng)測(cè)試方法為：對(duì)5～25000/5A和5～5000/1A現(xiàn)場(chǎng)電流互感器，選取若干典型的電流比采用傳統(tǒng)方法和HLE1型檢定裝置分別進(jìn)行檢定。比較二者差值，其測(cè)試結(jié)果不能超出被試電流互感器準(zhǔn)確等級(jí)，且差值在相應(yīng)測(cè)量點(diǎn)誤差限值的1/3內(nèi)。

圖4 整體檢定線路

系統(tǒng)中電流互感器K1，K2和L1，L2與HLE1型裝置U和DU進(jìn)行連接。系統(tǒng)控制HLE1型裝置進(jìn)行誤差測(cè)試。

三、關(guān)鍵技術(shù)

設(shè)計(jì)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于：

①高準(zhǔn)確級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器的實(shí)現(xiàn)，該標(biāo)準(zhǔn)器基于BYL1型0.01級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器，其集成變比為5～25000/5A和5～5000/1A，變比多，范圍寬，在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)各檔位自動(dòng)切換時(shí)需考慮變比高壓切換，確保在升壓過程和高壓采集時(shí)不能勿動(dòng)作，解決了高低壓之間的干擾問題。由于空載電流標(biāo)準(zhǔn)器為空載電壓互感器，切換器件接觸電阻很小，其引入的誤差忽略不計(jì)，通訊采用光耦隔離設(shè)計(jì)，消除各系統(tǒng)間的串?dāng)_。

②BHE整體檢定裝置自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)，BHE整體檢定裝置為旋鈕式，需手動(dòng)調(diào)節(jié)、手動(dòng)測(cè)試，在保證原有精度的基礎(chǔ)上，增加MCU處理器，開關(guān)繼電控制，通訊模塊，使其成為可控設(shè)備。因?yàn)锽HE測(cè)量功能多（電壓、電流、阻抗、導(dǎo)納），測(cè)量精度范圍寬（六檔），功能冗余，所以保留電流、導(dǎo)納測(cè)量功能，選取三檔測(cè)量精度，使系統(tǒng)更加精簡(jiǎn)。

四、系統(tǒng)運(yùn)行效果

電壓型檢定裝置全自動(dòng)檢定系統(tǒng)可用于計(jì)量檢定和設(shè)備出場(chǎng)檢定，實(shí)現(xiàn)了一次接線，全自動(dòng)檢定電壓型裝置的百分表、校驗(yàn)儀誤差回路、內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)器和整體檢定等項(xiàng)目，會(huì)自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告，總流程時(shí)間較傳統(tǒng)人工測(cè)試方法從0.5天/人提高為0.05天/人，大大提高了檢定效率和檢定準(zhǔn)確度，且原始記錄易追溯；同時(shí)各項(xiàng)項(xiàng)目檢測(cè)數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)基本一致，如下表1、表2、表3、表4所示，百分表滿足1級(jí)，差值回路滿足2級(jí)，內(nèi)附標(biāo)準(zhǔn)器滿足0.05級(jí)，整體比對(duì)差值小于誤差限值1/3。

表1 百分表回路誤差對(duì)比

表2 20%額定電流下差值回路誤差對(duì)比

表3 500A/5A內(nèi)附標(biāo)準(zhǔn)器和測(cè)差回路綜合檢定數(shù)據(jù)對(duì)比

表4 變比500A/5A、二次負(fù)荷10VA、功率因數(shù)0.8的電流互感器誤差數(shù)據(jù)對(duì)比

結(jié)論

全自動(dòng)整體檢定系統(tǒng)的研制有助于提高電壓型現(xiàn)場(chǎng)互感器檢定裝置的檢定效率，提高了檢定準(zhǔn)確率；系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)便于模塊技術(shù)迭代，提高了產(chǎn)品的性能。