姜春陽(yáng)+劉俊杰+周峰+殷小東+劉鹍+周一飛

摘 要： 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)量用電流互感器二次回路狀態(tài)的準(zhǔn)確識(shí)別，理論分析了在不同狀態(tài)下的回路等效電路圖，提出基于阻抗特征的電流互感器回路狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同負(fù)荷電流下正常連接、開(kāi)路和短路狀態(tài)的準(zhǔn)確識(shí)別，基于此開(kāi)發(fā)了CT二次回路監(jiān)測(cè)模塊，并將其成功擴(kuò)展應(yīng)用于專變采集終端中，擴(kuò)展后的專變終端在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了掛網(wǎng)試運(yùn)行，結(jié)果表明，終端運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)上傳及時(shí)、可靠，可為現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量設(shè)備檢修、用電檢查提供有力的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞： 二次回路； 狀態(tài)識(shí)別； 功能擴(kuò)展； 專變采集終端

中圖分類號(hào)： TN911?34； TM41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）04?0143?04

Research on recognition method and module for CT secondary circuit state

JIANG Chunyang1， LIU Junjie1， ZHOU Feng1， YIN Xiaodong1， LIU Kun2， ZHOU Yifei2

（1. China Electric Power Research Institute， Wuhan 430074， China； 2. Metrology Center， State Grid Sichuan Electric Power Company， Chengdu 610041， China）

Abstract：In order to identify the secondary circuit state of current transformer used for metrology accurately， the theoretical analysis of circuit equivalent circuit diagram under different conditions is carried out， and a new secondary circuit state monitoring method based on the impedance characteristics is proposed. With the method， the accurate identification of the normal connection， open circuit and short circuit states under different loads was realized， and a CT secondary circuit monitoring module was developed. It has been applied to specific change acquisition terminal， whose pilot run was performed on the spot. The results of pilot run indicates that the terminal operates reliably， the data upload is timely and reliable， and it can provide powerful technical support for equipment maintenance and electricity inspection.

Keywords： secondary circuit； state recognition； function extension； specific change acquisition terminal

0 引 言

電能計(jì)量由三個(gè)主要部分組成：互感器、二次回路和電能表，相對(duì)于互感器而言，二次回路和電能表是防護(hù)比較薄弱，容易被違規(guī)用電者改動(dòng)的部分。隨著近些年智能電能表和采集系統(tǒng)的推廣，電能表已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電能表開(kāi)蓋、停電、強(qiáng)磁干擾、參數(shù)修改等諸多事件的記錄，同時(shí)ESAM加密芯片的使用，使通過(guò)軟件進(jìn)行篡改參數(shù)的情況也被杜絕。而二次回路卻由于技術(shù)手段缺乏，一直處于無(wú)監(jiān)管的狀態(tài)。在針對(duì)二次回路中電流回路的欠流法竊電是最常用的手段，欠流法指竊電者采用各種方法故意改變計(jì)量電流回路的正常接線，或故意造成計(jì)量電流回路故障，使電能表的電流線圈無(wú)電流通過(guò)或只通過(guò)部分電流，從而導(dǎo)致電量少計(jì)。而針對(duì)電流回路的改動(dòng)，僅從電流幅值的變化時(shí)無(wú)法反應(yīng)二次回路的狀態(tài)[1?7]，如三相不平衡和失流事件，在一些波動(dòng)較大和三相負(fù)荷使用不合理的計(jì)量場(chǎng)合，就會(huì)上報(bào)該類事件，而二次回路并無(wú)異常，而對(duì)于三相電流回路均出現(xiàn)短路的情況，又不會(huì)上報(bào)該類事件。因此亟需一種技術(shù)及裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)電流二次回路狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并融合入目前的用電信息采集系統(tǒng)中，即時(shí)主動(dòng)上報(bào)二次回路狀態(tài)信息，為計(jì)量裝置在線監(jiān)測(cè)、用電稽查和檢修提供數(shù)據(jù)支撐，提供工作效率，減小現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員工作量，提高客戶服務(wù)質(zhì)量。

1 CT二次回路狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)方案

只要對(duì)進(jìn)入電能表電流回路的任何地方實(shí)施了短路或開(kāi)路，都將造成流入電能表的電流減少，使得電能表計(jì)量的電量比實(shí)際電量減少。常見(jiàn)的竊電手段有：

（1） 對(duì)CT二次端子進(jìn)行短路；

（2） 對(duì)電能表電流線圈接線端子進(jìn)行短接；

（3） 開(kāi)路CT二次側(cè)（高壓計(jì)量方式下，此種竊電方式很少）；

（4） 虛接或斷開(kāi)電能表電流線圈接線。

圖1給出了電流互感器折算到二次等效回路。其中：CT二次阻抗監(jiān)測(cè)單元串聯(lián)接入CT二次回路；CT二次阻抗監(jiān)測(cè)單元檢測(cè)的阻抗主要包括CT二次阻抗、二次回路等效阻抗以及電能表輸入端等效阻抗。

圖1中：Z2為電流互感器二次內(nèi)阻抗；ZS為二次回路導(dǎo)線阻抗；ZL為電能表輸入阻抗；為一次繞組內(nèi)阻抗折算到二次側(cè)的值；Zm為勵(lì)磁阻抗。

正常工作條件下，1，2端口的等效阻抗為：

（1）

式中，Zm與電流互感器一次電流有關(guān)系，但由于較小，所以Zm隨一次電流的變化并不會(huì)給測(cè)量ZE帶來(lái)影響。

在電能表針對(duì)上述四種常見(jiàn)分流竊電情況下，其等效電路如圖2所示，其中Z0為短接線等效阻抗。

圖2 不同竊電狀態(tài)下的電流互感器及二次等效電路圖

當(dāng)出現(xiàn)如圖2（a）所示的短接CT二次端子時(shí)，二次等效阻抗為：

（2）

如圖2（b）所示的電能表電流接線端子進(jìn)行短接時(shí)，二次等效阻抗為：

（3）

如圖2（c）所示的斷開(kāi)電能表電流端子接線?開(kāi)路時(shí)，二次等效阻抗為：

（4）

如圖2（d）所示的開(kāi)路CT二次側(cè)時(shí)，二次等效阻抗為：

（5）

從等效電路分析，在不同回路狀態(tài)下回路阻抗均有不同的變化趨勢(shì)，所以如果能夠在二次回路中設(shè)置某種電路，可以根據(jù)回路阻抗特征的變化，提取一定的特征量，在結(jié)合二次電流的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)回路狀態(tài)的判斷。

圖3給出了回路狀態(tài)檢測(cè)的方案，在進(jìn)行回路狀態(tài)檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)單元需要串接于電流互感器二次回路中，主傳感器部分由1個(gè)微型PT和1只電感構(gòu)成，輔助后端的電子電路部分，獲得在回路阻抗、二次電流變化時(shí)的特征量和回路正常連接、短路、開(kāi)路的狀態(tài)信息。

具體工作原理是：

（1） 振蕩電路由電感L、兩只電容C和正反饋網(wǎng)絡(luò)電路構(gòu)成，電路的振蕩頻率與L和C值有關(guān)。其中電感L的電感量與工頻電流的幅值有關(guān)系，當(dāng)工頻電流幅值升高時(shí)，由于鐵芯材料進(jìn)入飽和狀態(tài)，電感量會(huì)降低，振蕩電路的振蕩頻率會(huì)隨著電流幅值的增加而增加；因此振蕩電路的振蕩頻率會(huì)隨著電流的變化呈現(xiàn)周期性的增加和減小，在電流過(guò)零點(diǎn)處，電感量最大，振蕩頻率最小。

（2） 中提到，振蕩電路的振蕩頻率與L值有關(guān)系，當(dāng)圖3中的電流互感器二次端子被短接時(shí)，電感L就被1根導(dǎo)線短接了一匝，電感量會(huì)降低，因

此振蕩電路的振蕩頻率的最小值會(huì)升高，此時(shí)該振蕩頻率的最小值將作為回路端子短接的判據(jù)。

（3） 通過(guò)讀取回路中工頻電流幅值，判斷當(dāng)二次回路電流接近0時(shí)，將通過(guò)微型PT向回路中注入高頻電壓信號(hào)，并在L兩端通過(guò)信號(hào)放大和A/D采樣電路采集，用于判斷電流互感器的二次回路是處于正常連接無(wú)電流狀態(tài)，還是開(kāi)路狀態(tài)。

2 回路狀態(tài)識(shí)別模塊設(shè)計(jì)

對(duì)于工業(yè)大用戶，為了保證其用電容量和供電質(zhì)量，均采用專變供電；為了進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，現(xiàn)場(chǎng)均會(huì)配備安裝專變采集終端，終端中三相微型電流互感器的安裝位置相對(duì)較大，可用于回路狀態(tài)識(shí)別模塊的安裝。為此將上述方案中的兩個(gè)檢測(cè)鐵芯和采集終端用的微型電流互感器集成安裝于一個(gè)模塊中，作為一個(gè)電流回路狀態(tài)的檢測(cè)傳感器。圖4給出了傳感器布置的示意圖。CT1為檢測(cè)用電感，CT2為注入線圈，CT3為工頻電流檢測(cè)用的微型電流互感器。

將前文提到的檢測(cè)方案，進(jìn)行抽象，梳理為測(cè)試程序，其檢測(cè)流程如圖5所示。

圖6 給出了模塊外觀圖，模塊需要現(xiàn)場(chǎng)終端設(shè)備提供±5 V通電電源，通過(guò)RS 485進(jìn)行通信。

3 專變采集終端應(yīng)用

回路狀態(tài)檢測(cè)模塊安裝于電力負(fù)荷管理終端內(nèi)部，取代原電源板上的CT，如圖7、圖8所示。模塊需要終端提供±5 V，約1 W直流電源，與終端間采用RS 485通信。

3.1 終端現(xiàn)場(chǎng)掛網(wǎng)試運(yùn)行

在湖北某市對(duì)安裝了回路狀態(tài)檢測(cè)模塊的采集終端進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)掛網(wǎng)試運(yùn)行，分別選取了機(jī)械廠、酒店和小區(qū)用戶進(jìn)行了安裝。圖9為具有防竊電功能的負(fù)荷終端用于演示的界面。

現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行的設(shè)備，為了更加直觀地查看回路狀態(tài)監(jiān)測(cè)的結(jié)果，在專變的屏幕上設(shè)計(jì)了新的提示信息。對(duì)于原有的狀態(tài)指示燈進(jìn)行了新的閃爍規(guī)則設(shè)計(jì)，并未提示異常狀態(tài)。

現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行表明，模塊在不同負(fù)荷下均具有較好的穩(wěn)定性，沒(méi)有出現(xiàn)誤報(bào)，同時(shí)在一個(gè)月后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了故障的模擬，對(duì)回路進(jìn)行了短接模擬，終端可及時(shí)準(zhǔn)確的將回路狀態(tài)數(shù)據(jù)上報(bào)。圖10為負(fù)控終端現(xiàn)場(chǎng)掛網(wǎng)照片。

4 結(jié) 語(yǔ)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)需求，開(kāi)發(fā)了可用于電流互感器二次回路狀態(tài)檢測(cè)的功能模塊，并將模塊應(yīng)用于專變采集終端，總結(jié)如下：提出了基于阻抗特征的多重判據(jù)識(shí)別方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流互感器二次回路狀態(tài)的準(zhǔn)確識(shí)別；根據(jù)外部擴(kuò)展設(shè)備的需求，開(kāi)發(fā)了回路狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊，并將其集成于專變采集終端；掛網(wǎng)運(yùn)行結(jié)果顯示，擴(kuò)展后的專變終端現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行可靠，無(wú)誤報(bào)?，F(xiàn)場(chǎng)采集類設(shè)備數(shù)量大，擴(kuò)展后的專變除了具備采集功能外，還可用于電能表所在二次回路狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，同時(shí)利用采集終端的交采功能，可實(shí)現(xiàn)與電能表的電能比對(duì)，可廣泛用于對(duì)故障檢修、違規(guī)用電和竊電行為的在線監(jiān)測(cè)。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭小斌.防止電力大客戶竊電的技術(shù)方案研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2015.

[2] 黃曉旭.電力負(fù)荷管理系統(tǒng)在防竊電中的應(yīng)用[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2014，53（1）：21?26.

[3] 王輝，劉斐.無(wú)線通信技術(shù)在防竊電工作中的應(yīng)用[J].電測(cè)與儀表，2015，52（1）：124?128.

[4] 程超，張漢敬，景志敏，等.基于離群點(diǎn)算法和用電信息采集系統(tǒng)的反竊電研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015，43（17）：69?74.

[5] 蘇慧玲，劉建，龔丹，等.大規(guī)模電能計(jì)量器具智能檢定的優(yōu)化調(diào)度策略探討[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015，43（11）：75?79.

[6] 許玉香，劉小剛，馬彥琴.電子式互感器對(duì)高精度采樣裝置的影響及對(duì)策分析[J].電網(wǎng)與清潔能源，2014，30（10）：84?87.

[7] 張曉東，楊劍，鄭磊，等.一種針對(duì)電能計(jì)量回路分流法竊電的檢測(cè)模型[J].山東電力技術(shù)，2016，43（3）：27?29.

[8] 秦珣，陳麗安.基于改進(jìn)導(dǎo)納法的小電流接地系統(tǒng)接地故障選線方法[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2016，31（1）：96?102.

[9] 曲妍，王春光，梅姚，等.繼電保護(hù)設(shè)備及二次回路狀態(tài)檢修系統(tǒng)構(gòu)建[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（14）：152?155.