徐勤超，李鐵夫，李業(yè)鋒，王 任，方保壘

(國(guó)網(wǎng)山東省電力公司棗莊供電公司，山東 棗莊 277100)

0 引言

極性試驗(yàn)是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及電氣試驗(yàn)專業(yè)在互感器等設(shè)備新安裝、改造或更改接線完畢后必須進(jìn)行的試驗(yàn)，是電氣專業(yè)的一項(xiàng)重要工作。極性試驗(yàn)可提前發(fā)現(xiàn)互感器本身及一、二次側(cè)繞組接線和回路中可能存在的問題。電流互感器和電壓互感器一、二次引出端子都標(biāo)出極性，工程上采用減極性標(biāo)注法，即電流從一次側(cè)極性端子流入時(shí)，二次側(cè)電流從極性端子流出。互感性極性試驗(yàn)通常采用直流法，試驗(yàn)如圖1所示，當(dāng)開關(guān)K接通瞬間，直流儀表指針向正方向偏轉(zhuǎn)，則L1，S1(或標(biāo)注*號(hào))兩端子為同極性端子；否則為異極性端子(極性標(biāo)注錯(cuò)誤)。

對(duì)于傳統(tǒng)的極性試驗(yàn)工作，由于試驗(yàn)操作設(shè)備與被采集試驗(yàn)點(diǎn)有時(shí)距離較遠(yuǎn)，需要多人或2組以上人員，一組在室外互感器(一次側(cè))加試驗(yàn)電源；另一組在保護(hù)室內(nèi)保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量等裝置處(互感器二次側(cè))觀察直流指針式儀表指針偏轉(zhuǎn)方向，判斷極性是否正確，2組人員采用手機(jī)或?qū)χv機(jī)通話的方式配合試驗(yàn)?；ジ衅饕淮蝹?cè)試驗(yàn)電源加量采用人工控制，經(jīng)常出現(xiàn)接觸、斷開時(shí)間無(wú)規(guī)律，室外試驗(yàn)操作與室內(nèi)試驗(yàn)觀察不同步等現(xiàn)象，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不清晰而需重復(fù)。極性試驗(yàn)通常逐相進(jìn)行，互感器有三相，每一相又有多個(gè)二次繞組，室外人員需要多次換相，室內(nèi)人員也需頻繁轉(zhuǎn)移試驗(yàn)位置，造成重復(fù)性的工作，甚至出現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)論錯(cuò)誤的情況，給設(shè)備的安全運(yùn)行埋下隱患。本研究提出一種可遙控的互感器極性試驗(yàn)儀，只需1組人員即可完成互感器一次側(cè)加量和二次側(cè)觀察表針偏轉(zhuǎn)的工作，大幅度提高了現(xiàn)場(chǎng)極性試驗(yàn)的工作效率。

1 互感器極性試驗(yàn)儀工作原理

該互感器極性試驗(yàn)儀應(yīng)用無(wú)線遙控控制晶體管開關(guān)元件輸出，由開關(guān)元件控制繼電器線圈，再由繼電器開出硬接點(diǎn)完成極性試驗(yàn)自動(dòng)加量、撤量及換相等工作，實(shí)現(xiàn)通過遠(yuǎn)方遙控的方式控制互感器(一次側(cè))三相分別自動(dòng)加壓試驗(yàn)。

圖1 極性試驗(yàn)直流法基本原理

極性試驗(yàn)儀由操作監(jiān)視模塊和信號(hào)發(fā)生模塊組成，其中操作監(jiān)視模塊用于在互感器二次側(cè)操作并發(fā)出遙控命令，信號(hào)發(fā)生模塊用于接收遙控命令并在互感器一次側(cè)施加試驗(yàn)量。其工作原理圖如圖2所示。

通過繼電器動(dòng)作及返回觸點(diǎn)控制，可固定試驗(yàn)操作接觸時(shí)間，讓試驗(yàn)時(shí)間有一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，即通過無(wú)線遙控啟動(dòng)繼電器接點(diǎn)瞬間閉合、延時(shí)斷開的方式，嚴(yán)格控制加壓時(shí)間，模擬電磁感應(yīng)突變量，減少人工操作的不確定性。試驗(yàn)前，在互感器一次側(cè)一次性完成三相試驗(yàn)線的接線，然后在保護(hù)室內(nèi)二次繞組接線終端便可依次遠(yuǎn)方遙控控制A，B，C三相(一次側(cè))自動(dòng)進(jìn)行極性試驗(yàn)工作。更換試驗(yàn)相別時(shí)，只需要在二次側(cè)更改試驗(yàn)線，不需要在一次側(cè)頻繁更換試驗(yàn)接線，減少了高處作業(yè)，降低了試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 可遙控極性試驗(yàn)試驗(yàn)儀工作原理

2 操作監(jiān)視模塊工作原理

操作監(jiān)視模塊用于遙控控制信號(hào)發(fā)生模塊的接點(diǎn)閉合，同時(shí)具備指針表，用于指示互感器二次極性，即包括遙控命令模塊和極性監(jiān)視模塊。

2.1 遙控命令模塊

遙控命令模塊由電源、編碼開關(guān)、發(fā)射信號(hào)處理器、操作按鈕、信號(hào)發(fā)射器及發(fā)射天線組成，遙控命令模塊電路原理如圖3所示。發(fā)射信號(hào)處理器核心元件為編碼芯片(PT2262)，用于采集操作按鈕SA，SB和SC的操作信息，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，發(fā)送給信號(hào)發(fā)射器轉(zhuǎn)換為高頻電磁波信號(hào)發(fā)射出去，由信號(hào)接收器接收命令并完成一系列的試驗(yàn)操作；編碼開關(guān)用于給編碼芯片設(shè)定地址。信號(hào)發(fā)射器調(diào)制的無(wú)線傳輸頻率選擇為433 MHz，傳輸距離300 m(滿足變電站使用距離要求)。

2.2 監(jiān)視模塊

監(jiān)視模塊由電磁式指針毫伏表、量程調(diào)檔電路及保護(hù)元件組成，其電路原理如圖4所示。試驗(yàn)人員通過觀察動(dòng)態(tài)指針偏轉(zhuǎn)方向來(lái)確定極性。量程調(diào)檔電路由多個(gè)并接電阻Rn和切換開關(guān)組成，通過切換開關(guān)QK，接通不同量程的回路，可選擇性地觀察指針偏轉(zhuǎn)的靈敏度。在監(jiān)視模塊的輸入試驗(yàn)端設(shè)置有過壓保護(hù)BJ，防止毫伏表接受過電壓或人員觸電。

3 信號(hào)發(fā)生模塊工作原理

信號(hào)發(fā)生模塊的作用是接收操作監(jiān)視模塊發(fā)送出的遙控命令，通過控制繼電器接點(diǎn)的動(dòng)作與返回，在互感器一次側(cè)施加穩(wěn)定可靠的短時(shí)(瞬間)通斷突變量電壓。其由信號(hào)接收及處理模塊、操作繼電器模塊和信號(hào)輸出模塊3部分組成。

3.1 信號(hào)接收及處理模塊

信號(hào)接收及處理模塊用于采集操作監(jiān)視模塊發(fā)出的遙控信號(hào)，其輸出作用于操作繼電器模塊用于控制繼電器的吸合和返回，由接收天線、信號(hào)接收器、編碼開關(guān)和接收信號(hào)處理器組成，其電路原理如圖5所示。信號(hào)接收器由電感、電容及運(yùn)算放大器等元件組成，并調(diào)制接收頻率為433 MHz，對(duì)遙控信號(hào)進(jìn)行接收并放大處理。接收信號(hào)處理器的核心元件為解碼芯片(PT2272)，作用為將編碼芯片的遙控命令解碼，并輸出控制電平信號(hào)，編碼開關(guān)用于給接收信號(hào)處理器設(shè)定地址，其地址設(shè)定需與遙控命令處理器(PT2262)設(shè)定的地址相同。

圖3 遙控命令模塊電路原理

圖4 監(jiān)視模塊電路原理

3.2 操作繼電器模塊

操作繼電器模塊通過繼電器來(lái)控制信號(hào)輸出模塊內(nèi)的接點(diǎn)閉合與返回，實(shí)現(xiàn)互感器一次側(cè)的加試驗(yàn)電壓和撤試驗(yàn)電壓?？刂颇K包括接收裝置、控制裝置和操作繼電器3個(gè)部分，其原理如圖6所示。接收信號(hào)處理器將輸出的電平信號(hào)分別啟動(dòng)KA，KB和KC 3個(gè)晶體管，通過晶體管的導(dǎo)通來(lái)啟動(dòng)ZJA，ZJB和ZJC 3個(gè)操作繼電器，并設(shè)置繼電器自保持回路保證繼電器線圈可靠吸合。通過時(shí)間繼電器ZT來(lái)控制繼電器的吸合時(shí)間，設(shè)置每次極性試驗(yàn)時(shí)間為0.5 s，以消除人工拉合開關(guān)接觸點(diǎn)的通、斷(速度、時(shí)間等)不同步因素。

3.3 信號(hào)輸出模塊

信號(hào)輸出模塊采用操作繼電器模塊的繼電器接點(diǎn)控制輸出，其具體實(shí)現(xiàn)方式如圖7所示?？赏ㄟ^K3開關(guān)來(lái)選擇試驗(yàn)電源為內(nèi)置電池還是外接電池。在試驗(yàn)回路中串接檔位控制開關(guān)BP，與不同的限流電阻配合。根據(jù)被試設(shè)備的容量和類型，選擇適當(dāng)?shù)南蘖鳈n位(BP1—BP4)，防止電池消耗過大，提高電池使用壽命；檔位開關(guān)BP可選用插入式壓板實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)信號(hào)輸出接點(diǎn)ZJA，ZJB和ZJC由控制模塊中3個(gè)操作繼電器ZJA，ZJB和ZJC控制，分別用于A相、B相和C相互感器的極性試驗(yàn)。

4 樣機(jī)和實(shí)施效果

4.1 樣機(jī)制作

根據(jù)操作監(jiān)視模塊和信號(hào)發(fā)生模塊的各部分電路設(shè)計(jì)，分別制作單相試驗(yàn)和三相試驗(yàn)的樣機(jī)，樣機(jī)的遙控芯片選用PT2262和PT2272，遙控命令模塊、操作繼電器模塊、信號(hào)輸出模塊采用分立電源，電源電壓均為12 V。單相試驗(yàn)樣機(jī)如圖8所示，三相試驗(yàn)樣機(jī)如圖9所示。

4.2 實(shí)施效果

將樣機(jī)在電流互感器極性試驗(yàn)中實(shí)際應(yīng)用，實(shí)施效果說明，使用本互感器極性試驗(yàn)儀相對(duì)傳統(tǒng)試驗(yàn)方式有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

圖5 信號(hào)接收及處理模塊電路原理

圖6 操作繼電器模塊電路原理

圖7 信號(hào)輸出模塊原理

(1) 通過增加遙控功能，將2組試驗(yàn)人員減少為1組試驗(yàn)人員，減少了試驗(yàn)人員投入；

圖8 單相試驗(yàn)樣機(jī)(簡(jiǎn)易外殼)

(2) 用繼電器接點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)輸出，并利用時(shí)間繼電器將試驗(yàn)時(shí)間固定為0.5 s，避免人工試驗(yàn)?zāi)Ｊ饺菀滓蛑羔樁秳?dòng)導(dǎo)致的試驗(yàn)誤判，以及試驗(yàn)結(jié)果不清晰導(dǎo)致需要重復(fù)試驗(yàn)等問題，提高了試驗(yàn)結(jié)果可靠性；

(3) 使用本極性試驗(yàn)儀時(shí)一次側(cè)采用三相同時(shí)接線，明顯減少試驗(yàn)過程中一次側(cè)換相及二次側(cè)的試驗(yàn)地點(diǎn)變換，簡(jiǎn)化試驗(yàn)流程，縮短試驗(yàn)時(shí)間，提高了試驗(yàn)效率。

圖9 三相試驗(yàn)樣機(jī)

4.3 安全性分析

戶外安裝的電流互感器在進(jìn)行極性試驗(yàn)時(shí)，一次側(cè)接線時(shí)經(jīng)常需要登高作業(yè)，傳統(tǒng)試驗(yàn)采用單相依次試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)換相次數(shù)多，導(dǎo)致頻繁登高作業(yè)。應(yīng)用互感器極性試驗(yàn)儀試驗(yàn)時(shí)采用三相同時(shí)接線，不需換相而依次進(jìn)行試驗(yàn)，可減少登高作業(yè)次數(shù)，降低危險(xiǎn)系數(shù)，提高工作安全性。

在運(yùn)行變電站內(nèi)進(jìn)行互感器極性試驗(yàn)，互感器一次側(cè)會(huì)因相鄰高壓設(shè)備運(yùn)行而產(chǎn)生感應(yīng)電，本互感器試驗(yàn)儀一次側(cè)加試驗(yàn)量時(shí)使用繼電器接點(diǎn)自動(dòng)閉合代替人工直接操作，從而大大減少試驗(yàn)人員觸碰互感器一次側(cè)的次數(shù)，減少試驗(yàn)人員感應(yīng)電觸電的可能性，保障試驗(yàn)人員人身安全。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)極性試驗(yàn)方法的弊端，創(chuàng)新提出一種可遙控的互感器極性試驗(yàn)儀，并對(duì)其進(jìn)行了具體的電路設(shè)計(jì)，制作了樣機(jī)。通過試驗(yàn)驗(yàn)證，可遙控極性試驗(yàn)儀在工作效率、試驗(yàn)結(jié)果可靠性、保障人身安全等方面都具備優(yōu)勢(shì)，實(shí)用性強(qiáng)，可推廣應(yīng)用。