楊 嫻,羅丹青,顧婷婷,黃開來，邢 菁，李佳瑩

(海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司 電能計(jì)量中心，海南 海口 570100)

0 引言

用作標(biāo)準(zhǔn)器的電流互感器是我國計(jì)量法規(guī)定的強(qiáng)制檢定的計(jì)量器具，根據(jù)國家計(jì)量檢定規(guī)程JJG313—2010《測(cè)量用電流互感器》的規(guī)定[1]：0.05(S)級(jí)～0.01(S)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器每兩年檢定一次，且每個(gè)變比都必須檢定。標(biāo)準(zhǔn)電流互感器在檢定中經(jīng)常會(huì)遇到如下問題：① 0.05(S)級(jí)～0.01(S)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器變比多，相應(yīng)一次繞組和二次繞組抽頭多，每個(gè)變比都需換接一次線和二次線，不同變比換線頻繁，工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，檢定時(shí)間長；② 由于不同互感器一次線和二次線須對(duì)應(yīng)相應(yīng)變比接線，經(jīng)常發(fā)生接線錯(cuò)誤和導(dǎo)線接觸不良的情況，影響測(cè)試效率和測(cè)試準(zhǔn)確性；③ 不同變比接線不同，人工換線導(dǎo)致檢定狀態(tài)不同，影響互感器整體測(cè)試的一致性和穩(wěn)定性。鑒于標(biāo)準(zhǔn)電流互感器檢定時(shí)存在檢定時(shí)間長、檢定效率低、工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大的問題，以及由于互感器檢定時(shí)頻繁改接線帶來的影響測(cè)試準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的弊端，有必要研究一種標(biāo)準(zhǔn)電流互感器快速接線與檢定系統(tǒng)，以縮短檢定時(shí)間，提高檢定效率，保證檢定的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

1 標(biāo)準(zhǔn)電流互感器快速接線與檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 標(biāo)準(zhǔn)電流互感器檢定原理[2]

0.05(S)級(jí)～0.01(S)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器檢定系統(tǒng)由電源調(diào)節(jié)器、大電流發(fā)生器、0.002級(jí)雙級(jí)電流互感器、電流負(fù)荷箱誤差測(cè)量裝置及系統(tǒng)軟件組成，檢定線路如圖1所示。

圖1中，T1為電源調(diào)節(jié)器；T2為大電流發(fā)生器；Z為電流負(fù)荷箱；HE為互感器校驗(yàn)儀；CT0為0.002級(jí)雙級(jí)電流互感器，用作檢定標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的溯源標(biāo)準(zhǔn)器，其額定一次電流為5 A～5 000 A，二次電流為5 A和1 A；L1、L2為一次比例繞組接線端子，b1、b2為一次補(bǔ)償繞組接線端子，其中L1、b1為極性端；K1、K2為二次比例繞組接線端子，B1、B2為二次補(bǔ)償繞組接線端子，其中K1、B1為極性端；CTx為試品，即0.05(S)級(jí)～0.01(S)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器；L1′、L2′為一次繞組接線端子，K1′、K2′為二次繞組接線端子，其中L1′、K1′為極性端。

圖1 雙級(jí)電流互感器檢定電流互感器線路

如圖1所示，一次回路接線為：標(biāo)準(zhǔn)器和試品一次極性端對(duì)頂連接，一次極性端通過一次補(bǔ)償繞組間接接地，一次非極性端分別接大電流發(fā)生器電流輸出端兩端；標(biāo)準(zhǔn)器和試品二次極性端對(duì)頂連接，同時(shí)接互感器校驗(yàn)儀的差流回路K端，標(biāo)準(zhǔn)器二次非極性端接互感器校驗(yàn)儀T0端，試品二次非極性端經(jīng)電流負(fù)荷箱后接互感器校驗(yàn)儀Tx端。標(biāo)準(zhǔn)電流輸入校驗(yàn)儀的T0、Tx端形成標(biāo)準(zhǔn)電流回路，差值電流輸入校驗(yàn)儀的K、D端形成差流回路，通過校驗(yàn)儀測(cè)得試品相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)器的比值差和相位差。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)電流互感器快速接線與檢定系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

圖1所示檢定線路是檢定標(biāo)準(zhǔn)電流互感器單個(gè)變比線路圖，要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器全變比和全量程下快速接線與檢定，需解決以下三個(gè)方面的問題：①試品參數(shù)，特別是變比信息的快速錄入；②標(biāo)準(zhǔn)器和試品一次回路、二次回路自動(dòng)切換；③試品各變比自動(dòng)檢定。

1.2.1 試品參數(shù)變比信息的快速錄入

試品電流互感器的信息一般包括：電流互感器型號(hào)、額定一次電流、額定二次電流、準(zhǔn)確度等級(jí)、額定/下限負(fù)荷、產(chǎn)品編號(hào)及生產(chǎn)廠家等信息，變比信息為一次接線和二次接線信息。變比信息錄入有三種方法：①試品銘牌整體拷貝，即將被試電流互感器銘牌信息整體抄錄，存入數(shù)據(jù)庫；②工業(yè)相機(jī)攝錄，即用工業(yè)相機(jī)將互感器銘牌信息錄入，由影像信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，獲取其中的變比信息；③條形碼或二維碼掃描錄入，即通過掃描表征互感器身份信息的二維碼或條形碼來獲取其中的變比信息。本系統(tǒng)支持以上三種方法的變比信息錄入。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)器和試品一次、二次回路自動(dòng)切換裝置設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)電流互感器快速接線與檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)器和試品一次回路自動(dòng)切換裝置和二次回路自動(dòng)切換裝置，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器全變比和全量程下快速接線。標(biāo)準(zhǔn)器和試品一次回路自動(dòng)切換裝置將標(biāo)準(zhǔn)器一次繞組極性端通過大電流導(dǎo)線與試品一次繞組極性端對(duì)頂連接，標(biāo)準(zhǔn)器一次繞組非極性端各抽頭通過大功率繼電器J1～J8連接至一次側(cè)公共回路COM0端，試品一次繞組非極性端各抽頭通過大功率繼電器J1～Jn連接至一次側(cè)公共回路COM1端，COM0和COM1端分別接大電流發(fā)生器電流輸出端。鑒于試品互感器一次繞組抽頭未知，系統(tǒng)設(shè)置的試品一次接線端子有：穿心1匝、2匝、3匝、4匝和非穿心接線端L1、L2、…、Ln。同理，標(biāo)準(zhǔn)器和試品二次回路自動(dòng)切換裝置將二次繞組極性端對(duì)頂連接，二次側(cè)其余繞組非極性端抽頭通過低阻抗繼電器連接至二次側(cè)公共回路。通過繼電器切換從而實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)器和試品一次回路和二次回路自動(dòng)連接。檢定時(shí)，試品一次、二次回路自動(dòng)切換裝置根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的變比信息控制相應(yīng)繼電器的閉鎖動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)試品一次繞組抽頭和二次繞組抽頭自動(dòng)連接，然后標(biāo)準(zhǔn)器一次、二次回路自動(dòng)切換裝置根據(jù)試品變比信息控制對(duì)應(yīng)繼電器的閉鎖動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)一次繞組抽頭和二次繞組抽頭自動(dòng)切換，從而完成檢定線路一次回路和二次回路的自動(dòng)連接。標(biāo)準(zhǔn)器和試品一次、二次回路自動(dòng)切換裝置原理如圖2所示。

圖2中，CT0為0.002級(jí)雙級(jí)電流互感器，La、Lb為一次側(cè)穿心1匝繞組抽頭，L1～L8為一次側(cè)非穿心比例繞組抽頭，b1～b8為一次補(bǔ)償繞組抽頭，K1～K6為二次側(cè)比例繞組抽頭，B1～B6為二次補(bǔ)償繞組抽頭，J1～J8和Jb2～Jb8為切換一次繞組抽頭的大功率繼電器，JK2～JK6和JB2～JB5為切換二次繞組抽頭的低阻抗繼電器，T2為CT0自帶大電流發(fā)生器，CTx為試品，La′、Lb′為一次側(cè)穿心1匝、2匝、3匝、4匝繞組抽頭，L1′～Ln′(n=10)為一次側(cè)非穿心繞組抽頭，K1′～Km′(m=16)為二次繞組抽頭，J1′～Jn′為切換一次繞組抽頭的大功率繼電器，JK2′～JKm′為切換二次繞組抽頭的低阻抗繼電器，T2′為CTx自帶大電流發(fā)生器，J0為切換內(nèi)源和外源的大功率繼電器，Z為電流負(fù)荷箱，HE為互感器校驗(yàn)儀。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)器和試品一次、二次回路自動(dòng)切換裝置原理

1.2.3 全自動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器快速檢定系統(tǒng)

全自動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器快速檢定系統(tǒng)由互感器檢定與控制系統(tǒng)軟件、程控互感器校驗(yàn)臺(tái)和輔助接線臺(tái)三部分組成。檢定接線時(shí)無須對(duì)應(yīng)銘牌、核對(duì)變比，只需將試品一次接線端和二次接線端對(duì)應(yīng)連接到輔助接線臺(tái)的接線面板即可，一次接線和二次接線一次性完成。檢定時(shí)，裝置根據(jù)試品變比信息控制相應(yīng)的繼電器閉鎖，自動(dòng)切換標(biāo)準(zhǔn)器和試品各變比繞組抽頭，完成一次回路和二次回路接線，全程由上位機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器全變比和全量程下快速接線與順序自動(dòng)檢定。電流互感器全自動(dòng)檢定系統(tǒng)組成框圖如圖3所示，系統(tǒng)支持任意變比電流互感器一次和二次擴(kuò)展接線，只要是標(biāo)準(zhǔn)器有的電流比都可對(duì)應(yīng)接線。

圖3 電流互感器全自動(dòng)檢定系統(tǒng)組成框圖

2 標(biāo)準(zhǔn)器和試品一次回路阻抗優(yōu)化措施

標(biāo)準(zhǔn)器和試品一次回路自動(dòng)切換裝置實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)器和試品全變比下一次回路和二次回路繞組抽頭自動(dòng)切換，解決了標(biāo)準(zhǔn)電流互感器檢定時(shí)一次、二次頻繁換線的問題，但是對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)器和試品的各變比一次大電流回路需切換相應(yīng)繞組抽頭，并接入一次公共回路COM0和COM1，這樣對(duì)于互感器大變比檔位的檢定無形中加大了一次回路阻抗，特別是大變比檔位一次繞組穿心1匝時(shí)，一次回路長度增大為單變比情況大電流下的1.5～2倍，相應(yīng)的電源調(diào)節(jié)器和大電流發(fā)生器容量增大為單變比時(shí)的1.5～2倍[3-5]。一次回路連接導(dǎo)體組成有單根大電流銅排和多根電流軟銅導(dǎo)線兩種方式，為了盡量減小系統(tǒng)容量，本系統(tǒng)進(jìn)行了不同數(shù)目的穿心導(dǎo)線下一次回路阻抗試驗(yàn)，試驗(yàn)線路如圖4所示。

圖4中，T2為大電流發(fā)生器，一匝輸出為5 000 A，CT0、CTx為標(biāo)準(zhǔn)器和試品，電流比為5 000/5 A，PT為電壓采樣互感器，HE為互感器校驗(yàn)儀。

由于一次回路在大電流情況下阻抗值為毫歐，測(cè)量困難，試驗(yàn)?zāi)M了標(biāo)準(zhǔn)器和試品一次回路自動(dòng)切換裝置一次回路實(shí)際長度，采用實(shí)測(cè)大電流發(fā)生器輸入回路阻抗，再折算至一次大電流回路阻抗的方法來實(shí)現(xiàn)一次回路阻抗測(cè)量。采用互感器校驗(yàn)儀測(cè)大電流發(fā)生器輸入電壓與電流的比值，直讀讀出阻抗值。由于環(huán)形鐵芯大電流發(fā)生器及標(biāo)準(zhǔn)器和試品鐵芯的勵(lì)磁電流很小，可以近似認(rèn)為輸入阻抗為線性的[6]。大電流發(fā)生器輸入阻抗和容量如表1所示。

圖4 大電流發(fā)生器輸入回路阻抗測(cè)試線路

表1 大電流發(fā)生器輸入阻抗和容量

表1中，R為折算至1匝的阻抗的電阻值，X為折算至1匝的阻抗的感抗值，P為一次回路電流在5 000 A時(shí)的有功功率，Q為一次回路電流在5 000 A時(shí)的無功功率，S為視在功率。

由表1可以看出，隨著穿心導(dǎo)線數(shù)目的增加，電阻R和感抗X成反比減小，但是當(dāng)穿心導(dǎo)線數(shù)目增至8根即基本上均勻分布后，感抗就減小不多了，同時(shí)一次回路消耗的功率由穿心導(dǎo)線數(shù)目為1根時(shí)的13.3 kVA減小為穿心導(dǎo)線數(shù)目為8根時(shí)的2.3 kVA，容量減小的效果顯著。為此，本系統(tǒng)對(duì)于一次電流為 5 000 A的穿心繞組采用8根大電流導(dǎo)線并聯(lián)穿心的方法，并配合電容無功補(bǔ)償來減小標(biāo)準(zhǔn)器和試品一次回路阻抗，無需加大電源調(diào)節(jié)器容量。

3 結(jié)束語

標(biāo)準(zhǔn)電流互感器快速接線與檢定系統(tǒng)在檢定電流互感器時(shí)只需將一次接線端和二次接線端對(duì)應(yīng)連接到輔助接線臺(tái)接線面板即可；變比切換、自動(dòng)控制全程由上位機(jī)和控制接線裝置完成，解決了標(biāo)準(zhǔn)器變比范圍廣、等級(jí)要求不同、檢定中易接錯(cuò)線、工作效率低的問題；提高了工作效率，減小了測(cè)量過程中的不確定性。