吳安

（江西省檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證總院計(jì)量科學(xué)研究院，江西 南昌 330002）

0 引言

一般來說，在電力系統(tǒng)當(dāng)中，互感器又可稱之為儀用變壓器，能夠按照系統(tǒng)運(yùn)行要求針對(duì)電壓與電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)量測(cè)與系統(tǒng)保護(hù)目標(biāo)，是電能計(jì)量的基礎(chǔ)。電力技術(shù)人員應(yīng)針對(duì)互感器運(yùn)行過程當(dāng)中的計(jì)量準(zhǔn)確性進(jìn)行測(cè)試，確保其計(jì)量性能能夠符合電力系統(tǒng)運(yùn)行要求，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

1 不同類型互感器的運(yùn)行原理及其基本特征

1.1 電磁式互感器

在傳統(tǒng)的電能計(jì)量工作開展過程當(dāng)中，多采用電磁式互感器作為基礎(chǔ)設(shè)備。其主要由鐵芯、一次繞組、二次繞組以及其他元器件共同構(gòu)成，將一次繞組與計(jì)量目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)，基于二次繞組當(dāng)中測(cè)定的電流電壓讀數(shù)能夠推導(dǎo)出目標(biāo)回路的電能數(shù)值情況。其主要特征包括元件生產(chǎn)成本較高、容易出現(xiàn)鐵磁諧振、熱量散發(fā)難度較大、計(jì)量過程存在一定誤差等。

1.2 電子式互感器

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展以及計(jì)量技術(shù)的不斷進(jìn)步，采用光電子元件作為主要計(jì)量設(shè)備的電子式互感器開始得以運(yùn)用。所謂電子式互感器主要由信號(hào)傳感模塊與輸送處理模塊兩部分組成，由信號(hào)傳感模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)計(jì)量回路相關(guān)電流電壓數(shù)據(jù)的有效匯集，并由輸送處理模塊針對(duì)計(jì)量信息進(jìn)行相應(yīng)地傳輸和處理，進(jìn)而滿足回路計(jì)量要求[1]。相較于傳統(tǒng)的電磁式互感器而言，電子式互感器具有故障判定效率高、抗干擾能力較好、生產(chǎn)成本較低、信號(hào)分析更加便捷等優(yōu)勢(shì)，是未來電力互感器的關(guān)鍵發(fā)展方向（圖1）。

圖1 電子式互感器基本結(jié)構(gòu)

2 互感器計(jì)量測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建

為針對(duì)不同類型互感器計(jì)量準(zhǔn)確性做出判定，相關(guān)技術(shù)人員需要基于測(cè)試需求針對(duì)互感器計(jì)量測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建。為實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能，系統(tǒng)主要涵蓋以下功能模塊。

2.1 信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換模塊

首先需要針對(duì)電力互感器實(shí)時(shí)運(yùn)行信號(hào)進(jìn)行采集。在多種互感器接入計(jì)量測(cè)試系統(tǒng)后，由系統(tǒng)針對(duì)互感器進(jìn)行代號(hào)與存儲(chǔ)空間的分配，其采集的主要運(yùn)行信號(hào)包括互感器的二次側(cè)幅值、比值差、相位差以及互感器的運(yùn)行狀態(tài)等。其次，采集完畢后由系統(tǒng)將信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與對(duì)比。由于測(cè)試當(dāng)中的互感器類型包括電磁式互感器以及電子式互感器等，其運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)中所輸出的信號(hào)狀態(tài)可能會(huì)存在一定的差異，因此，在基于測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行互感器計(jì)量準(zhǔn)確性比對(duì)和分析的過程當(dāng)中，需要基于PC 機(jī)針對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行有效轉(zhuǎn)換，一方面便于測(cè)試準(zhǔn)確性的比對(duì)和識(shí)別，另一方面還能針對(duì)互感器相關(guān)輸出數(shù)值進(jìn)行更加準(zhǔn)確便捷地比對(duì)，從而為計(jì)量準(zhǔn)確度的校驗(yàn)提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持。

在針對(duì)互感器運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和傳輸?shù)倪^程當(dāng)中，可基于485 端口進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，為確保數(shù)據(jù)信號(hào)采集精度與采集質(zhì)量達(dá)到校驗(yàn)需要，技術(shù)人員可將互感器計(jì)量準(zhǔn)確性校驗(yàn)系統(tǒng)的信號(hào)采集頻次固定為15min，由系統(tǒng)終端對(duì)每15min 報(bào)告的數(shù)據(jù)進(jìn)行抄讀并形成電能數(shù)值計(jì)量曲線，使互感器計(jì)量準(zhǔn)確性測(cè)試得以順利開展，同時(shí)還能為電力系統(tǒng)運(yùn)行決策提供參考。

2.2 互感器計(jì)量校驗(yàn)?zāi)K

受到互感器內(nèi)部元件設(shè)計(jì)、測(cè)定目標(biāo)回路電壓電流相關(guān)參數(shù)變動(dòng)以及回路功率負(fù)載等因素影響，可能會(huì)導(dǎo)致互感器的計(jì)量出現(xiàn)一定的誤差，影響回路電能計(jì)量效果。因此在針對(duì)互感器計(jì)量準(zhǔn)確性進(jìn)行測(cè)試的過程當(dāng)中還需要構(gòu)建相關(guān)信號(hào)數(shù)值校驗(yàn)?zāi)K，盡可能減少誤差對(duì)最終計(jì)量狀況產(chǎn)生的影響，同時(shí)還能使計(jì)量誤差得到有效定位，為提升互感器在電力回路當(dāng)中的應(yīng)用價(jià)值提供支持。在針對(duì)互感器計(jì)量校驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行構(gòu)建的過程當(dāng)中，需針對(duì)互感器運(yùn)行過程當(dāng)中出現(xiàn)的飽和倍數(shù)誤差進(jìn)行校驗(yàn)。隨著電力系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展及其回路負(fù)載的不斷擴(kuò)大，給互感器的運(yùn)行也帶來了愈發(fā)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)和壓力[2]。一般來說，當(dāng)一次側(cè)電流大于等于互感器額定電流的10 倍時(shí)，可認(rèn)為互感器達(dá)到飽和狀態(tài)。

在針對(duì)互感器計(jì)量運(yùn)行準(zhǔn)確度進(jìn)行測(cè)試的過程當(dāng)中，技術(shù)人員需要明確互感器飽和倍數(shù)的曲線發(fā)展情況，從而確保互感器計(jì)量誤差達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。在針對(duì)互感器飽和倍數(shù)曲線進(jìn)行繪制的過程當(dāng)中，系統(tǒng)需要綜合考量互感器額定電流限值、激磁安匝數(shù)值、互感器最大磁密、二次繞組負(fù)載阻抗以及負(fù)載阻抗限值，最終求得不同電流運(yùn)行狀態(tài)下的誤差情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)飽和倍數(shù)誤差曲線的繪制。

除此之外，技術(shù)人員還可以基于電力回路運(yùn)行實(shí)際狀態(tài)以及互感器計(jì)量實(shí)際需求采用伏安特性法實(shí)現(xiàn)對(duì)電量計(jì)量誤差的有效校驗(yàn)。首先將互感器接入目標(biāo)計(jì)量回路當(dāng)中，并在互感器的二次繞組兩端加大電壓，進(jìn)而針對(duì)互感器數(shù)值進(jìn)行分析，最終得到互感器運(yùn)行過程當(dāng)中一次繞組與二次繞組中電流與電壓之間的關(guān)系，并將目標(biāo)計(jì)量回路運(yùn)行數(shù)值帶入關(guān)聯(lián)函數(shù)當(dāng)中，形成互感器伏安特性曲線（圖2），基于曲線函數(shù)與實(shí)際計(jì)量數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，從而使互感器計(jì)量誤差能夠得到相應(yīng)體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能計(jì)量誤差的有效校驗(yàn)。

圖2 某型電流互感器伏安特性曲線

2.3 數(shù)字分析與計(jì)算模塊

最后，在信號(hào)采集與誤差校驗(yàn)過程完成后，技術(shù)人員需要基于互感器計(jì)量準(zhǔn)確性測(cè)試系統(tǒng)針對(duì)計(jì)量測(cè)定數(shù)值與信號(hào)進(jìn)行分析與計(jì)算，從而得出最終實(shí)驗(yàn)結(jié)論。具體分析計(jì)算工作主要涵蓋以下兩個(gè)方面的內(nèi)容。

（1）應(yīng)針對(duì)電能互感器計(jì)量設(shè)備的計(jì)量精度進(jìn)行計(jì)算。在電能互感器的運(yùn)行過程當(dāng)中，影響其計(jì)量精度的主要參數(shù)包括比值與角差兩個(gè)主要部分，在針對(duì)比值進(jìn)行計(jì)算的過程當(dāng)中，系統(tǒng)需要關(guān)注到電能互感器不同繞組之間輸出比值、測(cè)定目標(biāo)回路二次輸出值等參數(shù)，而在針對(duì)角差進(jìn)行計(jì)算的過程當(dāng)中，計(jì)量準(zhǔn)確度核驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)還需要關(guān)注到互感器運(yùn)行頻率、運(yùn)行延時(shí)以及不同繞組二次輸出過程當(dāng)中所產(chǎn)生的相位移，進(jìn)而使計(jì)量設(shè)備的計(jì)量精度得到更加顯著的展現(xiàn)。

（2）應(yīng)針對(duì)電能互感器計(jì)量過程當(dāng)中產(chǎn)生的不確定度進(jìn)行計(jì)算。受到環(huán)境因素、設(shè)計(jì)因素等影響和限制，導(dǎo)致電能互感器運(yùn)行過程當(dāng)中可能會(huì)產(chǎn)生各種不確定性現(xiàn)象，從而對(duì)于計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生不良影響，因此在針對(duì)計(jì)量設(shè)備計(jì)量準(zhǔn)確性能進(jìn)行測(cè)試的過程當(dāng)中，系統(tǒng)分析與計(jì)算模塊還應(yīng)當(dāng)針對(duì)不確定度進(jìn)行合理計(jì)算與評(píng)估[3]。在正式開始計(jì)算之前，技術(shù)人員需要基于計(jì)量準(zhǔn)確度測(cè)試系統(tǒng)將影響目標(biāo)回路電能計(jì)量工作的不確定因素進(jìn)行列舉，并構(gòu)建相關(guān)評(píng)測(cè)模型，為后續(xù)計(jì)算工作提供相應(yīng)的技術(shù)支持。技術(shù)人員可針對(duì)不同類型不確定因素對(duì)于計(jì)量精度的影響進(jìn)行加權(quán)，并將最終得到的結(jié)果列出，利用分布預(yù)測(cè)的方式對(duì)電力回路電能計(jì)量分布進(jìn)行分析，得出電力回路不確定度計(jì)算修正額度，使計(jì)量結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠，從而為電力回路的相關(guān)運(yùn)行決策提供更加清晰的引領(lǐng)和指導(dǎo)。

3 計(jì)量測(cè)試技術(shù)分析

由上文可以得知，在針對(duì)多種互感器進(jìn)行計(jì)量準(zhǔn)確性測(cè)試的過程當(dāng)中，其測(cè)試系統(tǒng)所涉及的技術(shù)內(nèi)容與技術(shù)路徑較為復(fù)雜，具體來說包括以下4 個(gè)方面內(nèi)容。

3.1 信號(hào)采集技術(shù)

首先是針對(duì)不同類型信號(hào)的高清晰度采集技術(shù)。在針對(duì)電力回路互感器計(jì)量準(zhǔn)確度進(jìn)行測(cè)試之前，信號(hào)數(shù)據(jù)的采集工作是保障后續(xù)計(jì)量準(zhǔn)確性與可靠性的前提，同時(shí)也是比對(duì)不同類型互感器計(jì)量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵所在。現(xiàn)階段常用的電能互感器類型主要包括電磁式互感器以及電子式互感器兩種，而在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中，這兩種互感器由于其技術(shù)原理以及應(yīng)用特征各不相同，因此在信號(hào)輸出方面同樣也會(huì)存在一定的差異，一般來說，傳統(tǒng)的電磁式互感器主要輸出模擬電信號(hào)，而電子式互感器主要輸出的則是數(shù)字信號(hào)，在針對(duì)這兩種互感器的計(jì)量性能與計(jì)量精度進(jìn)行比較和測(cè)試的過程當(dāng)中，同樣需要將這兩種信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)一，基于A/D 轉(zhuǎn)換采集器實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，有效減少了信號(hào)采集與輸送過程當(dāng)中因環(huán)境因素以及人為操作因素導(dǎo)致的信號(hào)丟失現(xiàn)象，同時(shí)還能進(jìn)一步強(qiáng)化信號(hào)采集精度與清晰度，有效滿足計(jì)量測(cè)試對(duì)于信號(hào)采集工作的相關(guān)需要。

3.2 數(shù)據(jù)同步技術(shù)

其次，還需要利用好數(shù)據(jù)同步技術(shù)進(jìn)行信號(hào)采集與分析。由于電力回路往往會(huì)發(fā)生瞬時(shí)變化，因此一旦計(jì)量測(cè)試出現(xiàn)時(shí)間誤差，即可能會(huì)對(duì)最終的測(cè)定結(jié)果造成嚴(yán)重的影響。測(cè)試系統(tǒng)需要盡可能確保多種類型互感器運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行參數(shù)的同步監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)采集，確保最終結(jié)果的可比性。技術(shù)人員可將GPS 時(shí)鐘同步技術(shù)引進(jìn)到互感器計(jì)量準(zhǔn)確性測(cè)試系統(tǒng)當(dāng)中，由時(shí)鐘同步裝置向不同類型互感器以及A/D 采集器發(fā)出相應(yīng)信號(hào)，并針對(duì)回饋信號(hào)同樣也進(jìn)行同步采集，使PC機(jī)能夠獲取到更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)來源，為后續(xù)計(jì)算與比較工作提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持。

3.3 數(shù)據(jù)處理技術(shù)

影響電能互感器運(yùn)行性能與運(yùn)行成效的原因較為多樣，導(dǎo)致其數(shù)值誤差的因素同樣也較為復(fù)雜，因此需要高效的數(shù)據(jù)處理技術(shù)予以相應(yīng)地推動(dòng)和保障。其數(shù)據(jù)處理流程為：首先由GPS 時(shí)鐘同步裝置向信號(hào)源發(fā)出相關(guān)信號(hào)，并針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源反饋的相關(guān)信息進(jìn)行采集，將數(shù)據(jù)信息輸入處理技術(shù)模塊當(dāng)中，針對(duì)不同類型電能互感器運(yùn)行過程當(dāng)中出現(xiàn)的比差與角差予以驗(yàn)證，并在交互界面顯示相關(guān)比較結(jié)果，由技術(shù)人員對(duì)結(jié)果進(jìn)行讀取和存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型電能互感器性能以及檢定準(zhǔn)確度的測(cè)試。在數(shù)據(jù)處理過程當(dāng)中，系統(tǒng)需要針對(duì)信號(hào)源當(dāng)中的數(shù)據(jù)類型、特定節(jié)點(diǎn)采樣值、采樣率、數(shù)值狀態(tài)等內(nèi)容進(jìn)行全面分析，并對(duì)數(shù)值分量進(jìn)行計(jì)算，從而得出最終的比對(duì)結(jié)論[4]。

3.4 誤差定位技術(shù)

受到互感器類型、互感器設(shè)計(jì)、電力回路運(yùn)行狀態(tài)、信號(hào)轉(zhuǎn)換失真以及軟件計(jì)算性能等客觀因素的影響，均可能會(huì)對(duì)不同類型互感器對(duì)于回路當(dāng)中相關(guān)參數(shù)的計(jì)量準(zhǔn)確性產(chǎn)生差異化的影響，這些影響同時(shí)也會(huì)使計(jì)量結(jié)果與實(shí)際結(jié)果之間出現(xiàn)誤差。因此為了盡可能減少誤差對(duì)于計(jì)量準(zhǔn)確性測(cè)試產(chǎn)生的影響，使互感器性能測(cè)試的開展更加科學(xué)合理，需要在測(cè)試過程當(dāng)中針對(duì)誤差進(jìn)行定位并采取針對(duì)性手段對(duì)其進(jìn)行處置，使誤差對(duì)計(jì)量準(zhǔn)確性測(cè)試的影響得以有效減少，使測(cè)試平臺(tái)的應(yīng)用可行性得到全面提升。

在針對(duì)互感器計(jì)量測(cè)試誤差進(jìn)行定位的過程當(dāng)中，需要關(guān)注不同互感器二次繞組輸出與一次繞組實(shí)際參數(shù)之間的比值，同時(shí)還需要針對(duì)被測(cè)互感器以及目標(biāo)測(cè)試回路二次輸出幅值進(jìn)行明確，從而使電流變化對(duì)于互感器計(jì)量準(zhǔn)確性的影響被降至最低[5]。

4 實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證

為了確?；ジ衅饔?jì)量準(zhǔn)確度測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行有效性，可針對(duì)其進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證和測(cè)試。在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域當(dāng)中，常用的測(cè)試技術(shù)主要包括圖像處理技術(shù)以及模板匹配技術(shù)等兩種主要類別，與本文所述準(zhǔn)確度測(cè)試技術(shù)相比而言，其精度誤差與不確定性誤差均具有一定的劣勢(shì)，可以說明采用本文所述電力互感器計(jì)量準(zhǔn)確度測(cè)試技術(shù)方法的可行性與科學(xué)性較強(qiáng)，值得推廣應(yīng)用。

5 結(jié)語

總而言之，隨著時(shí)代的不斷發(fā)展以及電力系統(tǒng)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行計(jì)量精度已成為保障供電單位效益，減少供電損失的關(guān)鍵所在。本文針對(duì)多種類型電力互感器的運(yùn)行要求以及運(yùn)行特征進(jìn)行了分析，介紹了互感器計(jì)量準(zhǔn)確度測(cè)試系統(tǒng)的主要功能模塊，并對(duì)于測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行過程當(dāng)中的技術(shù)依據(jù)進(jìn)行了闡述，力求拓展電能計(jì)量領(lǐng)域的發(fā)展空間，促進(jìn)電力系統(tǒng)效益的不斷進(jìn)步。