王興佳

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司茂名供電局）

0 引言

電流互感器簡稱CT（Currеnt Trаnsformеr），是電力系統(tǒng)中測量儀表、繼電保護(hù)等二次設(shè)備獲取電氣一回路電流信息的傳感器。它將高電流按比例轉(zhuǎn)換成低電流，一次側(cè)接一次系統(tǒng)，二次側(cè)接測量儀表、繼電保護(hù)等，起到變流和電氣隔離的作用。

電流互感器極性接線是否正確直接影響系統(tǒng)的保護(hù)、測量、監(jiān)測等設(shè)備的正常工作。如果電流變極性接反，將會在保護(hù)回路中將造成方向保護(hù)元件誤動或拒動以及差動保護(hù)誤動的嚴(yán)重后果，在測量計量回路中將造成有無功運行參數(shù)顯示錯誤、表計反轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時還會危及設(shè)備及人身安全。因此，通過流變極性測試檢驗CT接線的正確性，是繼電保護(hù)工作人員必不可少的重要工作程序。

1 研究背景

CT極性主要指電流互感器的一次繞組和二次繞組電流方向的關(guān)系。常用的電流互感器一般都是減極性，即當(dāng)使一次電流L1端流向L2時，二次電流自K1端流出經(jīng)過外部回路到K2，其中L1和K1、L2和K2分別為同極性端。即同時從一二次繞組的同極性端通入相同方向的電流時，它們在鐵芯中產(chǎn)生的磁通方向相同稱為減極性標(biāo)準(zhǔn)，反之則為加極性標(biāo)準(zhǔn)，即：

（1）將電池正極接于電流互感器的一次線圈L1，負(fù)極接于一次線圈L2，電流互感器的二次側(cè)K1接亳安表正極，K2接亳安表負(fù)極，如圖1所示。

圖1 CT繞組極性校驗原理

（2）此時若亳安表指針正偏，說明L1、K1為同極性即互感器為減極性；若亳安表指針負(fù)偏（指針擺動與上述相反），則互感器為加極性。

上述測試至少要兩人協(xié)同配合，由1人在柜外觀察毫安表，根據(jù)指針擺動方向判斷CT繞組極性；另1人進(jìn)入柜內(nèi)，用連接電池的導(dǎo)線短時觸碰電流互感器L1，L2接線排，使毫安表中有電流經(jīng)過。該觸碰環(huán)節(jié)毫安表的擺動幅度存在明顯差異，有時指針只能輕微偏轉(zhuǎn)（特別在CT變比較大時，二次電流輸出變小），易錯判誤判，常需重復(fù)測試確認(rèn)，過程繁瑣，效率低下，亟待調(diào)整和優(yōu)化。

2 設(shè)計方案

本文研制一種便攜式CT繞組極性校驗儀，通過電子電路采集電流互感器一次側(cè)和二次側(cè)的電氣量，單片機(jī)執(zhí)行邏輯判斷功能并由指示燈回路直觀可靠顯示極性測試結(jié)果，其具體內(nèi)容如下。

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

本次設(shè)計的便攜式CT繞組極性校驗儀主要包括數(shù)據(jù)處理單元、智能顯示單元和直流供電單元。其中，數(shù)據(jù)處理單元由電流采集處理模塊、CPU模塊和存儲模塊組成，可放大電流信號并進(jìn)行調(diào)制轉(zhuǎn)換，使其由模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，以便于智能識別和邏輯判斷；智能顯示單元由LED指示燈和報警器組成，可直接指示CT繞組極性并針對異常操作實時告警，以避免損壞儀表；直流供電單元由充電模塊和鋰電池組成，可根據(jù)測試需求輸出3.7V/5V電壓，如圖2所示。

圖2 一種便攜式CT繞組極性校驗儀

2.2 模塊設(shè)計

（1）電流采集模塊。在便攜式CT繞組極性校驗儀前端置通道處設(shè)置電流采集插件，以提升電流信號采集的可靠性、準(zhǔn)確性和有效性。一般CT繞組極性校驗時的感應(yīng)電流較小，直接在量表中顯示的難度較大，需在采樣環(huán)節(jié)設(shè)置放大電路，使采樣信號能夠被量表識別。本次設(shè)計的便攜式CT繞組極性校驗儀選用放大器實現(xiàn)脈沖電流的放大。

（2）信號處理模塊。便攜式CT繞組極性校驗儀設(shè)計時主要包括前端脈沖電流信號轉(zhuǎn)換和極性關(guān)系對比校驗兩大信號處理模塊。前者主要由整形模塊和鑒相同步模塊確定脈沖電流的極性，根據(jù)脈沖電流特征在電平轉(zhuǎn)換接頭中輸出高電平或低電平，用于CPU模塊極性關(guān)系檢驗。經(jīng)數(shù)據(jù)選擇器篩選后，將數(shù)據(jù)整理打包傳輸?shù)紺PU模塊中，與既定的輸出電壓值進(jìn)行對比，從而確定脈沖電流與輸出電壓的極性關(guān)系。一般正極性為上升沿脈沖，反極性為下降沿脈沖。

（3）信號顯示模塊。輸出結(jié)果由存儲模塊保存，若超出容量可實時覆蓋存儲。同時，該輸出信號還與顯示模塊連接，通過顯示模塊中指示燈的變化可直接確定CT繞組極性。若試驗接線或測試數(shù)據(jù)存在異常，則便攜式CT繞組極性校驗儀顯示模塊中的報警器告警，此時應(yīng)立刻停止檢驗操作進(jìn)行現(xiàn)場檢查，直至告警解除。

（4）直流供電模塊。為保證CT繞組極性校驗的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，本次設(shè)計時設(shè)置兩路直流供電。第一路主要由充電模塊向測試回路中的電子元件供電，輸出電壓為3.7V，用于電流信號采集、放大、整型、同步、轉(zhuǎn)換、顯示等；第二路主要由充電模塊向一次回路供電，輸出電壓為5V，用于電流互感器繞組極性的測試。第二路輸出電源線采用雙孔設(shè)計，紅色為正、黑色為負(fù)，形成2組測試接電線路，用于CT繞組極性校驗。

2.3 功能優(yōu)化

便攜式CT極性校驗儀主要采用集成模塊和集成電路，其體積小、質(zhì)量輕，制作完成后一個人就可以隨身攜帶，現(xiàn)場檢驗使用時非常便捷。同時，根據(jù)同步檢測原理，設(shè)置多路檢測通道和一鍵測試按鈕，僅需到場接線后按下測試鍵即可完成整個操作，系統(tǒng)功能得到本質(zhì)上改善，即：

（1）多路測試功能。傳統(tǒng)CT極性校驗時往往需要檢測人員手動轉(zhuǎn)換繞組接線，操作難度高、風(fēng)險大、耗時長、效率低。本次設(shè)計的便攜式CT極性校驗儀內(nèi)置多路電流信號采樣電路，可同步展開多繞組測試，不需要再進(jìn)行測試切換和反復(fù)接線，避免了人為操作中的失誤。

（2）同步測試功能。為進(jìn)一步使便攜式CT繞組極性校驗儀適用于多場景作業(yè)，本次設(shè)計過程中簡化測試作業(yè)流程，CPU模塊設(shè)置有測試按鈕，測試按鈕與CPU模塊電性連接；CPU模塊在按下測試按鈕時才會對輸入的脈沖電流進(jìn)行極性測試并完成測試結(jié)果，未按下測試按鈕時即使檢測到脈沖電流CPU模塊則不會進(jìn)行測試及結(jié)果輸出，保障了一鍵自動同步測試效果。

3 應(yīng)用分析

3.1 應(yīng)用效益

相比于以前依靠觀察毫安表指針?biāo)矔r的微弱偏轉(zhuǎn)來判斷極性，便攜式CT繞組極性校驗儀的測試結(jié)果持續(xù)、直觀、清晰，無需多次測試反復(fù)確認(rèn)。有利于提高現(xiàn)場工作效率，同時，可有效提高現(xiàn)場作業(yè)安全水平，對確保保護(hù)設(shè)備安全可靠運行，進(jìn)而確保電網(wǎng)安全可靠運行有著積極的作用。

在現(xiàn)場測試過程中，傳統(tǒng)CT極性校驗需至少2人到場協(xié)同作業(yè)，平均測試時間大約為2.5h；而便攜式CT繞組極性校驗儀僅需要1人到場操作且平均測試時間不超過20min，工作效率提高了6.5倍，從根本上改善了CT極性校驗的時效性和準(zhǔn)確性。

此外，傳統(tǒng)CT極性校驗需1人進(jìn)入柜內(nèi)，用連接電池的導(dǎo)線短時觸碰電流互感器接線排，使毫安表中有電流經(jīng)過。操作時若操作不當(dāng)容易引起表計損壞、人員觸電等，安全風(fēng)險等級較高。而便攜式CT繞組極性校驗儀僅需要一次接線即可通過表計中的指示燈準(zhǔn)確判斷極性，其安全系數(shù)較高，操作風(fēng)險大幅降低，實用效益顯著，值得深入研究和推廣應(yīng)用。

3.2 注意事項

便攜式CT繞組極性校驗儀使用前要先對其運行參數(shù)進(jìn)行校驗，確定脈沖周期、脈沖峰值電流、輸出相情況等是否滿足設(shè)置要求。本次CT繞組極性測試時脈沖周期設(shè)定為2s，脈沖電流經(jīng)放大器放大后峰值可達(dá)到1A，檢測過程中若測試結(jié)果與參數(shù)設(shè)定方式不一致，應(yīng)先校準(zhǔn)，直至數(shù)據(jù)與設(shè)定參數(shù)一致后方可投入現(xiàn)場使用。

便攜式CT繞組極性校驗儀自動化水平較高，在使用時應(yīng)注意做好養(yǎng)護(hù)，定期清理儀器接線、測試按鈕和顯示元件，避免積塵油漬對儀表精度的影響。尤其是在長期使用時，應(yīng)對儀表性能進(jìn)行檢測，若發(fā)現(xiàn)儀表精度或可靠性不達(dá)標(biāo)，應(yīng)及時對便攜式CT繞組極性校驗儀進(jìn)行檢修或更換，避免由儀表問題造成的CT極性檢驗結(jié)果錯誤，引起嚴(yán)重CT接線事故。

4 結(jié)束語

便攜式CT繞組極性校驗儀可通過內(nèi)置多路信號采集通道，實現(xiàn)實現(xiàn)單人操作電流互感器二次繞組極性測試，既可以通過指示燈閃爍情況也可以通過警報聲來判斷極性，減少了信息溝通上的障礙，降低了傳統(tǒng)檢測中肉眼觀察電流幅值變化的難度。同時，還在脈沖信號采集過程中形成階段性的信號采集通斷，實現(xiàn)了模擬信號和數(shù)字信號的可靠轉(zhuǎn)換，其安全性、可靠性和穩(wěn)定性明顯提升，已經(jīng)成為新時期CT繞組極性校驗中的重中之重。