基于載波通訊的新型電壓互感器二次壓降測試儀的研究

/南方電網(wǎng)超高壓輸電公司檢修試驗中心 羅磊 譚炳源 吳瀛 陳崇明/

基于載波通訊的新型電壓互感器二次壓降測試儀的研究

/南方電網(wǎng)超高壓輸電公司檢修試驗中心 羅磊 譚炳源 吳瀛 陳崇明/

電壓互感器二次壓降在電能計量中越來越引起關(guān)注，二次壓降誤差已作為電網(wǎng)重要考核的一項內(nèi)容。該項工作測試繁瑣，現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，存在較多的安全隱患，操作不慎則可能造成安全事故。本文通過目前市場上現(xiàn)有的電壓互感器二次回路壓降測試方法和設(shè)備進行了客觀的優(yōu)劣性能分析比對，重點體現(xiàn)了一種基于載波通訊的新型電壓互感器二次壓降測試儀，其實驗室校準數(shù)據(jù)和現(xiàn)場比對實驗均很好地反映了該儀器的優(yōu)越性能。

載波應(yīng)用；通訊技術(shù)；手持壓降儀；安全隱患

0　引言

隨著電網(wǎng)計量管理方式的轉(zhuǎn)變和科學(xué)技術(shù)的進步，電力公司對電能計量管理提出了更高的要求。一方面現(xiàn)場計量工作人員的不足制約了現(xiàn)場測試工作無法順利進行，另一方面對于高危作業(yè)下的人身安全問題，急需現(xiàn)場測量技術(shù)的大力改進與發(fā)展，有利于電能計量現(xiàn)場測試技術(shù)的全面提升。如何安全精確高效地測量二次回路電壓降是關(guān)系電網(wǎng)安全生產(chǎn)和減少計量損失的重要環(huán)節(jié)。PT二次壓降問題的及時發(fā)現(xiàn)，既保障了電廠的經(jīng)濟利益，也保證電廠和電網(wǎng)之間的公平交易。

參照DL/T448—2000《電能計量裝置技術(shù)管理規(guī)程》規(guī)定，對于運行中的35kV及以上變電站，其電壓互感器二次回路壓降檢測應(yīng)定期兩年一次。鑒于此，電壓互感器二次壓降測試儀的性能指標、測量精度、安全系數(shù)和易用性至關(guān)重要。

1　目前常用的測試儀器和方法

目前市場上常用的電壓互感器二次壓降測量方法有：傳統(tǒng)的有線測量模式、基于GPS的無線測量模式以及微波無線電臺模式。

1.1 傳統(tǒng)的有線測量模式

傳統(tǒng)的有線測量模式壓降測試儀是市場上最早出現(xiàn)的一種應(yīng)用廣泛的測試儀，需由控制室電能表屏引出測試電纜導(dǎo)線至電壓互感器二次端子箱，其測量準確度比較可靠，其不足之處是這種作法費時費力，在拉線過程中容易造成電壓短路，安全系數(shù)較低，目前在實際工作中使用率逐漸減少。

1.2 基于GPS的無線測量模式

基于GPS的無線測量模式無線壓降測試儀采用了GPS衛(wèi)星同步對時，通過無線數(shù)傳模塊進行數(shù)據(jù)傳輸。此模式在工作中解決了拉線所造成的安全問題，省時省力。其不足是GPS衛(wèi)星在使用中有很大的局限性，變化的天氣狀況、密閉的地理測試環(huán)境、衛(wèi)星失鎖等因素條件下，GPS衛(wèi)星系統(tǒng)均不能夠有效地工作，時常造成現(xiàn)場進行大量準備工作后無法完成檢測工作，造成人力與物力的浪費。市場推廣極少。

1.3 微波無線電臺模式

微波無線電臺模式無線壓降測試儀在測量過程中無需GPS衛(wèi)星對時，現(xiàn)場測量的方便性上有了很大提高，但在電廠以及變電站內(nèi)變壓器等強磁場環(huán)境下局限性很大，設(shè)備極易受到干擾，影響通訊和測試數(shù)據(jù)的準確性，測試采樣緩慢，穩(wěn)定性差。

2　基于載波通訊的新型電壓互感器二次壓降測試儀

2.1 新型電壓互感器二次壓降測試儀應(yīng)用及優(yōu)勢

目前國內(nèi)外相關(guān)電力檢測部門和廠家均在投入大量人力、物力積極研究解決二次壓降測試儀普遍存在的測量準確度與方便易用難以兼得的現(xiàn)狀。其中，某公司生產(chǎn)的基于載波通訊的手持二次壓降無線測試儀已經(jīng)投入市場，并取得了很好的應(yīng)用效果，既滿足了二次壓降測量的準確性，也解決了無線產(chǎn)品的抗干擾問題，提高了產(chǎn)品的實用性。儀器采用強光下可視彩屏，主、分機雙側(cè)測量數(shù)據(jù)顯示，均可鎖定或存儲測量結(jié)果，互不影響；現(xiàn)場測量時，主、分機之間通過被測二次回路寬帶載波通訊，傳輸比差、角差同步信號，不需敷設(shè)電纜，采用專有測量算法，測量精度優(yōu)于2級。該儀器具有體積小、重量輕，通訊距離大于2km，測試速度響應(yīng)快等特點，在大型發(fā)電廠及各等級變電站中均能很好地完成測量工作。

2.2 系統(tǒng)組成及原理框圖

系統(tǒng)由模擬信號輸入電路、模擬信號采集電路、信號控制電路、數(shù)據(jù)處理電路、主控電路、載波傳輸電路、顯示電路、電源電路組成，原理圖見下圖。各部分作用如下：

1）模擬信號輸入電路、模擬信號采集電路、信號控制電路。將電壓互感器二次側(cè)始端與末端電壓經(jīng)分壓、光電隔離、多路模擬開關(guān)處理后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進行數(shù)據(jù)處理。

2）數(shù)據(jù)處理電路。將預(yù)處理后的電壓互感器二次側(cè)始端與末端電壓進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，使之轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，供主控電路計算壓降值。

3）主控電路。計算回路的電壓互感器二次壓降值，并送入載波無線傳輸電路。

4）載波無線傳輸電路。通過載波無線數(shù)傳模塊建立主、分機之間數(shù)據(jù)傳輸通道。

5）顯示電路。顯示兩側(cè)各相電壓值、比差、角差、壓降、合成誤差等測量數(shù)據(jù)。

6）電源電路。設(shè)備供電系統(tǒng)。

圖　系統(tǒng)組成原理框

2.3 客戶端管理軟件設(shè)計

在客戶端管理軟件設(shè)計上，擬采用B/S結(jié)構(gòu)和C/S結(jié)構(gòu)相結(jié)合的技術(shù)，除可在本地提供彩色圖形操作顯示界面外，還可提供Web server、103規(guī)約等多種通信手段，可非常方便地組成基于B/S結(jié)構(gòu)的監(jiān)測系統(tǒng)。人機操作界面簡潔明了，分析功能完善。

2.4 現(xiàn)場測試安全性能

對于新型儀器的市場準入，人們考慮最多的是現(xiàn)場測試安全問題。依據(jù)DL/T 1124—2009《數(shù)字電力線載波機》、DL/ T 395—2010《低壓電力線載波通訊寬帶接入系統(tǒng)》技術(shù)要求（判定）：信號輸出功率頻譜密度工作頻帶內(nèi)應(yīng)不大于信號輸出功率頻譜密度的50dBm/Hz。

基于載波通訊的手持二次壓降無線測試儀出具了國網(wǎng)電力科學(xué)研究院實驗驗證中心的檢定報告，在頻率1.568MHz、測試帶寬108kHz環(huán)境下該儀器測試功率譜密度最大為-82.04dBm/Hz，小于工作頻帶內(nèi)應(yīng)不大于-50dBm/Hz的要求，測試結(jié)論合格。因此，測量時不會對繼保類設(shè)備造成干擾，現(xiàn)場安全可靠。

3　性能指標和測試數(shù)據(jù)分析

3.1 性能指標

性能指標如表1所示。

表1　性能指標

3.2 室內(nèi)數(shù)據(jù)校驗

室內(nèi)數(shù)據(jù)校驗表如表2所示。

表2　室內(nèi)數(shù)據(jù)校驗表（以三相四線為例）

參照JJGl69—1993《互感器校驗儀》檢定規(guī)程對互感器校驗儀的基本誤差允許值規(guī)定

代入數(shù)值計算，其實際誤差均遠小于允許誤差值，本儀器滿足2級要求。

3.3 有線與載波壓降測試儀現(xiàn)場數(shù)據(jù)比對

有線壓降測試儀測量準確度比較可靠，以此測試數(shù)據(jù)作為對比依據(jù)是可行的。在同時使用有線壓降測試儀及載波壓降測試儀對某500kV變電站500kV#1母線電壓互感器進行電壓互感器二次壓降測試，測試數(shù)據(jù)比對結(jié)果如表3所示。

表3　實測數(shù)據(jù)比對表

參照JJFl033—2001《計量標準考核規(guī)范》，兩臺相同準確度等級的計量標準進行比對，兩者對同一穩(wěn)定的被測量進行測量的結(jié)果分別為y1和y2，則兩者比對的結(jié)果應(yīng)滿足| y1－y2|≤1.63A，其中A為測試儀的基本誤差允許值。

以表3中對比數(shù)據(jù)的最大差值B相為例代入上式計算得到|y1－y2|=0.003%。壓降儀的基本誤差允許值A(chǔ)由式（1）計算近似得到A為3個字即0.003%，1.63A≈0.005%，|y1—y2|＜0.005%。由此可見兩者比對結(jié)果滿足|y1—y2|≤1.63A，比對結(jié)果完全滿足規(guī)范要求。

4　結(jié)束語

綜上所述，基于低壓電力線載波通訊的二次壓降測試技術(shù)的實現(xiàn)，載波式手持二次壓降無線測試儀在測量準確度以及穩(wěn)定度大幅提高的前提下，縮小了體積，雙屏顯示測量結(jié)果，簡便易用。解決了當前傳統(tǒng)二次壓降測試儀所存在的費時費力、在拉扯測試電纜線過程中二次電壓存在相間短路或?qū)Φ胤烹姷陌踩[患，以及無線二次壓降測試儀存在的容易受到外界強磁場干擾問題、保護誤動隱患、測量精度問題等；減輕了電能計量管理人員對現(xiàn)場測量拉線工作的勞動強度，同時也降低了企業(yè)運行管理的成本，避免現(xiàn)場人員操作的安全隱患所帶來的重大損失，提高了工作效率。該儀器將為二次壓降測試領(lǐng)域帶來革命性的進步，應(yīng)用前景廣闊。

［1］ 陳維千.電力線載波通道［M］.北京：水利電力出版社，1983.

［2］ 彭時雄.電壓互感器二次導(dǎo)線壓降引起電能計量誤差的測試計算及改進技術(shù)［M］.北京：水利電力出版社，1987.