電流互感器檢定裝置多工位輸出一致性研究*

徐二強，丁濤

(國網河南省電力公司電力科學研究院計量中心，鄭州450000)

0 引言

近年來，基于自動化、通信技術的多工位電流互感器檢定裝置(以下簡稱裝置)得到了電力部門的廣泛使用，實現了低壓電流互感器的大批量檢定，提高了勞動效率，降低了勞動強度［1-4］。該類裝置的誤差測試方法均基于JJG313的測差比較法，原理大多如下:采用程控源技術，一次導體穿心多只互感器，互感器的二次繞組通過自動壓接機構或帶鱷魚夾的測試線連接，裝置內的一次電流控制板主要完成標準與被測電流互感器的一次電流的全自動切換，通過互感器校驗儀發送指令給二次電流控制板，從而通過內部繼電器的切換來實現多只互感器的自動誤差測試。然而由于二次回路阻抗、切換繼電器接觸電阻、互感器二次壓接接觸電阻、裝置內部電磁場耦合及干擾等因素，造成了裝置存在多工位輸出一致性問題。

多工位輸出一致性［5］，是裝置所檢互感器基本誤差的差值趨于一致的表征特性，保證被測互感器在不同工位之間的測試結果不會產生較大的偏差。目前文獻多重在介紹多工位電流互感器檢定裝置原理、應用等，而對裝置的多工位輸出一致性研究較少。文獻［6］雖規范了測量用互感器裝置的技術指標，但沒有給出多路輸出一致性方面的規定，文獻［7］論述了電流互感器自動化檢定線的多工位一致性試驗方法及指標差的原因分析，但沒有研究工位輕載及滿載對測試結果的影響，文獻［8］雖闡述了互感器自動化檢定裝置的多路輸出一致性指標，但采用5次平均值做為測量結果，淹沒了隨機誤差，不具有普遍性，文獻［9-11］分別從二次側壓接引起的接觸電阻、裝置內部負荷箱到被檢互感器二次繞組接線端連接線阻抗大、切換繼電器接觸電阻及二次壓接接觸電阻等方面研究了裝置二次回路阻抗造成的影響，沒有分析裝置多路輸出一致性對額定、下限負荷下互感器誤差的影響程度，文獻［12］雖給出了整體裝置的測量誤差為比值差不超過±0．025%和相位差不超過±0．5'，但沒有給出多路輸出一致性指標。

本文針對多工位輸出一致性問題展開研究，選取一個常規典型的12工位的電流互感器檢定裝置，在裝置的測量范圍內選取幾個典型的電流變比，在工位輕載、滿載的情況下，測量同一只互感器核查試品在各工位的基本誤差，通過分析比較，并進行計算，發現存在規律，并最終確定互感器在不同工位的誤差測量結果的最大值與最小值的變化量，即裝置的多工位輸出一致性指標。

1 電流互感器誤差測試理論

電流互感器比值差f(以下簡稱比差)和相位差σ(以下簡稱角差)表示如下［13］:

式中Z02為二次回路總阻抗;l為鐵芯平均磁路長度;μ為鐵芯磁導率;N2為二次繞組的匝數;S為鐵芯截面積;k為鐵芯疊片系數;ψ為鐵芯的損耗角;α為二次負荷總阻抗角。

多路輸出一致性比值差影響量Δf和相位差影響量 Δδ，即:

2 試驗方案

2．1 試驗對象

某型全自動互感器誤差測試臺，主要技術參數如下:電流測試范圍75 A ～1 500 A，二次額定電流為5 A，標準電流互感器準確度等級為0．01S級，12工位。

2．2 試驗方法

(1)工位輕載下(取一只核查CT分別放在第1至12工位，其它工位空載)，測核查試品的誤差，多工位的影響量即誤差最大值與最小值之差的絕對值;

(2)工位滿載下(取一只核查CT分別放在第1至12工位，其它工位也放上同規格的互感器)，測核查試品的誤差，多工位的影響量即誤差最大值與最小值之差的絕對值。

為了具有普遍性，覆蓋裝置的測量范圍，核查CT依次選取以下四種規格:(1)75 A/5 A、0．2S、5 VA/2．5 VA;(2)150 A/5 A、0．2 S、5 VA/2．5 VA;(3)500 A/5 A、0．2 S、5 VA/2．5 VA;(4)1 500 A/5 A、0．2 S、5 VA/2．5 VA。

2．3 試驗目的

(1)研究裝置多工位輸出一致性與工位狀態的關系;(2)研究裝置多工位輸出一致性與被試品二次帶載的關系;(3)研究裝置多工位對比差、角差的影響程度;(4)確定裝置多工位一致性的指標。

3 試驗數據與分析

3．1 多工位電流互感器裝置測試分析

不失一般性，這里取100%額定電流點、額定負荷及下限負荷下的數據為代表。以150 A/5 A、0．2 S、5 VA/2．5 VA 為例，影響量 Δ 按式(3)、式(4)進行計算，試驗數據如表1所示。

通過表1可以看出，工位輕載情況下:互感器二次帶額定負載時，比差最大值0．033%出現在第1工位，最小值－0．014%出現在第9工位，角差最大值4．67'出現在第11工位，最小值1．87'出現在第1工位;互感器二次帶下限負載時，比差最大值0．101%出現在第2、3工位，最小值0．069%出現在第7工位，角差最大值3．39'出現在第10工位，最小值1．52'出現在第3工位。工位滿載情況下:互感器二次帶額定負載時，比差最大值0．034%出現在第7工位，最小值－0．014%出現在第11工位，角差最大值4．60'出現在第11工位，最小值2．07'出現在第12工位;互感器二次帶下限負載時，比差最大值0．112%出現在第7工位，最小值0．089%出現在第6工位，角差最大值2．50'出現在第1工位，最小值1．33'出現在第7工位。因此得出:(1)互感器比差和角差出現最大值和最小值的工位有一定的隨機性;(2)在工位狀態相同時，互感器額定負荷下的比差影響量、角差影響量均比下限負荷下的大，數量級相當。

表1 150 A/5 A CT多工位誤差測試數據Tab．1 Experiment error data of 150 A/5 A CT under multiplexing workstations

然后采用同樣的方法測試75 A/5 A、500 A/5 A、1 500 A/5 A三個核查CT，具體數據這里不再羅列。

3． 2 工位輕載和滿載的多路輸出一致性分析

經分析計算，輕載情況下的工位影響量如表2所示。

表2 工位輕載的誤差影響量分析Tab．2 Error influence analysis under lightload workstation

0．2 S級的測量用電流互感器誤差限值［14］(MPEV)是比差 fMPEV=0．20%，δMPEV=10'。

表中最后兩列的數據按以上兩公式得出。經分析計算，滿載情況下的工位影響量如表3所示。

表3 工位滿載的誤差影響量分析Tab．3 Error influence analysis under full load workstation

通過表2、表3的數據縱向、橫向比較可以得出:(1)核查試品二次負載狀態(額定負載、下線負載)相同時，裝置工位狀態(輕載、滿載)對互感器比差的影響量基本相同，角差的影響量基本相同;(2)裝置工位狀態(輕載、滿載)相同時，核查試品在相同的二次負載狀態(額定負載、下線負載)下，其比差、角差影響量對誤差限的占比基本相同;(3)比差影響量、角差影響量隨著核查試品二次負荷的增大而增大;(4)隨著核查試品變比的增大，比差影響量、角差影響量均是先增大后減小;(5)影響量最大值為28．00%。

4 多工位裝置二次回路

目前常用的多工位電流互感器檢定裝置二次回路切換主要有兩類，均是通過繼電器觸點來實現工位切換。一類是繼電器觸點和互感器二次繞組并聯的線路，這類裝置的繼電器觸點接觸電阻沒有直接串入回路中，但把多個未測試工位的互感器二次繞組與繼電器常閉節點的并聯阻抗串入了測試回路，如圖1所示。這類裝置主要用于人工操作臺，通過用鱷魚夾來實現互感器二次端子的接線，二次端子的接線牢固。

圖1 二次回路繼電器并聯原理圖Fig．1 Relay series circuit layout in secondary loop

另外一類是繼電器觸點互感器二次繞組串聯的線路，這類裝置把(1～3)個繼電器的常開節點的接觸電阻傳入了測試回路，這類裝置主要用于互感器檢定流水線，二次端子接線通過探針壓接機構實現，二次接線端子處的接線電阻隨機而且較大。

繼電器觸點的接觸電阻、互感器二次端子壓接電阻、二次導線電阻和負荷箱構成了互感器的二次測試回路的阻抗。從圖1、圖2，也可以得出:(1)不論是繼電器串聯還是并聯，接觸電阻的隨機性，導致了每個工位測試誤差的隨機值;(2)工位空載或工位滿載的狀態下，從圖1、圖2可以看出，由于繼電器的順序切換，每次僅保證一個互感器進行測試，故工位狀態對比差、角差影響量無關;(3)互感器二次帶額定負荷或下限負荷，由于回路隨機電阻影響機理一樣，導致式(1)、式(2)中Z02的變化相同，故在互感器二次帶額定負荷或下限負荷時，其比差、角差影響量分別對誤差限的占比相同。即從互感器二次回路切換原理圖及式(1)、式(2)綜合分析的結果和以上從測試數據分析得出的結論一致。

圖2 二次回路繼電器串聯原理圖Fig．2 Relay parallel circuit layout in secondary loop

5 多工位輸出一致性指標

考慮到有可能測量更小變比的被試品及誤差影響量的冗余，另外基于測量儀器的符合性評定［15］規則:當多路輸出一致性小于或等于最大允許誤差的1/3時，示值誤差評定的測量不確定度對符合性評定的影響才忽略不計等，最終確定電流互感器檢定裝置的多工位輸出一致性指標均為30%誤差限值，即具有多工位的電流互感器檢定裝置，各工位測得的互感器誤差在滿足JJG313規程規定的同時，相互間基本誤差最大變化值應不超過30%的最大允許誤差。

6 結束語

圍繞多工位電流互感器的多路輸出一致性進行研究，制定了試驗方案，通過對不同變比電流互感器在工位輕載及工位滿載的情況下進行誤差測試，然后進行分析計算，可得到如下結論:

(1)裝置的多工位輸出一致性與工位狀態無關，比差影響量相同，角差影響量相同;

(2)多工位輸出一致性隨著核查試品二次負荷的增大而增大;

(3)裝置工位狀態相同時，核查試品在相同的二次負載狀態下的比差、角差影響量對誤差限的占比相同;

(4)確定了多路輸出一致性指標為30%。同時也發現了隨著被試互感器變比的增大裝置多工位輸出一致性先增大后減小，關于裝置多路輸出一致性與互感器變比的變化規律，還需要后續進一步試驗研究。