標準電流互感器快速接線與檢定系統研究

楊 嫻,羅丹青,顧婷婷,黃開來，邢 菁，李佳瑩

(海南電網有限責任公司 電能計量中心，海南 海口 570100)

0 引言

用作標準器的電流互感器是我國計量法規定的強制檢定的計量器具，根據國家計量檢定規程JJG313—2010《測量用電流互感器》的規定[1]：0.05(S)級～0.01(S)級標準電流互感器每兩年檢定一次，且每個變比都必須檢定。標準電流互感器在檢定中經常會遇到如下問題：① 0.05(S)級～0.01(S)級標準電流互感器變比多，相應一次繞組和二次繞組抽頭多，每個變比都需換接一次線和二次線，不同變比換線頻繁，工作人員勞動強度大，檢定時間長；② 由于不同互感器一次線和二次線須對應相應變比接線，經常發生接線錯誤和導線接觸不良的情況，影響測試效率和測試準確性；③ 不同變比接線不同，人工換線導致檢定狀態不同，影響互感器整體測試的一致性和穩定性。鑒于標準電流互感器檢定時存在檢定時間長、檢定效率低、工作人員勞動強度大的問題，以及由于互感器檢定時頻繁改接線帶來的影響測試準確性和穩定性的弊端，有必要研究一種標準電流互感器快速接線與檢定系統，以縮短檢定時間，提高檢定效率，保證檢定的準確性和穩定性。

1 標準電流互感器快速接線與檢定系統設計

1.1 標準電流互感器檢定原理[2]

0.05(S)級～0.01(S)級標準電流互感器檢定系統由電源調節器、大電流發生器、0.002級雙級電流互感器、電流負荷箱誤差測量裝置及系統軟件組成，檢定線路如圖1所示。

圖1中，T1為電源調節器；T2為大電流發生器；Z為電流負荷箱；HE為互感器校驗儀；CT0為0.002級雙級電流互感器，用作檢定標準電流互感器的溯源標準器，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為二次補償繞組接線端子，其中K1、B1為極性端；CTx為試品，即0.05(S)級～0.01(S)級標準電流互感器；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：標準器和試品一次極性端對頂連接，一次極性端通過一次補償繞組間接接地，一次非極性端分別接大電流發生器電流輸出端兩端；標準器和試品二次極性端對頂連接，同時接互感器校驗儀的差流回路K端，標準器二次非極性端接互感器校驗儀T0端，試品二次非極性端經電流負荷箱后接互感器校驗儀Tx端。標準電流輸入校驗儀的T0、Tx端形成標準電流回路，差值電流輸入校驗儀的K、D端形成差流回路，通過校驗儀測得試品相對于標準器的比值差和相位差。

1.2 標準電流互感器快速接線與檢定系統整體設計

圖1所示檢定線路是檢定標準電流互感器單個變比線路圖，要實現標準電流互感器全變比和全量程下快速接線與檢定，需解決以下三個方面的問題：①試品參數，特別是變比信息的快速錄入；②標準器和試品一次回路、二次回路自動切換；③試品各變比自動檢定。

1.2.1 試品參數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、額定一次電流、額定二次電流、準確度等級、額定/下限負荷、產品編號及生產廠家等信息，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，存入數據庫；②工業相機攝錄，即用工業相機將互感器銘牌信息錄入，由影像信息轉換為數字信息，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。本系統支持以上三種方法的變比信息錄入。

1.2.2 標準器和試品一次、二次回路自動切換裝置設計

標準電流互感器快速接線與檢定系統設計了標準器和試品一次回路自動切換裝置和二次回路自動切換裝置，以實現標準電流互感器全變比和全量程下快速接線。標準器和試品一次回路自動切換裝置將標準器一次繞組極性端通過大電流導線與試品一次繞組極性端對頂連接，標準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連接至一次側公共回路COM1端，COM0和COM1端分別接大電流發生器電流輸出端。鑒于試品互感器一次繞組抽頭未知，系統設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，標準器和試品二次回路自動切換裝置將二次繞組極性端對頂連接，二次側其余繞組非極性端抽頭通過低阻抗繼電器連接至二次側公共回路。通過繼電器切換從而實現標準器和試品一次回路和二次回路自動連接。檢定時，試品一次、二次回路自動切換裝置根據系統設定的變比信息控制相應繼電器的閉鎖動作，實現試品一次繞組抽頭和二次繞組抽頭自動連接，然后標準器一次、二次回路自動切換裝置根據試品變比信息控制對應繼電器的閉鎖動作，實現一次繞組抽頭和二次繞組抽頭自動切換，從而完成檢定線路一次回路和二次回路的自動連接。標準器和試品一次、二次回路自動切換裝置原理如圖2所示。

圖2中，CT0為0.002級雙級電流互感器，La、Lb為一次側穿心1匝繞組抽頭，L1～L8為一次側非穿心比例繞組抽頭，b1～b8為一次補償繞組抽頭，K1～K6為二次側比例繞組抽頭，B1～B6為二次補償繞組抽頭，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自帶大電流發生器，CTx為試品，La′、Lb′為一次側穿心1匝、2匝、3匝、4匝繞組抽頭，L1′～Ln′(n=10)為一次側非穿心繞組抽頭，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自帶大電流發生器，J0為切換內源和外源的大功率繼電器，Z為電流負荷箱，HE為互感器校驗儀。

圖2 標準器和試品一次、二次回路自動切換裝置原理

1.2.3 全自動標準電流互感器快速檢定系統

全自動標準電流互感器快速檢定系統由互感器檢定與控制系統軟件、程控互感器校驗臺和輔助接線臺三部分組成。檢定接線時無須對應銘牌、核對變比，只需將試品一次接線端和二次接線端對應連接到輔助接線臺的接線面板即可，一次接線和二次接線一次性完成。檢定時，裝置根據試品變比信息控制相應的繼電器閉鎖，自動切換標準器和試品各變比繞組抽頭，完成一次回路和二次回路接線，全程由上位機控制，實現標準電流互感器全變比和全量程下快速接線與順序自動檢定。電流互感器全自動檢定系統組成框圖如圖3所示，系統支持任意變比電流互感器一次和二次擴展接線，只要是標準器有的電流比都可對應接線。

圖3 電流互感器全自動檢定系統組成框圖

2 標準器和試品一次回路阻抗優化措施

標準器和試品一次回路自動切換裝置實現了標準器和試品全變比下一次回路和二次回路繞組抽頭自動切換，解決了標準電流互感器檢定時一次、二次頻繁換線的問題，但是對于標準器和試品的各變比一次大電流回路需切換相應繞組抽頭，并接入一次公共回路COM0和COM1，這樣對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，一次回路長度增大為單變比情況大電流下的1.5～2倍，相應的電源調節器和大電流發生器容量增大為單變比時的1.5～2倍[3-5]。一次回路連接導體組成有單根大電流銅排和多根電流軟銅導線兩種方式，為了盡量減小系統容量，本系統進行了不同數目的穿心導線下一次回路阻抗試驗，試驗線路如圖4所示。

圖4中，T2為大電流發生器，一匝輸出為5 000 A，CT0、CTx為標準器和試品，電流比為5 000/5 A，PT為電壓采樣互感器，HE為互感器校驗儀。

由于一次回路在大電流情況下阻抗值為毫歐，測量困難，試驗模擬了標準器和試品一次回路自動切換裝置一次回路實際長度，采用實測大電流發生器輸入回路阻抗，再折算至一次大電流回路阻抗的方法來實現一次回路阻抗測量。采用互感器校驗儀測大電流發生器輸入電壓與電流的比值，直讀讀出阻抗值。由于環形鐵芯大電流發生器及標準器和試品鐵芯的勵磁電流很小，可以近似認為輸入阻抗為線性的[6]。大電流發生器輸入阻抗和容量如表1所示。

圖4 大電流發生器輸入回路阻抗測試線路

表1 大電流發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時的有功功率，Q為一次回路電流在5 000 A時的無功功率，S為視在功率。

由表1可以看出，隨著穿心導線數目的增加，電阻R和感抗X成反比減小，但是當穿心導線數目增至8根即基本上均勻分布后，感抗就減小不多了，同時一次回路消耗的功率由穿心導線數目為1根時的13.3 kVA減小為穿心導線數目為8根時的2.3 kVA，容量減小的效果顯著。為此，本系統對于一次電流為 5 000 A的穿心繞組采用8根大電流導線并聯穿心的方法，并配合電容無功補償來減小標準器和試品一次回路阻抗，無需加大電源調節器容量。

3 結束語

標準電流互感器快速接線與檢定系統在檢定電流互感器時只需將一次接線端和二次接線端對應連接到輔助接線臺接線面板即可；變比切換、自動控制全程由上位機和控制接線裝置完成，解決了標準器變比范圍廣、等級要求不同、檢定中易接錯線、工作效率低的問題；提高了工作效率，減小了測量過程中的不確定性。