計量用電壓互感器自動化檢定系統配置與應用研究

董恩源，劉 罡，周 浩，姜春陽，房 琛

（1.大連理工大學，遼寧 大連 116024；2.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；3.中國電力科學研究院，湖北 武漢 430074；4.大連電力建筑工程公司，遼寧 大連 116021）

0 引言

電壓互感器自動化檢定系統是電力營銷智能電網戰略實施的重要配套設備［1］，國家電網有限公司在營銷計量［2019］2 號文《2019 年營銷計量工作要點》） 中明確指出要完善計量用互感器自動檢測能力。目前，各級電能計量機構普遍采用傳統人工或半自動電壓互感器檢定模式，存在檢定效率低、勞動強度大等缺點。針對上述問題，配置了一套計量用10 kV 電壓互感器自動化檢定系統，通過檢定系統管理平臺調用內部接口實現計量用電壓互感器全自動檢定過程。對該系統的軟件系統和標準器硬件配置進行分析，對主標準器進行溯源，并對系統整體進行應用研究。

1 系統軟件配置

軟件系統結構如圖1 所示，主要由檢定系統管理平臺、輸送控制軟件、檢定控制軟件、功能控制軟件和內部接口等部分組成［2］。

1.1 檢定系統管理平臺

檢定系統管理平臺為軟件系統結構主要組成部分，其主要功能是進行任務管理，完成自動輸送設施、自動輸送裝置以及其他功能設備間的動作協調、完成檢定系統與上級調度系統的信息交互等，實現電壓互感器輸運、檢定、檢測等作業的全過程自動化、智能化。

1.2 輸送控制軟件

輸送控制軟件用以實現對自動輸送設備各功能單元機械動作的控制，以及對各功能模塊狀態的監控，并與檢定控制軟件、功能控制軟件配合實現互感器上料、輸送、外觀檢查、自動拆接線、工頻耐壓試驗、感應耐壓試驗、二次匝數絕緣強度試驗、基本誤差測量、磁飽和裕度測量、電子標簽加解密讀寫、分選貼標、下料、后處理等功能。

1.3 檢定控制軟件

檢定控制軟件負責對電壓互感器自動互感器裝置的控制，與輸送控制軟件配合完成互感器外觀檢查、自動接拆線、工頻耐壓試驗、感應耐壓試驗、二次匝數絕緣強度試驗、基本誤差測量、磁飽和裕度測量的試驗要求。

1.4 功能控制軟件

功能控制軟件負責對其他自動功能設備的控制，與輸送控制軟件、檢定控制軟件配合完成互感器電子標簽加解密讀寫。

1.5 內部接口

內部接口為連接檢定系統管理平臺與輸送控制軟件、檢定控制軟件、功能控制軟件的紐帶，其應符合共享性、安全性、可擴充性、兼容性等要求。數據通信采用XML 標準語言格式，同時對傳輸數據進行加密。

圖1 軟件系統結構

2 標準器硬件配置

標準器作為系統硬件重要組成部分，其選型與配置是系統硬件配置的核心。計量用電壓互感器標準器包括標準電壓互感器、電壓互感器校驗儀和電壓互感器負荷箱3 部分［3］。

2.1 標準電壓互感器

自動化檢定系統常用的被檢電壓互感器準確度等級為0.1 級、0.2 級與0.5 級，依據JJG 314—2010《測量用電壓互感器檢定規程》 要求，標準電壓互感器至少要比被檢電壓互感器高2 個準確度等級，由于每提高一個準確度等級標準電壓互感器的成本都會增加，故標準電壓互感器正確度等級僅需比被檢0.1 級電壓互感器高2 個準確度等級，即0.02級標準電壓互感器即可。在測量變比方面，計及三相四線制線路與三相三線制線路，標準器電壓等級選用常見10 kV 電壓等級，測量變比為2 種變比：10 kV／100 V 與，即10G2 型。在互感器材料選擇方面，10 kV 電壓互感器常用干式互感器，即HJS 型。綜上，標準電壓互感器選用HJS-10G2 型標準電壓互感器。

2.2 電壓互感器校驗儀

互感器校驗儀為嵌入自動化檢定系統中測量互感器誤差的工作計量器具，依據JJG 169—2010《互感器校驗儀檢定規程》要求，可將電壓互感器校驗儀準確度等級定為2 級。標準電壓互感器配置的二次電壓為100 V 或兩種情況，故電壓互感器校驗儀額定電壓須具有100 V 和自動切換功能。因此，電壓互感器校驗儀選用具有自動切換功能且目前最為常用的HEC-H 型電壓互感器校驗儀。

2.3 電壓互感器負荷箱

電壓互感器負荷箱為并聯接在被檢電壓互感器二次回路中的工作計量器具，在自動化檢定系統中同樣應嵌入在系統內部，同時具有體積輕便可自動切換負荷等功能。負荷箱受溫度影響較大，結合規程規范要求，負荷箱準確度等級定為3 級。額定電壓同樣根據標準電壓互感器的二次電壓配置為100 V 和兩種情況。由于被檢電壓互感器的額定負荷通常為5 VA，下限負荷為2.5 VA，故負荷箱的負荷點選用常見（2.5～80）VA 即可。綜上，負荷箱選用同時滿足以上技術條件且目前最為常用的FY98-5HV 型全自動程控電壓互感器負荷箱。

2.4 標準器的硬件配置

以標準電壓互感器為主標準器，電壓互感器為誤差測量裝置，電壓互感器為測量配套設備，得到標準器的硬件配置如表1 所示。

表1 標準器的硬件配置

3 標準器的溯源

為保證本自動化檢定系統整體誤差滿足要求，依據規程規范，對標準器送至國網遼寧計量中心采用省級最高標準進行溯源。

3.1 標準電壓互感器的溯源

標準電壓互感器的上一級主標準器為工頻電壓比例標準裝置，其中10 kV 電壓比例標準裝置準確度等級為0.002 級，高于標準電壓互感器3 個準確度等級，滿足溯源要求。依據JJG 314—2010《測量用電壓互感器檢定規程》要求［4］，以10 kV 電壓比例標準裝置為標準互感器、標準電壓互感器為被檢互感器進行檢定，得到100%額定電壓下10 kV／100 V 變比比值誤差和相位誤差值如表2 所示。依據規程要求，0.02 級電壓互感器比值誤差應小于0.02%，相位誤差應小于0.6′，表2 所有變比誤差值均滿足要求，HJS-10G2 型標準電壓互感器合格。

表2 10 kV／100 V 變比比值誤差和相位誤差

3.2 電壓互感器校驗儀的溯源

電壓互感器校驗儀采用省級最高標準0.2 級HESH 型互感器校驗儀及負荷箱檢定裝置檢定。依據JJG 169—2010《互感器校驗儀》檢定規程要求，對極性指示器、絕緣電阻、儀器分辨力、誤差測量等項目進行逐一檢定［5］，所有項目均滿足要求。HEC-H 型校驗儀檢定結果合格。

3.3 電壓互感器負荷箱的溯源

電壓互感器負荷箱同樣采用省級最高標準0.2級HESH 型互感器校驗儀及負荷箱檢定裝置校準。依據JJF 1264—2010 《互感器負荷箱》 校準規范要求，計算得出校準結果不確定度U95=8.0×10-3，按照U95小于最大允許誤差的1／3 即8.0×10-3＜（1／3）×3%進行校準結果評審［6］，FY98-5HV 型電壓互感器負荷箱滿足3 級負荷箱使用要求。

4 系統應用

基于所配置電壓互感器自動化檢定系統對某0.2 級電壓互感器進行檢定，檢定接線如圖2 所示。按照圖1 中流程，在檢定系統管理平臺中對輸送控制軟件和功能控制軟件事先設定好，啟動檢定控制軟件，完成對該0.2 級電壓互感器進行自動檢定，100%額定電壓下檢定結果如表3 所示，依據JJG 314—2010《測量用電壓互感器檢定規程》［4］，0.2 級電壓互感器比值誤差應小于0.2%，相位誤差應小于10′，表3 比值誤差和相位誤差均滿足檢定規程要求，被檢0.2 級電壓互感器合格。

圖2 檢定接線

表3 0.2 級電壓互感器100%額定電壓下誤差值

5 結語

對新型計量用電壓互感器自動化檢定系統軟件結構進行分析，將硬件分解為標準電壓互感器、電壓互感器校驗儀和電壓互感器負荷箱3 部分，根據應用對象合理配置技術參數，并采用省級最高標準對上述設備逐一進行溯源，保證系統本身計量特性合格，最后以一0.2 級電壓互感器為例對系統整體進行自動化應用，被檢電壓互感器誤差合格，系統整體應用良好。本研究為電壓互感器自動化檢定工作積累了寶貴經驗，為今后開展不同電壓等級互感器檢定工作奠定了良好基礎。