淺析電力互感器批量檢定問題

劉志強 吳蓓

摘 ?要：計量檢定機構對電力互感器進行批量檢定主要面臨被檢樣品規格型號不一致、批次數量不穩定，批量檢定功能無法實現，提高檢定效率受限等問題。為解決該問題需對測量電路進行創新性設計，使計量檢定裝置能夠根據實際情況多種模式靈活運用。對傳統檢定裝置配以多工位輔助測試臺，并對其測量電路進行優化設計，可以實現批量檢定功能，是目前比較可行的解決方案之一。

關鍵詞：電力互感器;批量檢定;測量電路;多臺檢定

中圖分類號：TM933.1 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）06-0032-04

Analysis on Batch Verification of Power Transformer

LIU Zhiqiang，WU Bei

（Xinjiang Uygur Autonomous Region Research Institute of Measurement & Testing，Urumqi ?830011，China）

Abstract：The batch verification of power transformers by the metrological verification institutions mainly face the problems of the specification and model of the tested samples are inconsistent，the batch quantity is unstable，the batch verification function can not be realized，and the improvement of verification efficiency is limited. In order to solve this problem，it is necessary to carry out innovative design of the measurement circuit，so that the measurement verification device can be flexibly used in a variety of modes according to the actual situation. The traditional verification device is equipped with multi station auxiliary test bench，and its measurement circuit is optimized，can achieve batch verification function，is one of the more feasible solutions at present.

Keywords：power transformer;batch verification;measuring circuit;multistation verification

0 ?引 ?言

隨著社會經濟的發展，電力系統的穩定也逐漸受到了人們的重視[1]。在工業化、城市化進程的推進過程中，整個社會的用電量也在快速增加，互感器作為電能交易的關鍵器具其使用量也同步快速增加。互感器在使用前必須經過計量技術機構檢定合格后才能使用，這就使得計量技術機構的互感器檢定量隨之上升。一些省市級互感器計量技術機構年檢定量可以達到上萬只，實驗室檢定人任務越來越重，工作強度越來越大，傳統的互感器單臺檢定裝置已不能滿足日益增長的檢定需求，促使相關檢定單位采用更先進的試驗方法和管理手段，使互感器的檢定工作能夠高效、準確的完成，以適應電力事業的發展需要。

探索和研制一種適合省市級計量技術機構使用的，能夠批量檢定的，投入成本不至于過高且技術門檻不會太高的多臺位互感器檢定裝置顯得很有必要。本著這個出發點，本文從互感器檢定日常實際情況出發，對電力互感器批量檢定過程中可能遇到的問題進行分析總結。

1 ?被檢樣品問題分析

計量技術機構是面對授權范圍內所有客戶開放的，因此客戶不固定、不集中，客戶送檢的互感器存在著各種各樣的實際問題，影響批量檢定工作的實施。

1.1 ?規格型號存在差異

客戶多樣化導致送檢互感器的多樣化，各批送檢樣品之間存在著生產廠家不一致、規格型號不一致、關鍵參數不一致、外觀大小不一致等各類問題。對于電流互感器來講，主要是額定變比不一致導致電流互感器批量檢定的困難增加。對于電壓互感器來講，主要是額定負荷不一致，給批量檢定帶來困難。同時對于電流、電壓互感器還存在著外觀不盡一致的問題。這些實際工作中遇到的問題，給互感器批量檢定工作帶來直接困難。

1.2 ?送檢數量不穩定

每個客戶送檢的互感器數量不穩定、不統一，送檢的時間也無法準確預知，因此對于開展互感器批量檢定工作還存在著被檢樣品數量的問題。每個客戶送檢的數量很可能就是各類不同互感器的數量，要使檢定工作高效快捷，只有對客戶送檢習慣和送檢方式進行匯總和分析。整體來講，客戶送檢的互感器一般是按配電柜進行送檢，因此送檢互感器多為成對送檢。

被測樣品多樣化、差異化特點要求我們在考慮互感器批量檢定問題時也要靈活多樣，能適應實際檢定需求。

2 ?批量檢定裝置技術要求分析

要實現電力互感器的批量檢定，從檢定原理上講也面臨著一些技術問題，這其中主要是電流互感器的批量檢定問題，下面對電流互感器和電壓互感器批量檢定分別進行分析。

2.1 ?電流互感器批量檢定存在的技術問題

電流互感器檢定一般采用比較法。由計量學原理可知，比較法是檢定電流互感器誤差最合適的方法[2]。依據檢定規程[3，4]，電流互感器一般采用“電流互感器比較法檢定線路”進行檢定，如圖1所示，在測量電路中被檢互感器和標準互感器均是串聯在測量回路中，通過二次回路采集被檢樣品的二次電流信號和標準互感器的二次電流信號，通過兩者的比較直接測量誤差的。

傳統的電流互感器單臺檢定裝置一般由調壓器、升流器、標準電流互感器、互感器校驗儀、電流互感器負荷箱、各類連接導線組成，通過控制操作臺來檢定電流互感器，如圖2所示。

在圖2所示的測量回路中，被檢電流互感器通過L1x、L2x、K1x、K2x四個端子串聯在電路中。其中L1x、L2x是一次測量回路的接入端子，K1x、K2x是二次測量回路的接入端子。由于一次測量回路中監測的是電流信號，被檢電流互感器和標準電流互感器是串聯關系，通過的電流是一樣的，因此在測量過程中電路是不允許斷開的。同時在測量過程中，標準電流互感器的二次回路和被測互感器的二次回路也是串聯關系，由于端子反接，互感器校驗儀采集的信號實際是兩者二次電流的差值。這樣就決定了單臺互感器校驗儀配置單臺標準互感器的情況下，一次只能采集計算一個被測樣品的測量數據。這就使得電流互感器在同規格型號的情況下，要實現多臺互感器同批量檢定在技術和設備配置上存在一些問題。具體分析為：

（1）同批同時檢定面臨的問題。對于單通道互感器校驗儀，一次只能同時取一個電流信號進行比較計算，如圖2中的Tx、T0。如果要實現電流互感器的多臺批量檢定，在使用單通道互感器校驗儀的條件下，只有配置多臺互感器校驗儀和標準電流互感器并且同時接入測量回路，這樣才能同批同時檢定。不過成本和技術難度會大幅度提高，并且只有在被檢電流互感器規格型號均完全一致時才能成批同時檢定。

（2）同批分時檢定面臨的問題。當配置單通道互感器校驗儀和一臺標準電流互感器時，也可以通過同批分時檢定的方法實現多臺批量檢定。對于同規格型號的被檢電流互感器可以采用一次測量回路同時升流，二次測量回路對各臺被檢樣品分別采集電流參數進行計算，從而實現多臺批量檢定。該方案盡管沒有同批同時檢定那么快捷，但在同步升流時分別依次采集二次電流信號，其檢定效率也有顯著提高;相對于同批同時檢定，其實際檢定效率并未慢多少。這種技術方案設備資金投入少，技術門檻不至于過高，同時還能較好的兼顧被檢電流互感器規格型號不一致的情況。當被檢樣品完全一致時，可以實現同時升流，分時采集參數，獲取檢定數據;當被檢樣品不一致時，同批安裝，依據設定程序逐臺升流檢定，逐臺獲取檢定數據。該解決方案需要對測量回路進行創新設計，對一次測量電路、二次測量電路及控制電路的設計是其難點。

（3）快速接線問題。批量檢定的目的就是為了提高檢定效率，在使用傳統檢定裝置檢定過程中，一次測量回路、二次測量回路的人工接線、拆線，其耗費了大量時間。解決被檢樣品快速接線和標準互感器快速轉換擋位問題是提高批量檢定效率的關鍵方面之一。

2.2 ?電壓互感器批量檢定存在的技術問題

依據檢定規程[3，5]，電壓互感器基本誤差可以使用標準電壓互感器、電壓比例標準器或電容式電壓比例裝置通過比較法測量。對于工作用電壓互感器，特別是電力電壓互感器而言，一般采用標準電壓互感器通過比較法測量，如圖3所示。被檢互感器和標準互感器均是并聯在測量回路中，通過二次回路的并聯線路采集被檢樣品的二次電壓信號和標準互感器的二次電壓信號，比較兩者的差值進行誤差測量。

在上圖測量回路中，被檢電壓互感器通過A、X、a、x四個端子并聯在電路中。由于一次測量回路中監測的是電壓信號，被檢電壓互感器和標準電壓互感器是并聯關系，兩端施加的電壓是一樣的，在測量過程中接線端子不允許短路。同時在測量過程中，標準電壓互感器的二次回路和被測互感器的二次回路也是并聯關系，由于端子反接，互感器校驗儀采集的信號實際是兩者二次電壓的差值。在配置單臺互感器校驗儀、單臺標準互感器的情況下，只有一個誤差測量回路，因此一次只能采集計算一個被測樣品的測量數據。要實現多臺互感器批量檢定，在技術和設備配置上存在的問題分析如下：

（1）同批同時檢定面臨的問題。由于電壓互感器是并聯接在測量回路中，相對于電流互感器而言多臺被測電壓互感器同批接入測量回路更容易一些。要實現同批同時檢定多臺電壓互感器，在規格型號均一致的情況下可以配置多臺標準電壓互感器、多通道（或多臺）校驗儀來實現。從技術層面不存在太大問題，主要是投入成本過大。

（2）同批分時檢定面臨的問題。配置單通道互感器校驗儀和一臺標準電壓互感器時，另一個解決方案是同批分時檢定。對于同規格型號的被檢電壓互感器可以采用一次測量回路同時升壓，二次測量回路對各臺被檢樣品依次采集電壓參數進行測量計量。該方案盡管沒有同批同時檢定那么快捷，但在同步升壓時分別采集二次電壓信號，其檢定效率也非常快，相對于同批同時檢定，其實際檢定效率并未滯后多少。同時該方案設備資金投入少，技術難度相對較低，能較好地兼顧被檢電壓互感器規格型號不一致的情況。當被檢樣品完全一致時，可以實現同時升壓，分時采集參數，獲取檢定數據;當被檢樣品不一致時，同批安裝，依據設定程序逐臺升壓檢定，逐臺獲取檢定數據。該解決辦法需要對測量回路進行創新設計，對一次測量電路、二次測量電路及控制電路的設計是其難點。

（3）快速接線的問題。同電流互感器批量檢定的問題一樣，一次、二次回路的接線、拆線在傳統檢定方法中占用了大量工作時間，解決被檢樣品快速接線和輔助設施的快速轉換檔位問題是提高批量檢定效率的關鍵方面之一。

3 ?技術方案探索

目前，電力互感器單臺檢定裝置比較成熟穩定，軟硬件配置也比較穩定。為了實現電力互感器批量檢定功能，可以在傳統檢定裝置的基礎上加裝輔助設施，對測量電路進行創新性的優化設計。這樣既可以降低技術難度，又可以充分利用原有設備進行改進。常用的互感器檢定裝置，有的沒有專用輔助測試臺，僅在測量回路中預留被測樣品接入口，有的僅有單工位輔助測試臺，一次只能安裝檢定一臺，需人工接線、拆線，檢定效率低。這種簡易的單工位輔助測試臺主要有兩個缺點：

（1）沒有設計多個檢定工位。

（2）被測樣品不能按設定的需求快速接入或退出測量回路。

通過上述分析可知，要實現互感器的批量檢定功能，關鍵在于探索和設計適合傳統互感器檢定裝置用的多工位互感器輔助測試臺。通過對輔助測試臺測量電路及接線方式的優化設計，使得整個檢定裝置自動化程度得到提高，批量檢定功能得以實現。

3.1 ?電流互感器多工位輔助測試臺

電流互感器多工位輔助測試臺的設計關鍵在于多個工位的互感器可以快速便捷的根據設定程序接入或退出測量回路。電流互感器串聯接入測量回路，一次測量回路通過電流較大，對測量電路的創新優化設計是多工位輔助測試臺的設計核心。本文探索設計如下幾種測量電路供參考。

圖4是多工位電流互感器測量電路的一種設計方案，當開關A1閉合，A2、A3、A4斷開，可以將CT1串入測量回路中，二次回路控制開關根據需要配合控制，即可對一號工位的被測電流互感器進行測量;當開關A2閉合，A1、A3、A4斷開，可以將CT1、CT2串入測量回路中，二次回路控制開關根據需要配合控制，即可對1號工位、2號工位的被測電流互感器進行測量;同理，可根據需要設置并實現多個工位電流互感器的批量檢定。

圖5是多工位電流互感器測量電路的另一種設計方案，一次測量電路中每一個檢定工位有“雙母線”供電流通過，由A、B前后兩個控制開關配合使用，可以方便快捷的實現每一個工位接入和退出測量回路。例如：當開關A1、B1開關閉合在互感器側，則1號工位串聯接入測量回路;開關A2、B2開關閉合在互感器側，則2號工位串聯接入測量回路;當開關A3、B3開關閉合在短路母線側，則3號工位退出測量回路。二次回路開關根據需要進行相應控制就可實現特定工位被檢電流互感器的測量。同理，根據實際需要可以設置足夠多的工位，實現多工位電流互感器多種應用模式的檢定。

圖4、圖5僅對多工位電流互感器測量電路設計進行簡單的舉例，在具體應用過程中實驗室可以根據需要自行設計測量電路，不應局限在某一特定設計方案。

3.2 ?電壓互感器多工位輔助測試臺

電壓互感器多工位輔助測試臺的設計關鍵在于多個工位的互感器可以快速便捷的根據設定程序接入或退出測量回路。電壓互感器并聯接入測量回路，其多工位測量電路的設計難度相對電流互感器來講要小一些，下文僅結合實際應用做一個簡單介紹。

圖6是多工位電壓互感器測量電路，采用的是比較法高電位端測量誤差。對一號工位被檢電壓互感器進行試驗時，閉合K1，測量回路對一號工位樣品的電壓信號進行采集并測量誤差。同理，檢定2號、3號、4號被檢樣品時分別閉合K2、K3、K4即可。根據實際需要可以設置工位數量，實現多工位電壓互感器的批量檢定。

4 ?結 ?論

本文從實驗室實際工作需求出發，對電力互感器批量檢定面臨的實際問題進行分析。結果表明，被檢樣品規格型號的不一致、批次數量的不穩定是計量技術機構對電力互感器進行批量檢定面臨的主要問題。要解決這些問題，需要對測量電路進行創新性設計，從而使計量檢定裝置能夠根據實際情況實現多種模式的靈活運用。本文嘗試探索設計了幾種輔助測試臺的測量電路，以期對解決測量電路的設計問題產生啟發。經驗表明，在傳統單臺檢定裝置的基礎上加裝多臺互感器輔助測試臺，通過對輔助測試臺測量電路進行優化設計，從而配合傳統檢定裝置實現批量檢定功能是一種投入低、設備利用率高的解決方案。

參考文獻：

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[5] 全國電磁計量技術委員會.測量用電壓互感器：JJG 314-2010 [S].北京：中國計量出版社，2010.

作者簡介：劉志強（1983.08—），男，漢族，河南洛陽人，工程師，碩士研究生，研究方向：互感器計量檢測。