一種新型的互感器極性數字化檢測系統

崔 翔，尹相國，路 遙，王 磊，陳 炯

(1. 國網寧夏電力有限公司超高壓公司，銀川 750001； 2. 上海電力大學，上海 200093)

在變電站中，二次電流、電壓回路承擔著重要角色，實現對互感器極性的準確診斷，這對于電力系統的安全運行具有重要意義。變電站互感器極性檢測現場使用較為廣泛的是手動直流檢測方法，該方法將電力互感器一次側線圈與干電池連接，電力互感器二次側接指針式安培表，待接線接好之后將一次測開關合上，與此同時觀察安培表指針的偏轉情況，若指針正偏，開關拉開后，指針反偏，則說明二次側極性是正確的。若指針偏轉方向與上述情況相反，則說明二次側的接線方式是錯誤的[1-3]。直流法這種極性判別方法用來檢測單個單相的電壓或者電流互感器，具有測試原理簡單、設備接線方法簡單等優點。然而，由于整個系統在應用過程中對測試人員的要求很高，測試人員必須了解電氣知識才能進行檢測，同時整個系統在應用過程中受測試環境的影響，使用不方便、檢測效率低等缺陷。

針對互感器極性檢測過程中存在的問題，基于傳統的手動直流檢測原理，本文設計了一種新型的互感器極性數字化檢測系統。該系統首先對互感器一次線圈施加脈沖電壓，利用檢測電路對脈沖電壓施加過程中二次回路信號進行數字化檢測，通過判斷二次回路信號的脈沖極性變化是否與脈沖電壓極性相一致，實現對互感器極性的自動檢測。

1 數字化互感器極性檢測系統框圖

根據互感器極性手動直流檢測原理，本文對互感器極性數字化檢測系統進行了設計，整個系統的原理框圖如圖1所示。

整個互感器極性測試系統由一次側控制系統和二次側控制系統構成，其工作過程為：首先由二次側的主控制系統通過無線通信模塊向一次側控制系統發送工作命令，一次側控制系統根據命令控制相應的開關向相應檢測相別施加一定間隔的脈沖；然后二次側測量系統通過采樣電阻采集相應相別上耦合的電壓信號，通過對測量信號是否和所施加的脈沖信號極性一致性的分析，實現對互感器極性的診斷。

2 一次側脈沖控制電路設計

一次側控制系統主要完成對互感器原邊施加脈沖電壓波形，采用絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，簡稱IGBT)控制電池通斷的方式實現對原邊繞組脈沖電壓的施加，其原理如圖2所示。

一次側控制系統由單片機、三極管Q5、蓄電池、開關S1和IGBT組成，系統的工作過程為：首先閉合開關S1，將蓄電池接入到互感器原邊繞組的一端，然后單片機根據接收到的二次側控制系統的命令，發出相應相的控制命令，利用三極管對信號進行放大(低電平有效)，將控制信號放大到15 V，實現對IGBT的驅動，使蓄電池通過互感器原邊繞組、限流電阻、IGBT構成回路，在繞組上形成電流，然后經過一段時間后關閉IGBT，形成反向脈沖。

3 二次側互感器極性檢測電路設計

為了實現對互感器極性的判斷，在一次側施加脈沖電流的條件下，需對二次側感應電流波形進行測量。在測量的過程中，為了減少干擾信號對測試結果的影響，采用滯回電路實現對電流波形的測量，整個電路如圖3所示。

二次側互感器極性檢測系統的工作過程為：首先利用采樣電阻R13將二次側電流波形轉換成電壓波形，然后進入由放大器構成的滯回電路，將其轉換成正負方波。由圖3可知，本文采用的是反向輸入的方式，此時正向過程閾值電壓為：

(1)

負向過程閾值電壓為：

(2)

通過對R32和R41電阻值的選擇，完成對正向過程和負向過程閾值的設置，確保系統對互感器極性檢測過程中干擾信號的抑制。為了進一步提高系統診斷的準確性，將滯回電路輸出的方波通過光耦，實現對毛刺干擾信號的濾除。

4 互感器極性診斷方法

根據設計的一次側脈沖發生電路和二次側極性檢測電路，對互感器極性診斷方法進行了設計，整個極性診斷流程如圖4所示。

由圖4可知，整個互感器極性診斷過程為：首先將一次側控制系統接入互感器的原邊，二次側控制系統接入二次側，并啟動電源，進入測試狀態，然后進入測試界面，對被測互感器信息進行輸入，然后啟動測量。在測量過程中，首先由二次側測控系統向一次側控制系統通過無線通信方式發送測量命令，一次側脈沖控制系統通過對命令的解析，通過控制IGBT開關的導通和關閉，向互感器原邊周期性地施加脈沖電流信號，同時二次側同步開始測量一次側脈沖電流施加下的電流信號，根據二次側高電平的持續時間，結合第一次上升沿時間和啟動測量時間，當高電平在啟動測量后2 s內出現，則認為是同極性，當高電平在3 s后出現，則認為是異極性，同時顯示相應的測量波形。

異極性診斷波形如圖5所示，同極性診斷波形如圖6所示。

在此基礎上，對整個系統進行了互感器極性檢測設備制作，如圖7所示。

5 結語

通過對數字化互感器極性測試系統的設計和試驗，可以得到如下結論。

(1)系統采用分體式設計，通過無線通信的方式克服了傳統手動直流檢測方法測試距離遠的缺陷，大大方便了系統的應用。

(2)采用滯回電路對脈沖電流施加下的二次側信號進行處理，通過對信號高電平時間和上升沿時間的分析，可實現對互感器極性的診斷。

(3)利用嵌入式系統，通過對測量信息的輸入，可將測量結果通過打印機直接輸出，大大提高了作業人員的檢測效率。