電力系統(tǒng)用電檢查的可換鉗頭電流表設(shè)計(jì)

賈黎霞，林方漫，曾祥明

（海南電網(wǎng)公司海口供電局，海南 海口 570100）

0 引 言

隨著各行各業(yè)用電需求的不斷提升，我國(guó)電力系統(tǒng)得到迅猛發(fā)展。然而在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，用電異常現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，為保障電力系統(tǒng)可靠供電，需定期進(jìn)行用電檢查工作。電力系統(tǒng)在開(kāi)展用電檢查作業(yè)時(shí)，必須選擇合適的工具，以此保證電力測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)工作順利完成。鉗形電流表是電力系統(tǒng)計(jì)量現(xiàn)場(chǎng)常用的檢查工具，其使用的便捷性和適用性直接關(guān)系到測(cè)試人員的工作效率與人身安全。然而，我國(guó)市場(chǎng)上的鉗形電流表多為普適設(shè)計(jì)，雖然可應(yīng)用于多種行業(yè)，但并沒(méi)有針對(duì)電力行業(yè)做必要的針對(duì)性設(shè)計(jì)，所以在鉗形電流表使用過(guò)程中，很多特殊場(chǎng)景的測(cè)量不便，為電力系統(tǒng)用電檢查工作帶來(lái)一定困難[1]。因此，本文在確保鉗形電流表基本功能的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種可適應(yīng)多種復(fù)雜作業(yè)環(huán)境的可換鉗頭電流表，以期解決電力系統(tǒng)用電檢查現(xiàn)場(chǎng)排線擁擠、空間狹小不方便讀數(shù)等問(wèn)題，對(duì)于我國(guó)電力系統(tǒng)低壓的測(cè)試具有重大意義。

1 可換鉗頭電流表設(shè)計(jì)原理

本文設(shè)計(jì)一種用于電力系統(tǒng)用電檢查的可換鉗頭電流表，通過(guò)自組網(wǎng)方式可應(yīng)用于各種計(jì)量場(chǎng)景。其用于電力系統(tǒng)用電檢查的原理就是通過(guò)計(jì)量回路不同位置的電流、電壓等特征數(shù)據(jù)，采用異常特征歸一距離法進(jìn)行分析診斷，以此確定現(xiàn)場(chǎng)用電異常原因，進(jìn)而快速完成測(cè)量檢查工作[2]。由于該可換鉗頭電流表采集的電力系統(tǒng)電壓、電流等用電特征數(shù)據(jù)的維度不同，無(wú)法直接判斷電力系統(tǒng)是否存在異常，因此在該可換鉗頭電流表的使用過(guò)程中，首先對(duì)電流表采集的用電特征數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，計(jì)算公式為

式中：X'為歸一化之后的用電特征數(shù)據(jù)；X為電流表采集的原始電力系統(tǒng)用電特征數(shù)據(jù)；Xmax、Xmin分別為原始用電特征數(shù)據(jù)的最大與最小值。在基礎(chǔ)上，本文基于歐氏距離來(lái)度量采集數(shù)據(jù)與正常數(shù)據(jù)之間相似性，從而實(shí)現(xiàn)用電異常檢查，表達(dá)式為

式中：D(X',Y')為T維歐式空間中，可換鉗頭電流表采集的電力系統(tǒng)用電特征數(shù)據(jù)X'與正常用電特征數(shù)據(jù)Y'之間的歐式距離；n為用電特征數(shù)據(jù)數(shù)量。在實(shí)際的電力系統(tǒng)用電檢查過(guò)程中，需要提前設(shè)置一個(gè)合理閾值，并將式（2）所求歐氏距離和閾值對(duì)比，如果超過(guò)設(shè)置閾值，則說(shuō)明實(shí)際采集數(shù)據(jù)和正常數(shù)據(jù)之間的距離偏大，此時(shí)用電系統(tǒng)處于異常用電狀態(tài)。綜上，可換鉗頭電流表是電力系統(tǒng)用電檢查現(xiàn)場(chǎng)的必備工具，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量用電特征數(shù)據(jù)，通過(guò)式（1）、式（2）所示的異常特征歸一距離法，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)用電異常的分析診斷。

2 可換鉗頭電流表設(shè)計(jì)方案

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文針對(duì)電力計(jì)量回路檢查，研究開(kāi)發(fā)一套可更換鉗頭的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工具，用于測(cè)量電壓、電流，為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工作提供測(cè)試數(shù)據(jù)，是一種便攜、快速、實(shí)用的測(cè)試檢查工具[3]。一套工具包含主機(jī)、鷹嘴電流鉗及可開(kāi)啟環(huán)形電流鉗，同時(shí)鉗頭采用可伸縮、鉗體可旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，設(shè)備配備了可擴(kuò)展延長(zhǎng)桿，可靈活應(yīng)用于排線擁擠、空間狹小不方便讀數(shù)的場(chǎng)合[2]。本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有鉗形電流表的使用原理、適用場(chǎng)景、使用方法進(jìn)行調(diào)研，制定出以下可行的可伸縮轉(zhuǎn)向鉗形電流表的實(shí)施方案。

如圖1 所示，本文設(shè)計(jì)的可換鉗頭電流表套裝主要由一個(gè)主機(jī)、3 個(gè)低壓從機(jī)和一個(gè)高壓從機(jī)組成，主機(jī)、高壓從機(jī)、低壓從機(jī)可單獨(dú)使用，也可以組合使用。與此同時(shí)，本文設(shè)計(jì)電流表套裝主要采用主從機(jī)配套使用模式，針對(duì)高供高計(jì)計(jì)量回路、高供低計(jì)計(jì)量回路、直通表計(jì)量回路、單相表計(jì)量回路不同的測(cè)量場(chǎng)景實(shí)施不同的測(cè)量方案，在不同回路下分別采取主從機(jī)配套安裝模式，安裝可更換鉗頭的電流表套裝，對(duì)計(jì)量回路進(jìn)行測(cè)量，主從機(jī)之間采用無(wú)線通信方式，并且電流表套裝內(nèi)嵌了電能智能診斷模塊，通過(guò)自組網(wǎng)方式可應(yīng)用于各種計(jì)量場(chǎng)景、各自計(jì)量回路的實(shí)時(shí)診斷分析，示意如圖2 所示[4]。

圖1 可換鉗頭電流表套裝設(shè)備組成

圖2 可換鉗頭電流表計(jì)量回路示意（部分）

綜上，本文設(shè)計(jì)的可換鉗頭電流表適用于接線密、線間距小的測(cè)量環(huán)境，同時(shí)適用于距離高、人手不容易測(cè)量的環(huán)境，鉗頭可更換設(shè)計(jì)，可以適應(yīng)不同粗細(xì)的導(dǎo)線。

2.2 功能設(shè)計(jì)

結(jié)合文中上述內(nèi)容，本文為用于電力系統(tǒng)用電檢查的可換鉗頭電流表配備了智能診斷、參數(shù)測(cè)量、波形顯示、CT核查、諧波測(cè)量、電表誤差校驗(yàn)等功能[5]。可換鉗頭電流表功能界面如圖3 所示。

圖3 可換鉗頭電流表功能界面（部分）

當(dāng)該可換鉗頭電流表測(cè)量線纜的電壓、電流等數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)在電流表顯示屏上顯示測(cè)量數(shù)值，多設(shè)備同步測(cè)量，使測(cè)量數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。該可換鉗頭電流表自帶的顯示屏可實(shí)時(shí)顯示電壓、電流示值以及頻率數(shù)值，并可顯示實(shí)時(shí)波形、向量圖、諧波含量諧波等，具有多組波形分析的智能檢測(cè)傳感器協(xié)作，實(shí)現(xiàn)主回路和二次回路的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示功能。

3 實(shí)際應(yīng)用

在可換鉗頭的電流表套裝設(shè)計(jì)完成后，需要對(duì)其進(jìn)行裝配，并應(yīng)用于實(shí)際電力系統(tǒng)用電檢查作業(yè)中，以此判斷本文設(shè)計(jì)套裝是否可行可靠。2022 年10 月，某臺(tái)區(qū)線損較高，經(jīng)過(guò)多次用電檢查作業(yè)仍未發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題，詳細(xì)分析有可能存在漏電現(xiàn)象，所以采用本文設(shè)計(jì)的可換鉗頭電流表進(jìn)行用電檢查作業(yè)[3]。作業(yè)人員首先使用本文設(shè)計(jì)的電流表在臺(tái)區(qū)總表出線處進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)三相四線回路通過(guò)鉗口的電流為12 A，表明在臺(tái)區(qū)總表后發(fā)生漏電現(xiàn)象；其次再采用電流表測(cè)量分支線路的電流，其中第1、3 條分支線路通過(guò)鉗口的電流為0 A，第2 條分支線路通過(guò)鉗口的電流為12 A，表明漏電現(xiàn)象發(fā)生在第2 條分支線路上；最后作業(yè)人員使用本文設(shè)計(jì)的可換鉗頭電流表沿著第2 條分支線路逐步檢測(cè)，最終在第二個(gè)下火線處測(cè)到了12 A 的漏電電流，表明此處存在漏電點(diǎn)。在本次漏電檢查作業(yè)過(guò)程中，可換鉗頭電流表的漏電查找界面如圖4 所示。

圖4 可換鉗頭電流表漏電查找界面

由上述內(nèi)容可知，本文設(shè)計(jì)的可換鉗頭電流表可以準(zhǔn)確檢測(cè)到電力系統(tǒng)的漏電現(xiàn)象，且通過(guò)直觀讀取漏電電流數(shù)值，克服了驗(yàn)電筆查找漏電點(diǎn)安全性低等缺點(diǎn)。與此同時(shí)，為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)可換鉗頭電流表套裝的工作效率，使用傳統(tǒng)鉗形電流表作為對(duì)照組，以同樣的操作順序?qū)ε_(tái)區(qū)漏電電流進(jìn)行檢測(cè)，逐步記錄下完成每一步檢測(cè)工作所需時(shí)間，并與本文設(shè)計(jì)電流表進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1 所示。

表1 電力系統(tǒng)漏電檢查實(shí)測(cè)報(bào)告

本文設(shè)計(jì)可換鉗頭電流表檢查臺(tái)區(qū)漏電點(diǎn)僅需128 s，較傳統(tǒng)鉗形電流表的檢查時(shí)間縮短了89 s，說(shuō)明本文設(shè)計(jì)的電流表具有更快的工作效率[4]。綜上，本文設(shè)計(jì)的可換鉗頭電流表具有良好的可擴(kuò)展性，可適應(yīng)多種復(fù)雜作業(yè)環(huán)境。電流表配備的伸縮桿簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)了設(shè)備伸縮測(cè)量功能，可順利進(jìn)入很多不便進(jìn)入的測(cè)量場(chǎng)景，同時(shí)通過(guò)更換不同鉗頭，適用于不同直徑、不同測(cè)量環(huán)境下的測(cè)試線纜。該電流表不僅小巧便攜，易于測(cè)量，而且可以顯著提升工作效率[5]。

4 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)的可換鉗頭電流表屬于用電檢查實(shí)用工具，可解決目前電力行業(yè)鉗式電流表針對(duì)接線密、線間距小、距離高、人手不容易測(cè)量等特殊測(cè)量環(huán)境測(cè)量不方便的問(wèn)題。但由于時(shí)間有限，文中設(shè)計(jì)的電流表仍存在一定不足，如項(xiàng)目采用成熟電流鉗外形樣式，以達(dá)到便攜易用的效果，但受限于外殼結(jié)構(gòu)和大小，硬件選型必須適應(yīng)外殼尺寸，給芯片選型和線路板的繪制帶來(lái)一定的難度，因此需要增強(qiáng)硬件知識(shí)儲(chǔ)備，為今后開(kāi)發(fā)更實(shí)用化的設(shè)備奠定研發(fā)基礎(chǔ)。