計量現場互感器極性檢測儀研究與應用

縣國成，楊 斌，趙玉婷，董召強，郭永翔

（國網甘肅省電力公司天水供電公司，甘肅 天水 741000）

互感器是電力系統中實現電能變換的關鍵設備之一，其準確與否將直接影響電能計量的準確性。在電力系統電能計量工作中，互感器的極性檢測是確保電能計量準確性的一項重要工作。由于計量柜內的互感器布局的不同，導致互感器的極性檢查工作的操作難度大，檢測成功率低，存在安全隱患。一般的計量柜電流互感器安裝較高較深，工作人員須借助梯、凳等工具，經常出現工作人員部分身體進入計量柜的情況，某些情況是在高壓進線帶電的情況下進行裝表接電工作，而這種情況下若出現高壓開關失靈或被擊穿，則工作人員存在高壓觸電的危險。針對老式互感器極性測試工具的缺陷，本文研制一種新型的便攜式互感器極性測試儀，包括主體結構、測試回路、控制回路3 部分，對檢測儀進行整體性能開展測試，具有安全、準確、方便測試的優點。

1 計量現場互感器極性檢測儀結構框架

計量現場的互感器極性檢測儀的設計包括3 部分：儀器主體結構的設計、測試回路的設計與控制回路的設計3 部分。為了確保互感器極性測試儀質量可靠，制定了互感器極性測試儀的設計流程，如圖1 所示。設計過程中每完成一部分的設計與組裝工作即對該部分進行性能測試，經測試合格后再進行下一部件的設計。互感器極性檢測儀整體設計與組裝完成后，再對檢測儀進行整體性能的測試，以確保設計功能的實現。

圖1 互感器極性檢測儀的設計流程

2 計量現場互感器極性檢測儀各部件設計方案

2.1 主操作桿的設計與實施

設計的互感器極性檢測儀的桿體部分的設計方案為：四分段抽拉型絕緣套管。為了對不同距離的計量設備進行準確快速的測量，主桿體通過分段抽拉設計方案的實施，可以實現在不同實驗高度及不同柜體深度等各種測試環境下的應用場景。該設計方式可以由操作人員根據作業現場的環境需求進行長度調節，極大地提高了檢測儀操作過程中的便捷性。

2.2 測試部分和控制部分的設計與實現

對于測試部分的設計，經過反復的設計與測試，最終確定了單桿雙分頭接觸式測試頭的設計方案。對于控制部分的設計，互感器極性檢測儀的萬向旋轉環是承接主干和測試分支的重要控制裝置，需達到絕緣的要求，內部排列4 條導線，兩分支頭具有半球面萬向旋轉功能，以支撐點為頂點，分別可以達到軸向75°的錐面旋轉、平向180°旋轉的設計效果。萬向旋轉環可以保證實驗與現場使用過程中對各種位置分布的計量設備進行測量。互感器極性檢測儀的整體設計方案的設計原理圖如圖2 所示。

圖2 互感器極性檢測儀整體設計方案

3 應用效果

3.1 作業安全性驗證

為驗證裝置的有效性，對互感器極性檢測儀的現場使用性能進行了全面的測試與分析。首先對深處作業和高處作業進行測試。圖3 為工作人員使用互感器極性檢測儀對位于計量柜柜體內部的互感器進行極性檢定工作。檢測儀的運用避免了作業人員深入柜體內部進行工作，因此也就排除了計量柜低壓側向高壓側反送電等因素給作業人員帶來的觸電危險。

圖3 互感器極性檢測儀的“深度”測試

圖4 為作業人員對位于計量柜高處的互感器進行極性檢定工作，通過運用互感器極性檢測儀，使得互感器極性檢定工作的操作更為簡便，也切實提高了作業人員的人身安全。

圖4 互感器極性檢測儀進行“高度”測試

此外，由于部分工作現場光線較差，特別是未送電的地下室，在采光不好的情況下，由于互感器極性檢測儀在正負測試觸頭處設計了氖管照明裝置，可以有效地提升作業現場的照明條件，使工作人員可清晰看到柜體內部情況，準確判斷觸頭與設備接觸情況，大幅提升了互感器極性檢測儀測試結果的安全性和準確性。

綜上，互感器極性檢測以結構設計合理，使用方便，通過合理的裝置連接，無論檢測現場出現什么情況，都可以保證工作人員的人身安全；工作人員單手即可操作，不必借助增高工具；儀器頂部的照明燈可讓工作人員看清計量柜內設備，大大提高了工作效率和安全可靠性。

3.2 實驗結果分析

現場測試與使用時，輸出電壓為5.0 V 的蓄電池作為互感器極性檢測儀輸入電源，測試過程中，由操作人員手動控制檢測儀的開關以判斷待測互感器的極性。各控制信號的間隔時間為3～5 s，每組控制信號的持續導通時間大約為0.5 s。

為了在實驗室條件下排除干擾因素的影響，我們將對檢測儀輸出信號的衰減性和延遲性2 個方面對檢測儀的導通率進行分析。測試參數如下：測試輸入信號是電壓為5.0 V 的直流電源，由每0.5 s 通斷一次的自動開關提供控制信號，在此基礎上得到的互感器極性檢測儀的輸出信號如圖5 所示[1]。

圖5 互感器極性檢測儀的試驗輸出信號

由圖5 可以發現，互感器極性測試儀的輸出電壓為4.9 V，電壓衰減率 ? 為：

式中：Ui為輸入電壓，V；Uo為輸出電壓，V。

由公式（1）可以看出，檢測儀的電壓衰減率為2%，該電壓衰減率可以保證在輸入電壓為5.0 V時，測試儀的輸出信號能夠保證指示器正常工作。因此，電壓衰減率符合設計要求。

由圖5 可以看出，互感器極性測試儀輸出信號的周期為0.55 s，輸出信號的周期延遲率TD為：

式中：To為輸出信號的周期；Ti為輸入信號的周期。

由公式（2）可以看出，檢測儀的周期延遲率為9%。由于檢測儀在正常使用時，各控制信號的間隔時間為3～5 s，每組控制信號的持續導通時間大約為0.5 s，周期延遲率為9%，其延遲輸出時間為0.05 s，相對于控制信號的間隔時間3～5 s 來說，操作人員可以對測試結果進行正常判斷。因此，互感器極性檢測儀的周期延遲率符合設計要求[2-3]。

4 結束語

本文設計并構建了一種新型計量現場的互感器極性檢測儀，具有3 個特點：（1）工作人員單手即可操作，不必借助梯、凳等增高工具，有效避免工作人員直接進入計量柜工作，工作安全性大大提高；（2）儀器頂部的照明燈可讓工作人員看清計量柜內設備；易攜帶、易保存、操作簡單、使用壽命長；（3）互感器極性檢測儀輸出信號的電壓衰減率和周期延遲率試驗性能符合設計要求。本互感器極性檢測儀對于提高互感器的極性檢查工作的安全性能，確保電能計量的準確性具有重要的應用價值。