標準電流互感器自校準系統關鍵技術研究

【關鍵詞】標準電流互感器；自校準系統；關鍵技術；實際應用

引言

基于現代先進測量體系建設角度考慮，推動計量設備自動化與數字化改造發展，同時使國家電網公司及社會各環節生產、使用的電流互感器的量值準確可靠，有必要構建完善的電流互感器量值溯源體系。在此背景下，雖然國網公司構建了電流互感器量值溯源體系，并應用了將補償式電流比較儀作為原理的自校準系統，使運輸對標準設備帶來的影響得到有效避免，并使電流互感器比例量值的就地溯源得到有效實現，但系統較為復雜，在操作上較為困難，自動化程度及效率較低，難以使扁平化場景高適應性的量值溯源體系建設需求得到有效滿足[1]。為解決上述問題，推動標準電流互感器溯源體系扁平化及數字化轉型，提高標準電流互感器的實際應用價值，本文有必要圍繞“標準電流互感器自校準系統關鍵技術”展開深入分析研究。

一、標準電流互感器自校準系統建設的意義概述

在標準電流互感器自校準產品研發工作開展期間，做好標準電流互感器自校準系統建設，可以使電流互感器量值溯源本地化、自動化目標得到有效實現，提升檢定效率，使運輸引發的計量失準風險得到有效規避，進而推進標準電流互感器溯源體系扁平化及數字化轉型?？傮w而言，標準電流互感器自校準系統建設的意義顯著，集中體現在以下方面。

（一）有助于標準電流互感器溯源應用技術革新的實現

通過標準電流互感器自校準系統建設，可集成若干先進自校準設備組件，包括寬變比自平衡標準電流互感器、量值溯源裝置，以及高精度動態補償式自平衡校驗儀等[2]。與此同時，在先進科學技術的應用下，可以有效解決寬變比自平衡標準電流互感器寬變比特性和高準確度等級之間相互影響的問題，其中包括電磁屏蔽技術和多級自反饋誤差補償技術的應用，進而促進標準電流互感器溯源應用技術革新的實現。

（二）有助于電流比例量值溯源體系的革新實現

在標準電流互感器自校準系統建設過程中，以基于磁勢倍乘原理的標準電流互感器自校準技術和溯源線路為基礎，可使標準電流互感器從傳統的送檢形式溯源，轉變為就地溯源，這樣能夠適應量傳扁平化發展，進一步促進電流比例量值溯源體系革新目標的實現。

（三）有助于實現自校準全流程、數據準確性的遠距離技術監督

在以閉環反饋控制為基礎的自校準系統保證技術合理應用的條件下，能夠使總部標準電流互感器自校準管理平臺和省級標準電流互感器裝置之間實現業務數據互聯互通，使自校準線上化管理模式得到有效形成，有助于國網公司對自校準全流程、數據準確性遠距離技術監督目標的實現。

二、標準電流互感器自校準系統關鍵技術分析

（一）標準傳感頭設計技術

基于電流互感器自校準系統，標準傳感頭為一大核心部件，其性能會對系統的測量精度、穩定性產生直接性的影響。因此，為提高標準電流互感器自校準系統的實用價值，需采取有效技術，優化標準傳感頭設計。

在標準傳感頭設計技術應用過程中，首先，需選用高性能傳感頭，確保選用的傳感頭準確度高，且具有高穩定性及低漂移性。比如選擇鉗形RogoWski線圈當作標準傳感頭，發揮其抗干擾能力強、測量標準度高等特點優勢[3]。其次，對傳感頭結構加以優化，對傳感頭結構設計加以優化，確保系統測量精度、穩定性能夠得到有效提升。比如，對鉗形Rogowski線圈的測量準確度和干擾因素之間的關系認真分析研究，采取氣隙補償方案，使系統測量誤差減小。再者，需應用先進的數據處理算法，使系統測量精度得到進一步提升。例如，通過對快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform，FFT）算法的深入研究，應用加四項余弦窗的改進FFT算法，以此使計算精度提升，并使計算量減少[4]。此外，采取集成化及智能化設計技術方法，對傳感頭和放大、運算、溫度補償等環節進行一體化設計，組裝為一個器件，以此使系統的集成度及智能化水平得到有效提升。例如，可以將壓敏電阻、電橋以及電壓放大器，與溫度補償電路集成處理，使單塊壓力傳感器得到有效形成。當然，還有必要設計多功能集成傳感頭，實現多參數同時測量。例如，設計硅壓阻式復合傳感器，實現對溫度、壓力的同時測量。

（二）數據處理與分析技術

為提升標準電流互感器自校準系統性能及實用價值，需注重數據處理與分析技術在其中的應用。

一方面，實現高精度數據采集及預處理。在電流互感器輸出信號采集過程中，需應用高分辨率、高采樣率的模數轉換器，保證數據的完整性和準確性。針對采集獲取的原始數據，在濾波處理后，將噪聲和干擾去除，使數據質量得到有效提升。此外，針對采集獲取的數據，需進行歸一化處理，以消除量綱影響，方便后續分析。通過數據對齊和同步處理，保證各通道或各時間點的數據能夠準確對應[5]。

另一方面，合理利用現代化數據分析算法技術，通過誤差分析與補償，即采取最小二乘法、卡爾曼濾波算法，針對采集獲取的數據進行誤差分析，識別、量化測量誤差。結合誤差分析結果，應用軟件或硬件補償技術，修正測量結果，使測量精度提升。利用頻譜分析技術方法，對電流互感器輸出信號，在頻譜分析的基礎上，將信號中的諧波成分、噪聲水平識別出來[6]。通過頻譜分析，對電流互感器的頻率響應特性進行準確評估，這使系統優化能夠有據可依。合理利用趨勢分析及預測技術方法，通過時間序列分析、機器學習算法，對歷史數據進行趨勢分析，將電流互感器的性能變化趨勢準確預測出來。在趨勢分析的基礎上，及時發現潛在的問題，提前通過維護或者更換處理，使系統故障的發生得到有效避免，進而提升系統校準的效率及準確度。

（三）遠程自校準技術

基于標準電流互感器自校準系統建設期間，為提升系統校準效率與準確度，還需合理應用遠程自校準技術。在此目標下，遠程自校準實現的技術要點包括以下幾方面。

1.內置傳感器和標準比對

通過先進科學的電磁式測量技術的應用，內置傳感器，對電流互感器實際輸出情況進行實時監測，然后和預先設定好的標準值進行比對分析。比如，在系統內置高精度電流傳感器，對電流互感器的輸出電流進行實時采集，然后和存儲于系統當中的標準電流值進行比對分析，進一步將誤差值計算出來。

2.自動調整參數

結合比對結果，對電流互感器參數進行自動調整，進而使遠程自校準目標得到有效實現。若系統檢測顯示電流互感器輸出電流和標準值之間有偏差存在，則需對電流互感器的匝數比或者電容補償值進行自動調整，達到減小誤差的目標。

3.遠程數據傳輸及監控

通過應用先進的網絡通信技術，實現了電流互感器測量數據的遠程傳輸及監控。例如，利用無線數據采集發射裝置，將電流互感器的實時數據傳輸至遠程數據處理中心。數據處理中心在分析處理接收的數據后，將結果及時反饋給現場設備，從而有效實現遠程監控及校準的目標[7]。

4.自動校準模塊應用

在系統內置自動校準模塊，對校準程序快速響應及執行。例如，當系統檢測出電流互感器誤差超過預設閾值時，自動校準模塊會立即啟動校準程序，對相關參數進行調整，使電流互感器輸出恢復至標準范圍。

（四）系統安全性與穩定性保障技術

在標準電流互感器自校準系統建設期間，為確保系統安全性及穩定性，需合理應用系統安全性與穩定性保障技術。

一方面，合理利用安全設計技術，通過電氣隔離技術的應用，合理使用隔壁變壓器、光耦隔離器等，對系統高壓與低壓控制部分進行隔離處理，避免電氣擊穿及發生短路情況。例如，基于電流互感器輸入及輸出端，通過隔離變壓器的加設，保證操作人員能夠接觸的部分不帶電，以此提升系統的安全性。通過權限管理技術，對不同用戶對系統的訪問權限進行合理限制，并針對敏感數據進行加密處理，有效避免數據泄露。通過多級用戶權限的設置，在確保用戶具備授權的基礎上，才允許對系統參數進行訪問或修改。并針對校準數據、配置信息進行加密存儲和傳輸，使數據的安全性得到有效保證。

另一方面，合理利用冗余設計及備份恢復技術，采取冗余設計方法，比如雙電源供電、雙路信號傳輸等，使系統的可靠性提升。同時采取備份恢復機制，確保系統發生故障情況下可快速恢復[8]。此外，優化設計故障自診斷與預警模塊，通過故障自診斷模塊對系統運行狀態實時監測，在檢測到故障情況下自動觸發預警機制。例如，系統內置故障自診斷程序，對關鍵元器件與電路工作狀態進行定期檢測。在檢測出故障情況下，利用聲光報警或遠程通知形式及時提醒運維人員，確保故障問題得到及時有效處理，保證系統運行的安全性及穩定性。

三、案例分析

以國內某國電科技通信有限公司自有資金研發項目為例，即“標準電流互感器自校準產品研發與應用”項目。該項目在研發過程中，為構建完善的省級計量標準自校準體系，提高自校準試驗的數字化與智能化水平，實現標準化互感器量值溯源和傳遞的簡易化、扁平化，采取了微服務架構設計方案。同時，為豐富該項目標準電流互感器自校準系統功能，在系統技術架構方面，包括接入、服務監控保護、服務治理配置、業務服務群、數據存儲與操作等模塊，具體模塊介紹如下。

（一）接入模塊

以Nginx的正反向代理及負載均衡策略為基礎，為用戶提供統一的業務應用操作界面及信息展示窗口，屬于系統與操作用戶之間直接關系的模塊。按照系統安全性與穩定性要求，需對用戶進行安全控制，包括安全認證控制、訪問請求控制等，可采取白名單/黑名單認證技術、授權認證技術。

（二）服務監控保護模塊

此模塊主要對集群進行監控和容錯保護，其間需應用Sleuth鏈路追蹤技術與Turbine集群監控技術，還需合理應用Hystrix容錯保護框架。

（三）服務治理配置模塊

為實現對系統服務的有效治理和配置管理，需采取consul服務治理技術、config服務配置管理技術等。

（四）業務服務群模塊

在集群部署方面，利用微服務架構模式，平臺根據業務通過橫向劃分，區分出基礎通用服務、業務服務兩大模塊。其中，基礎通用服務模塊提供統一的基礎服務功能，在設計層面與業務系統形成解耦關系。

（五）數據存儲與操作模塊

該模塊主要實現信息存儲、訪問、管理等目標，使系統數據管理安全可靠。同時，為實現業務應用的容器化部署及容器編排管理，需合理利用虛擬化技術，使系統自動化部署、運維要求得到有效滿足。

此外，從標準電流互感器自校準系統關鍵技術應用層面分析，還需優化系統安全架構，確保網絡安全、應用安全、數據安全、服務安全、物理安全以及管理安全。結合上述提到的系統安全性與穩定性保障技術，以應用安全為例，系統應用安全防護過程中，可合理利用身份認證技術、授權技術、加密技術、數據存儲保密技術、應用數據備份與恢復技術等，以此確保系統應用安全得到全面有效保障。

結語

標準電流互感器自校準系統建設具備多方面的意義，如可以實現其溯源應用技術的革新目標，實現對自校準全流程、數據準確性遠距離技術監督等。因此，在標準電流互感器自校準系統建設期間，需合理利用標準傳感頭設計技術、數據處理與分析技術、遠程自校準技術、系統安全性與穩定性保障技術等。此外，具體情況具體分析，在標準電流互感器自校準產品研發過程中，還需優化系統技術架構與安全架構，通過數據存儲與操作模塊的優化、系統安全技術的應用，使標準電流互感器自校準系統的應用性能、質量及安全性得到協同提升，并促進自校準試驗數字化與智能化發展。

參考文獻：

[1] 肖湘輝，孔英戈.現代電力系統電流互感器的校驗方法研究[J].中國檢驗檢測，2024，32（05）：4149+65.

[2] 姚力，許靈潔，李舜，等.基于數字比較法的寬頻標準電流互感器溯源技術研究[J].電測與儀表，2024，61（08）：97103.

[3] 林方斌.基于電流互感器的二次回路故障智能檢測方案與系統分析[J].光源與照明，2024（03）：6668.

[4] 賈春榮，卓越，邸志剛，等.光學電流互感器的研究現狀及發展趨勢[J].激光雜志，2024，45（07）：1622.

[5] 夏倩，申奧南，唐先鋒，等.基于GOOSE協議的光纖電流互感器內部狀態監測系統[J].電力信息與通信技術，2023，21（12）：18.

[6] 陳建進.剩余電流保護斷路器電流采集系統設計[J].電氣傳動，2020，50（07）：98102.

[7] 唐志濤，林秀清，黃冬梅，等.標準電流互感器自適應二次接線轉換裝置的設計及應用[J].廣西電力，2020，43（03）：5761+96.

[8] 楊嫻，羅丹青，顧婷婷，等.標準電流互感器快速接線與檢定系統研究[J].機械工程與自動化，2020（03）：145147.