標(biāo)準(zhǔn)電流互感器自校準(zhǔn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

【關(guān)鍵詞】標(biāo)準(zhǔn)電流互感器；自校準(zhǔn)系統(tǒng)；關(guān)鍵技術(shù)；實際應(yīng)用

引言

基于現(xiàn)代先進測量體系建設(shè)角度考慮，推動計量設(shè)備自動化與數(shù)字化改造發(fā)展，同時使國家電網(wǎng)公司及社會各環(huán)節(jié)生產(chǎn)、使用的電流互感器的量值準(zhǔn)確可靠，有必要構(gòu)建完善的電流互感器量值溯源體系。在此背景下，雖然國網(wǎng)公司構(gòu)建了電流互感器量值溯源體系，并應(yīng)用了將補償式電流比較儀作為原理的自校準(zhǔn)系統(tǒng)，使運輸對標(biāo)準(zhǔn)設(shè)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(xiàn)，但系統(tǒng)較為復(fù)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(yīng)性的量值溯源體系建設(shè)需求得到有效滿足[1]。為解決上述問題，推動標(biāo)準(zhǔn)電流互感器溯源體系扁平化及數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提高標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的實際應(yīng)用價值，本文有必要圍繞“標(biāo)準(zhǔn)電流互感器自校準(zhǔn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)”展開深入分析研究。

一、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器自校準(zhǔn)系統(tǒng)建設(shè)的意義概述

在標(biāo)準(zhǔn)電流互感器自校準(zhǔn)產(chǎn)品研發(fā)工作開展期間，做好標(biāo)準(zhǔn)電流互感器自校準(zhǔn)系統(tǒng)建設(shè)，可以使電流互感器量值溯源本地化、自動化目標(biāo)得到有效實現(xiàn)，提升檢定效率，使運輸引發(fā)的計量失準(zhǔn)風(fēng)險得到有效規(guī)避，進而推進標(biāo)準(zhǔn)電流互感器溯源體系扁平化及數(shù)字化轉(zhuǎn)型。總體而言，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器自校準(zhǔn)系統(tǒng)建設(shè)的意義顯著，集中體現(xiàn)在以下方面。

（一）有助于標(biāo)準(zhǔn)電流互感器溯源應(yīng)用技術(shù)革新的實現(xiàn)

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

（二）有助于電流比例量值溯源體系的革新實現(xiàn)

在標(biāo)準(zhǔn)電流互感器自校準(zhǔn)系統(tǒng)建設(shè)過程中，以基于磁勢倍乘原理的標(biāo)準(zhǔn)電流互感器自校準(zhǔn)技術(shù)和溯源線路為基礎(chǔ)，可使標(biāo)準(zhǔn)電流互感器從傳統(tǒng)的送檢形式溯源，轉(zhuǎn)變?yōu)榫偷厮菰矗@樣能夠適應(yīng)量傳扁平化發(fā)展，進一步促進電流比例量值溯源體系革新目標(biāo)的實現(xiàn)。

（三）有助于實現(xiàn)自校準(zhǔn)全流程、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的遠距離技術(shù)監(jiān)督

在以閉環(huán)反饋控制為基礎(chǔ)的自校準(zhǔn)系統(tǒng)保證技術(shù)合理應(yīng)用的條件下，能夠使總部標(biāo)準(zhǔn)電流互感器自校準(zhǔn)管理平臺和省級標(biāo)準(zhǔn)電流互感器裝置之間實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，使自校準(zhǔn)線上化管理模式得到有效形成，有助于國網(wǎng)公司對自校準(zhǔn)全流程、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性遠距離技術(shù)監(jiān)督目標(biāo)的實現(xiàn)。

二、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器自校準(zhǔn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

（一）標(biāo)準(zhǔn)傳感頭設(shè)計技術(shù)

基于電流互感器自校準(zhǔn)系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)傳感頭為一大核心部件，其性能會對系統(tǒng)的測量精度、穩(wěn)定性產(chǎn)生直接性的影響。因此，為提高標(biāo)準(zhǔn)電流互感器自校準(zhǔn)系統(tǒng)的實用價值，需采取有效技術(shù)，優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)傳感頭設(shè)計。

在標(biāo)準(zhǔn)傳感頭設(shè)計技術(shù)應(yīng)用過程中，首先，需選用高性能傳感頭，確保選用的傳感頭準(zhǔn)確度高，且具有高穩(wěn)定性及低漂移性。比如選擇鉗形RogoWski線圈當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)傳感頭，發(fā)揮其抗干擾能力強、測量標(biāo)準(zhǔn)度高等特點優(yōu)勢[3]。其次，對傳感頭結(jié)構(gòu)加以優(yōu)化，對傳感頭結(jié)構(gòu)設(shè)計加以優(yōu)化，確保系統(tǒng)測量精度、穩(wěn)定性能夠得到有效提升。比如，對鉗形Rogowski線圈的測量準(zhǔn)確度和干擾因素之間的關(guān)系認(rèn)真分析研究，采取氣隙補償方案，使系統(tǒng)測量誤差減小。再者，需應(yīng)用先進的數(shù)據(jù)處理算法，使系統(tǒng)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，F(xiàn)FT）算法的深入研究，應(yīng)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(shè)計技術(shù)方法，對傳感頭和放大、運算、溫度補償?shù)拳h(huán)節(jié)進行一體化設(shè)計，組裝為一個器件，以此使系統(tǒng)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(dāng)然，還有必要設(shè)計多功能集成傳感頭，實現(xiàn)多參數(shù)同時測量。例如，設(shè)計硅壓阻式復(fù)合傳感器，實現(xiàn)對溫度、壓力的同時測量。

（二）數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)

為提升標(biāo)準(zhǔn)電流互感器自校準(zhǔn)系統(tǒng)性能及實用價值，需注重數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)在其中的應(yīng)用。

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

另一方面，合理利用現(xiàn)代化數(shù)據(jù)分析算法技術(shù)，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(shù)據(jù)進行誤差分析，識別、量化測量誤差。結(jié)合誤差分析結(jié)果，應(yīng)用軟件或硬件補償技術(shù)，修正測量結(jié)果，使測量精度提升。利用頻譜分析技術(shù)方法，對電流互感器輸出信號，在頻譜分析的基礎(chǔ)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(yīng)特性進行準(zhǔn)確評估，這使系統(tǒng)優(yōu)化能夠有據(jù)可依。合理利用趨勢分析及預(yù)測技術(shù)方法，通過時間序列分析、機器學(xué)習(xí)算法，對歷史數(shù)據(jù)進行趨勢分析，將電流互感器的性能變化趨勢準(zhǔn)確預(yù)測出來。在趨勢分析的基礎(chǔ)上，及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題，提前通過維護或者更換處理，使系統(tǒng)故障的發(fā)生得到有效避免，進而提升系統(tǒng)校準(zhǔn)的效率及準(zhǔn)確度。

（三）遠程自校準(zhǔn)技術(shù)

基于標(biāo)準(zhǔn)電流互感器自校準(zhǔn)系統(tǒng)建設(shè)期間，為提升系統(tǒng)校準(zhǔn)效率與準(zhǔn)確度，還需合理應(yīng)用遠程自校準(zhǔn)技術(shù)。在此目標(biāo)下，遠程自校準(zhǔn)實現(xiàn)的技術(shù)要點包括以下幾方面。

1.內(nèi)置傳感器和標(biāo)準(zhǔn)比對

通過先進科學(xué)的電磁式測量技術(shù)的應(yīng)用，內(nèi)置傳感器，對電流互感器實際輸出情況進行實時監(jiān)測，然后和預(yù)先設(shè)定好的標(biāo)準(zhǔn)值進行比對分析。比如，在系統(tǒng)內(nèi)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(tǒng)當(dāng)中的標(biāo)準(zhǔn)電流值進行比對分析，進一步將誤差值計算出來。

2.自動調(diào)整參數(shù)

結(jié)合比對結(jié)果，對電流互感器參數(shù)進行自動調(diào)整，進而使遠程自校準(zhǔn)目標(biāo)得到有效實現(xiàn)。若系統(tǒng)檢測顯示電流互感器輸出電流和標(biāo)準(zhǔn)值之間有偏差存在，則需對電流互感器的匝數(shù)比或者電容補償值進行自動調(diào)整，達到減小誤差的目標(biāo)。

3.遠程數(shù)據(jù)傳輸及監(jiān)控

通過應(yīng)用先進的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實現(xiàn)了電流互感器測量數(shù)據(jù)的遠程傳輸及監(jiān)控。例如，利用無線數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置，將電流互感器的實時數(shù)據(jù)傳輸至遠程數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)處理中心在分析處理接收的數(shù)據(jù)后，將結(jié)果及時反饋給現(xiàn)場設(shè)備，從而有效實現(xiàn)遠程監(jiān)控及校準(zhǔn)的目標(biāo)[7]。

4.自動校準(zhǔn)模塊應(yīng)用

在系統(tǒng)內(nèi)置自動校準(zhǔn)模塊，對校準(zhǔn)程序快速響應(yīng)及執(zhí)行。例如，當(dāng)系統(tǒng)檢測出電流互感器誤差超過預(yù)設(shè)閾值時，自動校準(zhǔn)模塊會立即啟動校準(zhǔn)程序，對相關(guān)參數(shù)進行調(diào)整，使電流互感器輸出恢復(fù)至標(biāo)準(zhǔn)范圍。

（四）系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性保障技術(shù)

在標(biāo)準(zhǔn)電流互感器自校準(zhǔn)系統(tǒng)建設(shè)期間，為確保系統(tǒng)安全性及穩(wěn)定性，需合理應(yīng)用系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性保障技術(shù)。

一方面，合理利用安全設(shè)計技術(shù)，通過電氣隔離技術(shù)的應(yīng)用，合理使用隔壁變壓器、光耦隔離器等，對系統(tǒng)高壓與低壓控制部分進行隔離處理，避免電氣擊穿及發(fā)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(shè)，保證操作人員能夠接觸的部分不帶電，以此提升系統(tǒng)的安全性。通過權(quán)限管理技術(shù)，對不同用戶對系統(tǒng)的訪問權(quán)限進行合理限制，并針對敏感數(shù)據(jù)進行加密處理，有效避免數(shù)據(jù)泄露。通過多級用戶權(quán)限的設(shè)置，在確保用戶具備授權(quán)的基礎(chǔ)上，才允許對系統(tǒng)參數(shù)進行訪問或修改。并針對校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、配置信息進行加密存儲和傳輸，使數(shù)據(jù)的安全性得到有效保證。

另一方面，合理利用冗余設(shè)計及備份恢復(fù)技術(shù)，采取冗余設(shè)計方法，比如雙電源供電、雙路信號傳輸?shù)龋瓜到y(tǒng)的可靠性提升。同時采取備份恢復(fù)機制，確保系統(tǒng)發(fā)生故障情況下可快速恢復(fù)[8]。此外，優(yōu)化設(shè)計故障自診斷與預(yù)警模塊，通過故障自診斷模塊對系統(tǒng)運行狀態(tài)實時監(jiān)測，在檢測到故障情況下自動觸發(fā)預(yù)警機制。例如，系統(tǒng)內(nèi)置故障自診斷程序，對關(guān)鍵元器件與電路工作狀態(tài)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(tǒng)運行的安全性及穩(wěn)定性。

三、案例分析

以國內(nèi)某國電科技通信有限公司自有資金研發(fā)項目為例，即“標(biāo)準(zhǔn)電流互感器自校準(zhǔn)產(chǎn)品研發(fā)與應(yīng)用”項目。該項目在研發(fā)過程中，為構(gòu)建完善的省級計量標(biāo)準(zhǔn)自校準(zhǔn)體系，提高自校準(zhǔn)試驗的數(shù)字化與智能化水平，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化互感器量值溯源和傳遞的簡易化、扁平化，采取了微服務(wù)架構(gòu)設(shè)計方案。同時，為豐富該項目標(biāo)準(zhǔn)電流互感器自校準(zhǔn)系統(tǒng)功能，在系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)方面，包括接入、服務(wù)監(jiān)控保護、服務(wù)治理配置、業(yè)務(wù)服務(wù)群、數(shù)據(jù)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(fù)載均衡策略為基礎(chǔ)，為用戶提供統(tǒng)一的業(yè)務(wù)應(yīng)用操作界面及信息展示窗口，屬于系統(tǒng)與操作用戶之間直接關(guān)系的模塊。按照系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性要求，需對用戶進行安全控制，包括安全認(rèn)證控制、訪問請求控制等，可采取白名單/黑名單認(rèn)證技術(shù)、授權(quán)認(rèn)證技術(shù)。

（二）服務(wù)監(jiān)控保護模塊

此模塊主要對集群進行監(jiān)控和容錯保護，其間需應(yīng)用Sleuth鏈路追蹤技術(shù)與Turbine集群監(jiān)控技術(shù)，還需合理應(yīng)用Hystrix容錯保護框架。

（三）服務(wù)治理配置模塊

為實現(xiàn)對系統(tǒng)服務(wù)的有效治理和配置管理，需采取consul服務(wù)治理技術(shù)、config服務(wù)配置管理技術(shù)等。

（四）業(yè)務(wù)服務(wù)群模塊

在集群部署方面，利用微服務(wù)架構(gòu)模式，平臺根據(jù)業(yè)務(wù)通過橫向劃分，區(qū)分出基礎(chǔ)通用服務(wù)、業(yè)務(wù)服務(wù)兩大模塊。其中，基礎(chǔ)通用服務(wù)模塊提供統(tǒng)一的基礎(chǔ)服務(wù)功能，在設(shè)計層面與業(yè)務(wù)系統(tǒng)形成解耦關(guān)系。

（五）數(shù)據(jù)存儲與操作模塊

該模塊主要實現(xiàn)信息存儲、訪問、管理等目標(biāo)，使系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理安全可靠。同時，為實現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用的容器化部署及容器編排管理，需合理利用虛擬化技術(shù)，使系統(tǒng)自動化部署、運維要求得到有效滿足。

此外，從標(biāo)準(zhǔn)電流互感器自校準(zhǔn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用層面分析，還需優(yōu)化系統(tǒng)安全架構(gòu)，確保網(wǎng)絡(luò)安全、應(yīng)用安全、數(shù)據(jù)安全、服務(wù)安全、物理安全以及管理安全。結(jié)合上述提到的系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性保障技術(shù)，以應(yīng)用安全為例，系統(tǒng)應(yīng)用安全防護過程中，可合理利用身份認(rèn)證技術(shù)、授權(quán)技術(shù)、加密技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲保密技術(shù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)技術(shù)等，以此確保系統(tǒng)應(yīng)用安全得到全面有效保障。

結(jié)語

標(biāo)準(zhǔn)電流互感器自校準(zhǔn)系統(tǒng)建設(shè)具備多方面的意義，如可以實現(xiàn)其溯源應(yīng)用技術(shù)的革新目標(biāo)，實現(xiàn)對自校準(zhǔn)全流程、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性遠距離技術(shù)監(jiān)督等。因此，在標(biāo)準(zhǔn)電流互感器自校準(zhǔn)系統(tǒng)建設(shè)期間，需合理利用標(biāo)準(zhǔn)傳感頭設(shè)計技術(shù)、數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)、遠程自校準(zhǔn)技術(shù)、系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性保障技術(shù)等。此外，具體情況具體分析，在標(biāo)準(zhǔn)電流互感器自校準(zhǔn)產(chǎn)品研發(fā)過程中，還需優(yōu)化系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)與安全架構(gòu)，通過數(shù)據(jù)存儲與操作模塊的優(yōu)化、系統(tǒng)安全技術(shù)的應(yīng)用，使標(biāo)準(zhǔn)電流互感器自校準(zhǔn)系統(tǒng)的應(yīng)用性能、質(zhì)量及安全性得到協(xié)同提升，并促進自校準(zhǔn)試驗數(shù)字化與智能化發(fā)展。

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