基于无线通信的电流互感器检测管控系统研究
国网安徽省电力有限公司淮北供电公司、国网安徽省电力有限公司电力科学研究院、国网安徽省电力有限公司的研究人员郝韩兵、朱胜龙等，在2019年第1期《电气技术》杂志上撰文，为加强对现场电流互感器的检测管控能力，本文提出基于无线通信的电流互感器检测管控系统。
该系统包括任务管理平台、手持智能终端和测试单元。利用GPRS和BlueTooth无线通信技术进行远距离任务的下发和数据上传等，提升对电流互感器的信息集中化管理和管控能力。测试时，采用异频小信号测试方法，以提高现场抗干扰能力。
电流互感器是电力系统中在各个电压等级应用十分广泛且非常重要的设备，也是在根据计量行业标准规定中属于强检的计量器具。随着我国电力改革的不断深入，电力计量器具的管控方式向集中化管理和实时传输方向发展。
目前，传统比较法设备和低压外推法是现场开展电流互感器检测的主要方法。
传统比较法设备采用的是升流测差原理，在检测电流互感器时，将被检电流互感器带上额定负荷，然后与同变比的标准电流互感器一次侧进行串联连接，控制升流调压器给二者施加大小相同的一次电流[1]，由校验仪采集二者的二次电流进行误差计算。
测试时需要调压器、升流装置、高精度标准电流互感器、电流负载箱、校验仪、大电流导线等设备。在对电流互感器进行现场检测时，存在检测效率低、设备多、接线复杂、运输安装困难、安全性差等弊端。
为提高现场检测效率，减小设备体积，许多科研单位及厂家开始研制基于低压外推法适用于现场的便携式校验仪。低压外推法是通过模拟电流互感器的运行状态，在其二次侧施加小电压信号，根据采集返回的一、二次信号，测量电流互感器的相关物理参数，运用公式计算实现对电流互感器的误差测试[1]。
该方法操作简便，安全性高等特点，直接规避了传统比较法测试时使用的设备多、重以及接线复杂等缺点。但现有设备存在以下问题：①测试信号频率单一，抗干扰能力差[2]；②传输控制方式对线缆依赖性强；③现场测试安全性不高，测试管控不及时。这对实现电力计量器具的管控方式向集中化管理和实时传输方向发展不利。
综上所述，本文提出研制基于无线通信的电流互感器检测管控系统：①实现加强对互感器信息集中化管理和管控能力；②解决现有便携式设备在运行变电站测试时抗干扰能力差问题；③隔离人员与被测高压设备，保证人身安全，提高测试安全性。
1 系统结构
1.1 系统总体结构
本文提出研制基于无线通信的电流互感器检测管控系统，包括任务管理平台、手持智能终端和测试单元。系统整体结构设计如图1所示。
图1 系统结构图
任务管理平台与手持智能终端利用GPRS进行通信；手持智能终端与测试单元利用BlueTooth进行通信。由任务管理平台下达测试任务给手持智能终端，在测试结束后，接收手持智能终端上传的测试数据，并按照相关格式要求进行分析、记录管理；手持智能终端现场接收任务管理平台下达的测试任务，获取被测互感器相关信息。
输入被测互感器参数并向下发送测试命令至测试单元，同时接收、显示来自测试单元返回的测试数据并向上发送至任务管理平台；测试单元执行来自手持智能终端的测试命令，施加异频信号在被测电流互感器，同时采集被测电流互感器的一、二次侧的电压、电流信号，自动对测试信号进行运算处理，并将测试结果上传至手持智能终端。
1.2 测试单元结构
测试单元结构设计如图2所示。测试单元包括信号处理模块、全波整流、选频滤波、变频功放、信号采集、电源等电路模块。测量时，测试单元执行来自手持智能终端的测试命令，控制测试信号输出和采集。信号处理模块控制预设信号输出，由全波整流模块进行整流并传输到变频功放模块进行放大，再由选频滤波模块逆变处理后，施加至被测互感器，从而达到使用异频小信号对被测互感器进行测试的目的，提高现场抗干扰能力。同时，信号采集模块采集被测互感器一、二次侧电压、电流测试信号，上传至信号处理模块DSP，进行数据处理运算。
图2 测试单元结构
2 系统技术
2.1 GPRS通信技术
GPRS通用无线业务是在GSM全球移动通信系统网络之上发展起来的、为用户提供高速的分组数据业务的一种新的网络[3]。按通信传输介质划分，现代通信技术大致可以分为有线通信方式（光纤、电缆等）和无线通信方式[4]。采用GPRS通信技术可直接利用覆盖全国的中国移动GPRS网络，可以极大节省投资，充分利用现有资源、接入快速、维护简单、环保节能[5]。
基于以上优势，本文拟构建基于GPRS网络的任务管理平台，解决数据远程传输问题，实现对互感器测试任务下发管理和测试数据集中化管理[6]。
2.2 BlueTooth通信技术
传统的工业数据传输系统通常以RS 485/RS 232等有线方式构建通信链路，这种传输方式需要铺设电缆，在使用和操作上灵活性差[7]。蓝牙技术是一种短距离无线电技术，具有低功耗、低成本、传输速率较快，抗干扰能力强和易与使用等特点。本文利用蓝牙技术，有效地简化手持智能终端与测试单元之间的通信，保证测试人员与被测互感器有足够的安全距离，提高了测试安全性。
2.3 异频小信号测试技术
使用传统比较法对电流互感器进行检定时需使用升流器将被测电流互感器一次侧升大电流（额定值或过载1.2倍）。而小信号测试法只需对被检电流互感器二次侧注入小电压和小电流（最大150V），一次侧采集。异频信号是指注入的电流频率不同于电网频率[8]。采用异频法，可保证在现场强电磁干扰、高频干扰情况下，测试工作正常进行。采用异频小信号测试方法，可将测试装置往小型化和便携式方面发展[9]，当采用比较法现场检测时，避免设备重量大、运输困难等弊端，以提高工作效率。
2.4 CT测试理论
测电流互感器基本原理：利用互易原理，把电流互感器等效成等变比的电压互感器，通过在二次侧施加异频电压信号[10-11]，测量出电流互感器的变比、二次阻抗、励磁导纳等参数，再通过误差公式计算出CT的比差和角差[12]。
图3 电流互感器等效电路图
3 主要硬件模块设计
1）任务管理平台
采用Windows系统的任务管理平台，可与国家电网SG186或MIS营销系统进行对接，用于远程下发电流互感器测试任务、接收被测互感器测试数据，并进行分析、管理。
2）GPRS模块设计
GPRS模块采用以SIM800为核心研制而成。SIM800是一款四频GSM/GPRS模块，SMT封装。SIM800是一款四频GSM/GPRS模块，具有通信质量高、高效传输、覆盖广等特点。支持蓝牙和Embedded AT等高级特性。
在硬件构成上，任务管理平台采用PC+GPRS模块的架构。GPRS模块提供标准的RS 232通信接口，与PC连接十分方便。
3）信号处理模块
信号处理模块用于接收并执行来自手持智能终端的测试命令，控制输出测试信号，接收来自信号采集模块返回来的一、二次电压电流信号进行运算处理。采用的是TI公司生产的信号TMS320F2811 DSP芯片。该芯片是32位数字信号处理器，处理性能可达150MIPS，每条指令周期为6.67ns，信号处理运算效率高。
4）信号采集模块
信号采集模块采用AD公司的AD7705芯片进行采样。该芯片是AD公司出品的带信号调理器、双通道16位AD转换器。因为AD7705设计有相应的零偏和输入增益端子，所以可以对相应的电路进行调整，将精度调整得很高。
对信号的采集和处理采用AD+DSP方案。可提高系统测试最小分辨率，在实际应用中将提高误差测试精度。
5）电源模块
为方便实验室及现场使用，本系统电源模块可采用市电进行供电，可输入范围宽。
电源输入设计有滤波处理效果，且考虑现场电源不稳定等因素，设计了过压/过流保护。经滤波处理后的电源信号输入到UCOSEL的SMPS开关电源电路，最终转换输出DC 12V供给其他模块[10]，以提高现场工作人员及设备的安全。
4 实测应用
为验证本研究系统在现场测试的实际应用效果，将任务管理平台与国网福建省电力有限公司厦门供电公司营销系统进行联网，手持智能终端接收到了对厦门市杏林110kV变电站内编号为22160287的电流互感器的测试任务。在市供电公司的工作人员陪同下，前往测试。具体测试步骤如下：
运行测试单元，并与手持智能终端进行蓝牙连接。
测试单元：将VB端子连接到被测电流互感器的一次侧；将VA端子连接到被测电流互感器的二次侧。
确认已正确接线，测试人员退离至安全区域。
利用手持智能终端输入被测电流互感器信息。
再次确认测试信息和接线，准确无误后，手持智能终端面板点击开始测试。
约2min后，手持智能终端接收到误差测试数据，进行查看，并根据JJG 313误差精度要求自动判断测试结果合格。测试数据见表1。
将误差测试数据上传至任务管理平台进行保存，完成测试任务。
表1 现场测试数据
根据本研究设计的基于无线通信的电流互感器检测管控系统，利用先进的电力电子技术和无线通信技术，改善了现有测量手段存在的问题和不足，在测试过程中实现网络控制化，功能一体化和信息集中化，具体有以下优点和积极效果：
1）基于GPRS通信技术对测量数据实现远距离自动传输、分析和保存，解决了对线缆的依赖性，实现对被测互感器信息集中化管理。
2）将计算机代替人工控制，实现现场电流互感器误差测量过程的自动化，解决人工测试时人为因素带来的不确定性，提高测试准确性。
3）基于Bluetooth的网络技术控制方式，可使测试人员与被测电流互感器保持距离，提高现场测试安全性。
4）采用异频小信号测试方法，提高现场抗干扰能力。小信号测试方法使设备小型化，便于现场测试携带。