产品︱一种新型电流互感器极性测试仪的研制
国网天津城南供电公司、武汉豪迈电力自动化技术有限责任公司的研究人员武琼、宁国丽、王志远等，在2015年第9期《电气技术》杂志上撰文指出，电流互感器（CT）是电力系统中实现电能变换的关键设备之一，其准确与否将直接影响保护装置动作准确性。传统电流互感器极性测试存在方法繁琐、时间长、效率低等问题。本文设计了一种新型极性测试仪，可通过无线通信实现开关的同步切换，经测试该装置准确度高、操作简单、应用广泛。
电流互感器是电力系统中实现电能变换的关键设备之一，其准确与否将直接影响保护装置动作准确性[1]。目前，二次保护人员在CT检修工作中，需要对互感器进行极性试验，以使互感器二次回路接线满足保护和测量的极性要求，传统的测试方法包括交流注流法、直流电源法、主变一次通流法等[2,3]，但常规校验方法需要两人配合且试验距离较远（5~100m），因此信息传递不顺畅、测试准确度低、频繁插拔试验接线容易造成二次回路虚接和端子排损坏。
文献[4~5]研制的数字极性测试仪虽然应用了单片机原理对传统试验方法进行了改进、可靠性和准确率有所提高但仍然不能避免频繁插拔试验接线。
1 传统极性测试原理
以现场应用最多的直流电源法为例来说明传统互感器极性测试原理。互感器极性有“加极性”和“减极性”两种，现场一般采用互感器“减极性”标注[6]，即互感器一次侧电流从电流互感器同名端流入，二次电流从电流互感器同名端流出。
直流电源法是将干电池的正负极分别接到电流互感器一次侧两端，做搭、抬试验，在互感器二次侧接电流表或万用表的mA档观察指针的偏转方向。若互感器标识为“减极性”，做搭、抬试验时，“搭”上电池瞬间，电流表正向偏转，“抬”起瞬间，电流表反向偏转，则证明极性标识正确。直流电源法的接线如图1所示。
图1 极性试验接线方式
上述方法在操作过程中需要三个人共同完成：其中一人在一次侧接线，一人在二次侧观察指针偏转情况，一人负责监护。一组CT线圈有ABC三相，每相需要做6次试验，共需做18次搭抬试验，更改18次接线，过程相当繁琐。
2 硬件设计
新型电流互感器极性测试仪由室外机与室内机两部分组成，室内机选择试验回路并向室外机发送实验开始同步选相命令，室外机自动甄别互感器相别，为互感器一次侧提供脉冲电流，由室内机监测二次侧感应电流极性是否正确。室外机和室内机通过无线信号进行联系，实现同步切换。
新型极性测试仪测试原理[7]如图2所示。
图2 新型极性测试仪接线原理图
室外机包含脉冲源、无线接收单元、选通相指示（4led）、无线通信正常（1led）等功能，原理框图如图3所示。微处理器接收无线单元提供的选相指令，控制选相继电器组切换到指定绕组，而后控制电容充放电，提供互感器一次侧线圈所需的脉冲电流，加入到选相继电器组指定绕组中。
图3 室外机原理框图
室内机包含试验相选择（主动同步室外机）、脉冲电流放大、检测与指示、报告打印与U盘存储等功能，室内机原理框图见图4，详情如下：
1）一套脉冲极性检出电路，电压信号钳位和比较器后驱动±100μA直流表头，通过LED指示极性（锁定）。CPU需保存回路编号与测试极性；
2）选相（选择试验回路）：室内机通过开关手动切换，可以选择AN、BN、CN、AB、BC、CA档这6种组合。CPU通过辅组触点检测到相应试验回路，并通过无线通信同步室外机，确保测试绕组与被测绕组为同一回路；
3）功能指示灯：包括“相别同步成功”、“极性指示（4led）”和“试验出错”指示灯；
4）功能按键：包括极性测试、保存、打印。
图4 室内机原理框图
室外机和室内机的主控芯片采用ST公司的STM32F103X芯片，STM32F103X是增强型系列使用高性能的ARMCortex-M3 32位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器(高达128K字节的闪存和20K字节的SRAM)，丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。
所有型号的器件都包含2个12位的ADC、3个通用16位定时器和1个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口：多达2个I2C接口和SPI接口、3个USART接口、一个USB接口和一个CAN接口。
无线同步模块采用APC230无线模块，该模块是高度集成半双工微功率无线数据传输模块，其嵌入高速单片机和高性能射频芯片。创新的采用高效的循环交织纠检错编码，抗干扰和灵敏度都大大提高，最大可以纠24bits连续突发错误，达到业内的领先水平。APC230模块提供了多个频道的选择，可在线修改串口速率，发射功率，射频速率等各种参数。能够应用在非常广泛的领域。
3 软件设计
软件部分采用模块化设计，由C语言编写，室内机主程序框图如图5所示，室内机和室外机上电初始化以后，室内机检测功能选择开关到极性测试，并按下开始按键后，极性测试试验开始。室内机向室外机发送实验开始同步选相命令，室外机同步切换继电器在CT的一次侧加脉冲信号，室内机检测CT二次侧的脉冲信号极性，并存储到存储器中。当实验结束，试验结构由打印机自动输出。
图5 室内机软件流程图
室外机的主要功能是实现同步切换，并在在CT的一次侧加脉冲信号，软件流程图如下图6所示：
图6 室外机软件流程图
4 现场应用
现场以某10kV线路电流互感器极性测试进行了验证，该CT仅有AC两相。将互感器一次侧接到室外机一次侧端子上、互感器二次侧接到室内机二次侧端子上，接线方式见图7。
打开装置电源，钮子开关指向极性测试，极性测试灯亮。按开始键，试验开始。如果测极性区域内上端标有“+”的红色发光二极管闪动，即为同极性；下端标有“-”的绿色发光二极管闪动，则为反极性。
实验结束后，打印机可打印当前的实验结果。打印与存储试验报告格式见表1：其中，“*”表示不存在,“0”表示不通,“-”表示反极性,“+”表示同极性。由于该10kV线路CT仅有AC两相，因此除B相不通外，其余相别测试结果与传统测试方法结果完全一致，测试结论正确。
图7 极性试验接线图
表1 极性测试试验报告
5 结论
应用该新型电流互感器极性测试仪一次接线可以完成全部18组极性测试试验，原有三名工作人员减少为两人，其中一人负责接线，一人监护，经测算单间隔回路试验时间减少约3/4的时间。
该测试仪通过无线通信可以实现开关的同步切换，避免了频繁插拔试验接线，减少了试验过程中可能出现的安全隐患；通过单片机应用大大提高了测试结果的准确性，显著提高了试验效率与检修质量，缩短了试验所需停电时间，提升了重要用户的供电可靠性，有利于电力系统安全稳定运行。
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