可用于CT二次回路狀態(tài)識別的方法和模塊研究

姜春陽+劉俊杰+周峰+殷小東+劉鹍+周一飛

摘 要： 為了實現(xiàn)對計量用電流互感器二次回路狀態(tài)的準確識別，理論分析了在不同狀態(tài)下的回路等效電路圖，提出基于阻抗特征的電流互感器回路狀態(tài)監(jiān)測方法，實現(xiàn)了對不同負荷電流下正常連接、開路和短路狀態(tài)的準確識別，基于此開發(fā)了CT二次回路監(jiān)測模塊，并將其成功擴展應用于專變采集終端中，擴展后的專變終端在現(xiàn)場進行了掛網(wǎng)試運行，結(jié)果表明，終端運行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)上傳及時、可靠，可為現(xiàn)場計量設備檢修、用電檢查提供有力的技術支撐。

關鍵詞： 二次回路； 狀態(tài)識別； 功能擴展； 專變采集終端

中圖分類號： TN911?34； TM41 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）04?0143?04

Research on recognition method and module for CT secondary circuit state

JIANG Chunyang1， LIU Junjie1， ZHOU Feng1， YIN Xiaodong1， LIU Kun2， ZHOU Yifei2

（1. China Electric Power Research Institute， Wuhan 430074， China； 2. Metrology Center， State Grid Sichuan Electric Power Company， Chengdu 610041， China）

Abstract：In order to identify the secondary circuit state of current transformer used for metrology accurately， the theoretical analysis of circuit equivalent circuit diagram under different conditions is carried out， and a new secondary circuit state monitoring method based on the impedance characteristics is proposed. With the method， the accurate identification of the normal connection， open circuit and short circuit states under different loads was realized， and a CT secondary circuit monitoring module was developed. It has been applied to specific change acquisition terminal， whose pilot run was performed on the spot. The results of pilot run indicates that the terminal operates reliably， the data upload is timely and reliable， and it can provide powerful technical support for equipment maintenance and electricity inspection.

Keywords： secondary circuit； state recognition； function extension； specific change acquisition terminal

0 引 言

電能計量由三個主要部分組成：互感器、二次回路和電能表，相對于互感器而言，二次回路和電能表是防護比較薄弱，容易被違規(guī)用電者改動的部分。隨著近些年智能電能表和采集系統(tǒng)的推廣，電能表已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對電能表開蓋、停電、強磁干擾、參數(shù)修改等諸多事件的記錄，同時ESAM加密芯片的使用，使通過軟件進行篡改參數(shù)的情況也被杜絕。而二次回路卻由于技術手段缺乏，一直處于無監(jiān)管的狀態(tài)。在針對二次回路中電流回路的欠流法竊電是最常用的手段，欠流法指竊電者采用各種方法故意改變計量電流回路的正常接線，或故意造成計量電流回路故障，使電能表的電流線圈無電流通過或只通過部分電流，從而導致電量少計。而針對電流回路的改動，僅從電流幅值的變化時無法反應二次回路的狀態(tài)[1?7]，如三相不平衡和失流事件，在一些波動較大和三相負荷使用不合理的計量場合，就會上報該類事件，而二次回路并無異常，而對于三相電流回路均出現(xiàn)短路的情況，又不會上報該類事件。因此亟需一種技術及裝置實現(xiàn)對電流二次回路狀態(tài)的實時監(jiān)測，并融合入目前的用電信息采集系統(tǒng)中，即時主動上報二次回路狀態(tài)信息，為計量裝置在線監(jiān)測、用電稽查和檢修提供數(shù)據(jù)支撐，提供工作效率，減小現(xiàn)場運維人員工作量，提高客戶服務質(zhì)量。

1 CT二次回路狀態(tài)檢測技術方案

只要對進入電能表電流回路的任何地方實施了短路或開路，都將造成流入電能表的電流減少，使得電能表計量的電量比實際電量減少。常見的竊電手段有：

（1） 對CT二次端子進行短路；

（2） 對電能表電流線圈接線端子進行短接；

（3） 開路CT二次側(cè)（高壓計量方式下，此種竊電方式很少）；

（4） 虛接或斷開電能表電流線圈接線。

圖1給出了電流互感器折算到二次等效回路。其中：CT二次阻抗監(jiān)測單元串聯(lián)接入CT二次回路；CT二次阻抗監(jiān)測單元檢測的阻抗主要包括CT二次阻抗、二次回路等效阻抗以及電能表輸入端等效阻抗。

圖1中：Z2為電流互感器二次內(nèi)阻抗；ZS為二次回路導線阻抗；ZL為電能表輸入阻抗；為一次繞組內(nèi)阻抗折算到二次側(cè)的值；Zm為勵磁阻抗。

正常工作條件下，1，2端口的等效阻抗為：

（1）

式中，Zm與電流互感器一次電流有關系，但由于較小，所以Zm隨一次電流的變化并不會給測量ZE帶來影響。

在電能表針對上述四種常見分流竊電情況下，其等效電路如圖2所示，其中Z0為短接線等效阻抗。

圖2 不同竊電狀態(tài)下的電流互感器及二次等效電路圖

當出現(xiàn)如圖2（a）所示的短接CT二次端子時，二次等效阻抗為：

（2）

如圖2（b）所示的電能表電流接線端子進行短接時，二次等效阻抗為：

（3）

如圖2（c）所示的斷開電能表電流端子接線?開路時，二次等效阻抗為：

（4）

如圖2（d）所示的開路CT二次側(cè)時，二次等效阻抗為：

（5）

從等效電路分析，在不同回路狀態(tài)下回路阻抗均有不同的變化趨勢，所以如果能夠在二次回路中設置某種電路，可以根據(jù)回路阻抗特征的變化，提取一定的特征量，在結(jié)合二次電流的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對回路狀態(tài)的判斷。

圖3給出了回路狀態(tài)檢測的方案，在進行回路狀態(tài)檢測時，檢測單元需要串接于電流互感器二次回路中，主傳感器部分由1個微型PT和1只電感構(gòu)成，輔助后端的電子電路部分，獲得在回路阻抗、二次電流變化時的特征量和回路正常連接、短路、開路的狀態(tài)信息。

具體工作原理是：

（1） 振蕩電路由電感L、兩只電容C和正反饋網(wǎng)絡電路構(gòu)成，電路的振蕩頻率與L和C值有關。其中電感L的電感量與工頻電流的幅值有關系，當工頻電流幅值升高時，由于鐵芯材料進入飽和狀態(tài)，電感量會降低，振蕩電路的振蕩頻率會隨著電流幅值的增加而增加；因此振蕩電路的振蕩頻率會隨著電流的變化呈現(xiàn)周期性的增加和減小，在電流過零點處，電感量最大，振蕩頻率最小。

（2） 中提到，振蕩電路的振蕩頻率與L值有關系，當圖3中的電流互感器二次端子被短接時，電感L就被1根導線短接了一匝，電感量會降低，因

此振蕩電路的振蕩頻率的最小值會升高，此時該振蕩頻率的最小值將作為回路端子短接的判據(jù)。

（3） 通過讀取回路中工頻電流幅值，判斷當二次回路電流接近0時，將通過微型PT向回路中注入高頻電壓信號，并在L兩端通過信號放大和A/D采樣電路采集，用于判斷電流互感器的二次回路是處于正常連接無電流狀態(tài)，還是開路狀態(tài)。

2 回路狀態(tài)識別模塊設計

對于工業(yè)大用戶，為了保證其用電容量和供電質(zhì)量，均采用專變供電；為了進行數(shù)據(jù)采集，現(xiàn)場均會配備安裝專變采集終端，終端中三相微型電流互感器的安裝位置相對較大，可用于回路狀態(tài)識別模塊的安裝。為此將上述方案中的兩個檢測鐵芯和采集終端用的微型電流互感器集成安裝于一個模塊中，作為一個電流回路狀態(tài)的檢測傳感器。圖4給出了傳感器布置的示意圖。CT1為檢測用電感，CT2為注入線圈，CT3為工頻電流檢測用的微型電流互感器。

將前文提到的檢測方案，進行抽象，梳理為測試程序，其檢測流程如圖5所示。

圖6 給出了模塊外觀圖，模塊需要現(xiàn)場終端設備提供±5 V通電電源，通過RS 485進行通信。

3 專變采集終端應用

回路狀態(tài)檢測模塊安裝于電力負荷管理終端內(nèi)部，取代原電源板上的CT，如圖7、圖8所示。模塊需要終端提供±5 V，約1 W直流電源，與終端間采用RS 485通信。

3.1 終端現(xiàn)場掛網(wǎng)試運行

在湖北某市對安裝了回路狀態(tài)檢測模塊的采集終端進行了現(xiàn)場掛網(wǎng)試運行，分別選取了機械廠、酒店和小區(qū)用戶進行了安裝。圖9為具有防竊電功能的負荷終端用于演示的界面。

現(xiàn)場試運行的設備，為了更加直觀地查看回路狀態(tài)監(jiān)測的結(jié)果，在專變的屏幕上設計了新的提示信息。對于原有的狀態(tài)指示燈進行了新的閃爍規(guī)則設計，并未提示異常狀態(tài)。

現(xiàn)場試運行表明，模塊在不同負荷下均具有較好的穩(wěn)定性，沒有出現(xiàn)誤報，同時在一個月后在現(xiàn)場進行了故障的模擬，對回路進行了短接模擬，終端可及時準確的將回路狀態(tài)數(shù)據(jù)上報。圖10為負控終端現(xiàn)場掛網(wǎng)照片。

4 結(jié) 語

結(jié)合現(xiàn)場需求，開發(fā)了可用于電流互感器二次回路狀態(tài)檢測的功能模塊，并將模塊應用于專變采集終端，總結(jié)如下：提出了基于阻抗特征的多重判據(jù)識別方法，實現(xiàn)對電流互感器二次回路狀態(tài)的準確識別；根據(jù)外部擴展設備的需求，開發(fā)了回路狀態(tài)監(jiān)測模塊，并將其集成于專變采集終端；掛網(wǎng)運行結(jié)果顯示，擴展后的專變終端現(xiàn)場運行可靠，無誤報。現(xiàn)場采集類設備數(shù)量大，擴展后的專變除了具備采集功能外，還可用于電能表所在二次回路狀態(tài)的監(jiān)測，同時利用采集終端的交采功能，可實現(xiàn)與電能表的電能比對，可廣泛用于對故障檢修、違規(guī)用電和竊電行為的在線監(jiān)測。

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