一種互感器極性試驗儀的研制

徐勤超，李鐵夫，李業(yè)鋒，王 任，方保壘

(國網山東省電力公司棗莊供電公司，山東 棗莊 277100)

0 引言

極性試驗是電力系統(tǒng)繼電保護及電氣試驗專業(yè)在互感器等設備新安裝、改造或更改接線完畢后必須進行的試驗，是電氣專業(yè)的一項重要工作。極性試驗可提前發(fā)現(xiàn)互感器本身及一、二次側繞組接線和回路中可能存在的問題。電流互感器和電壓互感器一、二次引出端子都標出極性，工程上采用減極性標注法，即電流從一次側極性端子流入時，二次側電流從極性端子流出?；ジ行詷O性試驗通常采用直流法，試驗如圖1所示，當開關K接通瞬間，直流儀表指針向正方向偏轉，則L1，S1(或標注*號)兩端子為同極性端子；否則為異極性端子(極性標注錯誤)。

對于傳統(tǒng)的極性試驗工作，由于試驗操作設備與被采集試驗點有時距離較遠，需要多人或2組以上人員，一組在室外互感器(一次側)加試驗電源；另一組在保護室內保護、測控、計量等裝置處(互感器二次側)觀察直流指針式儀表指針偏轉方向，判斷極性是否正確，2組人員采用手機或對講機通話的方式配合試驗?；ジ衅饕淮蝹仍囼炿娫醇恿坎捎萌斯た刂?，經常出現(xiàn)接觸、斷開時間無規(guī)律，室外試驗操作與室內試驗觀察不同步等現(xiàn)象，導致試驗結果不清晰而需重復。極性試驗通常逐相進行，互感器有三相，每一相又有多個二次繞組，室外人員需要多次換相，室內人員也需頻繁轉移試驗位置，造成重復性的工作，甚至出現(xiàn)試驗結論錯誤的情況，給設備的安全運行埋下隱患。本研究提出一種可遙控的互感器極性試驗儀，只需1組人員即可完成互感器一次側加量和二次側觀察表針偏轉的工作，大幅度提高了現(xiàn)場極性試驗的工作效率。

1 互感器極性試驗儀工作原理

該互感器極性試驗儀應用無線遙控控制晶體管開關元件輸出，由開關元件控制繼電器線圈，再由繼電器開出硬接點完成極性試驗自動加量、撤量及換相等工作，實現(xiàn)通過遠方遙控的方式控制互感器(一次側)三相分別自動加壓試驗。

圖1 極性試驗直流法基本原理

極性試驗儀由操作監(jiān)視模塊和信號發(fā)生模塊組成，其中操作監(jiān)視模塊用于在互感器二次側操作并發(fā)出遙控命令，信號發(fā)生模塊用于接收遙控命令并在互感器一次側施加試驗量。其工作原理圖如圖2所示。

通過繼電器動作及返回觸點控制，可固定試驗操作接觸時間，讓試驗時間有一個統(tǒng)一標準，即通過無線遙控啟動繼電器接點瞬間閉合、延時斷開的方式，嚴格控制加壓時間，模擬電磁感應突變量，減少人工操作的不確定性。試驗前，在互感器一次側一次性完成三相試驗線的接線，然后在保護室內二次繞組接線終端便可依次遠方遙控控制A，B，C三相(一次側)自動進行極性試驗工作。更換試驗相別時，只需要在二次側更改試驗線，不需要在一次側頻繁更換試驗接線，減少了高處作業(yè)，降低了試驗風險。

圖2 可遙控極性試驗試驗儀工作原理

2 操作監(jiān)視模塊工作原理

操作監(jiān)視模塊用于遙控控制信號發(fā)生模塊的接點閉合，同時具備指針表，用于指示互感器二次極性，即包括遙控命令模塊和極性監(jiān)視模塊。

2.1 遙控命令模塊

遙控命令模塊由電源、編碼開關、發(fā)射信號處理器、操作按鈕、信號發(fā)射器及發(fā)射天線組成，遙控命令模塊電路原理如圖3所示。發(fā)射信號處理器核心元件為編碼芯片(PT2262)，用于采集操作按鈕SA，SB和SC的操作信息，并轉換為電信號，發(fā)送給信號發(fā)射器轉換為高頻電磁波信號發(fā)射出去，由信號接收器接收命令并完成一系列的試驗操作；編碼開關用于給編碼芯片設定地址。信號發(fā)射器調制的無線傳輸頻率選擇為433 MHz，傳輸距離300 m(滿足變電站使用距離要求)。

2.2 監(jiān)視模塊

監(jiān)視模塊由電磁式指針毫伏表、量程調檔電路及保護元件組成，其電路原理如圖4所示。試驗人員通過觀察動態(tài)指針偏轉方向來確定極性。量程調檔電路由多個并接電阻Rn和切換開關組成，通過切換開關QK，接通不同量程的回路，可選擇性地觀察指針偏轉的靈敏度。在監(jiān)視模塊的輸入試驗端設置有過壓保護BJ，防止毫伏表接受過電壓或人員觸電。

3 信號發(fā)生模塊工作原理

信號發(fā)生模塊的作用是接收操作監(jiān)視模塊發(fā)送出的遙控命令，通過控制繼電器接點的動作與返回，在互感器一次側施加穩(wěn)定可靠的短時(瞬間)通斷突變量電壓。其由信號接收及處理模塊、操作繼電器模塊和信號輸出模塊3部分組成。

3.1 信號接收及處理模塊

信號接收及處理模塊用于采集操作監(jiān)視模塊發(fā)出的遙控信號，其輸出作用于操作繼電器模塊用于控制繼電器的吸合和返回，由接收天線、信號接收器、編碼開關和接收信號處理器組成，其電路原理如圖5所示。信號接收器由電感、電容及運算放大器等元件組成，并調制接收頻率為433 MHz，對遙控信號進行接收并放大處理。接收信號處理器的核心元件為解碼芯片(PT2272)，作用為將編碼芯片的遙控命令解碼，并輸出控制電平信號，編碼開關用于給接收信號處理器設定地址，其地址設定需與遙控命令處理器(PT2262)設定的地址相同。

圖3 遙控命令模塊電路原理

圖4 監(jiān)視模塊電路原理

3.2 操作繼電器模塊

操作繼電器模塊通過繼電器來控制信號輸出模塊內的接點閉合與返回，實現(xiàn)互感器一次側的加試驗電壓和撤試驗電壓。控制模塊包括接收裝置、控制裝置和操作繼電器3個部分，其原理如圖6所示。接收信號處理器將輸出的電平信號分別啟動KA，KB和KC 3個晶體管，通過晶體管的導通來啟動ZJA，ZJB和ZJC 3個操作繼電器，并設置繼電器自保持回路保證繼電器線圈可靠吸合。通過時間繼電器ZT來控制繼電器的吸合時間，設置每次極性試驗時間為0.5 s，以消除人工拉合開關接觸點的通、斷(速度、時間等)不同步因素。

3.3 信號輸出模塊

信號輸出模塊采用操作繼電器模塊的繼電器接點控制輸出，其具體實現(xiàn)方式如圖7所示?？赏ㄟ^K3開關來選擇試驗電源為內置電池還是外接電池。在試驗回路中串接檔位控制開關BP，與不同的限流電阻配合。根據被試設備的容量和類型，選擇適當?shù)南蘖鳈n位(BP1—BP4)，防止電池消耗過大，提高電池使用壽命；檔位開關BP可選用插入式壓板實現(xiàn)。試驗信號輸出接點ZJA，ZJB和ZJC由控制模塊中3個操作繼電器ZJA，ZJB和ZJC控制，分別用于A相、B相和C相互感器的極性試驗。

4 樣機和實施效果

4.1 樣機制作

根據操作監(jiān)視模塊和信號發(fā)生模塊的各部分電路設計，分別制作單相試驗和三相試驗的樣機，樣機的遙控芯片選用PT2262和PT2272，遙控命令模塊、操作繼電器模塊、信號輸出模塊采用分立電源，電源電壓均為12 V。單相試驗樣機如圖8所示，三相試驗樣機如圖9所示。

4.2 實施效果

將樣機在電流互感器極性試驗中實際應用，實施效果說明，使用本互感器極性試驗儀相對傳統(tǒng)試驗方式有如下幾個優(yōu)點：

圖5 信號接收及處理模塊電路原理

圖6 操作繼電器模塊電路原理

圖7 信號輸出模塊原理

(1) 通過增加遙控功能，將2組試驗人員減少為1組試驗人員，減少了試驗人員投入；

圖8 單相試驗樣機(簡易外殼)

(2) 用繼電器接點進行試驗輸出，并利用時間繼電器將試驗時間固定為0.5 s，避免人工試驗模式容易因指針抖動導致的試驗誤判，以及試驗結果不清晰導致需要重復試驗等問題，提高了試驗結果可靠性；

(3) 使用本極性試驗儀時一次側采用三相同時接線，明顯減少試驗過程中一次側換相及二次側的試驗地點變換，簡化試驗流程，縮短試驗時間，提高了試驗效率。

圖9 三相試驗樣機

4.3 安全性分析

戶外安裝的電流互感器在進行極性試驗時，一次側接線時經常需要登高作業(yè)，傳統(tǒng)試驗采用單相依次試驗，試驗時換相次數(shù)多，導致頻繁登高作業(yè)。應用互感器極性試驗儀試驗時采用三相同時接線，不需換相而依次進行試驗，可減少登高作業(yè)次數(shù)，降低危險系數(shù)，提高工作安全性。

在運行變電站內進行互感器極性試驗，互感器一次側會因相鄰高壓設備運行而產生感應電，本互感器試驗儀一次側加試驗量時使用繼電器接點自動閉合代替人工直接操作，從而大大減少試驗人員觸碰互感器一次側的次數(shù)，減少試驗人員感應電觸電的可能性，保障試驗人員人身安全。

5 結束語

針對傳統(tǒng)極性試驗方法的弊端，創(chuàng)新提出一種可遙控的互感器極性試驗儀，并對其進行了具體的電路設計，制作了樣機。通過試驗驗證，可遙控極性試驗儀在工作效率、試驗結果可靠性、保障人身安全等方面都具備優(yōu)勢，實用性強，可推廣應用。