多种互感器计量准确性测试方法研究
时间：2023-02-26 10:10:06 来源：千叶帆 本文已影响人
吴安
（江西省检验检测认证总院计量科学研究院，江西 南昌 330002）
一般来说，在电力系统当中，互感器又可称之为仪用变压器，能够按照系统运行要求针对电压与电流进行调节，进而实现数据量测与系统保护目标，是电能计量的基础。电力技术人员应针对互感器运行过程当中的计量准确性进行测试，确保其计量性能能够符合电力系统运行要求，实现电力系统的可持续发展。
1.1 电磁式互感器
在传统的电能计量工作开展过程当中，多采用电磁式互感器作为基础设备。其主要由铁芯、一次绕组、二次绕组以及其他元器件共同构成，将一次绕组与计量目标系统进行串联，基于二次绕组当中测定的电流电压读数能够推导出目标回路的电能数值情况。其主要特征包括元件生产成本较高、容易出现铁磁谐振、热量散发难度较大、计量过程存在一定误差等。
1.2 电子式互感器
随着时代的不断发展以及计量技术的不断进步，采用光电子元件作为主要计量设备的电子式互感器开始得以运用。所谓电子式互感器主要由信号传感模块与输送处理模块两部分组成，由信号传感模块实现对目标计量回路相关电流电压数据的有效汇集，并由输送处理模块针对计量信息进行相应地传输和处理，进而满足回路计量要求[1]。相较于传统的电磁式互感器而言，电子式互感器具有故障判定效率高、抗干扰能力较好、生产成本较低、信号分析更加便捷等优势，是未来电力互感器的关键发展方向（图1）。
图1 电子式互感器基本结构
为针对不同类型互感器计量准确性做出判定，相关技术人员需要基于测试需求针对互感器计量测试系统进行构建。为实现测试功能，系统主要涵盖以下功能模块。
2.1 信号采集与转换模块
首先需要针对电力互感器实时运行信号进行采集。在多种互感器接入计量测试系统后，由系统针对互感器进行代号与存储空间的分配，其采集的主要运行信号包括互感器的二次侧幅值、比值差、相位差以及互感器的运行状态等。其次，采集完毕后由系统将信号进行转换与对比。由于测试当中的互感器类型包括电磁式互感器以及电子式互感器等，其运行状态当中所输出的信号状态可能会存在一定的差异，因此，在基于测试系统进行互感器计量准确性比对和分析的过程当中，需要基于PC 机针对其输出信号进行有效转换，一方面便于测试准确性的比对和识别，另一方面还能针对互感器相关输出数值进行更加准确便捷地比对，从而为计量准确度的校验提供相应的数据支持。
在针对互感器运行数据进行采集和传输的过程当中，可基于485 端口进行数据读取，为确保数据信号采集精度与采集质量达到校验需要，技术人员可将互感器计量准确性校验系统的信号采集频次固定为15min，由系统终端对每15min 报告的数据进行抄读并形成电能数值计量曲线，使互感器计量准确性测试得以顺利开展，同时还能为电力系统运行决策提供参考。
2.2 互感器计量校验模块
受到互感器内部元件设计、测定目标回路电压电流相关参数变动以及回路功率负载等因素影响，可能会导致互感器的计量出现一定的误差，影响回路电能计量效果。因此在针对互感器计量准确性进行测试的过程当中还需要构建相关信号数值校验模块，尽可能减少误差对最终计量状况产生的影响，同时还能使计量误差得到有效定位，为提升互感器在电力回路当中的应用价值提供支持。在针对互感器计量校验模块进行构建的过程当中，需针对互感器运行过程当中出现的饱和倍数误差进行校验。随着电力系统的进一步发展及其回路负载的不断扩大，给互感器的运行也带来了愈发严峻的挑战和压力[2]。一般来说，当一次侧电流大于等于互感器额定电流的10 倍时，可认为互感器达到饱和状态。
在针对互感器计量运行准确度进行测试的过程当中，技术人员需要明确互感器饱和倍数的曲线发展情况，从而确保互感器计量误差达到预期目标。在针对互感器饱和倍数曲线进行绘制的过程当中，系统需要综合考量互感器额定电流限值、激磁安匝数值、互感器最大磁密、二次绕组负载阻抗以及负载阻抗限值，最终求得不同电流运行状态下的误差情况，实现对饱和倍数误差曲线的绘制。
除此之外，技术人员还可以基于电力回路运行实际状态以及互感器计量实际需求采用伏安特性法实现对电量计量误差的有效校验。首先将互感器接入目标计量回路当中，并在互感器的二次绕组两端加大电压，进而针对互感器数值进行分析，最终得到互感器运行过程当中一次绕组与二次绕组中电流与电压之间的关系，并将目标计量回路运行数值带入关联函数当中，形成互感器伏安特性曲线（图2），基于曲线函数与实际计量数值进行比对，从而使互感器计量误差能够得到相应体现，实现对电能计量误差的有效校验。
图2 某型电流互感器伏安特性曲线
2.3 数字分析与计算模块
最后，在信号采集与误差校验过程完成后，技术人员需要基于互感器计量准确性测试系统针对计量测定数值与信号进行分析与计算，从而得出最终实验结论。具体分析计算工作主要涵盖以下两个方面的内容。
（1）应针对电能互感器计量设备的计量精度进行计算。在电能互感器的运行过程当中，影响其计量精度的主要参数包括比值与角差两个主要部分，在针对比值进行计算的过程当中，系统需要关注到电能互感器不同绕组之间输出比值、测定目标回路二次输出值等参数，而在针对角差进行计算的过程当中，计量准确度核验测试系统还需要关注到互感器运行频率、运行延时以及不同绕组二次输出过程当中所产生的相位移，进而使计量设备的计量精度得到更加显著的展现。
（2）应针对电能互感器计量过程当中产生的不确定度进行计算。受到环境因素、设计因素等影响和限制，导致电能互感器运行过程当中可能会产生各种不确定性现象，从而对于计量结果的准确性产生不良影响，因此在针对计量设备计量准确性能进行测试的过程当中，系统分析与计算模块还应当针对不确定度进行合理计算与评估[3]。在正式开始计算之前，技术人员需要基于计量准确度测试系统将影响目标回路电能计量工作的不确定因素进行列举，并构建相关评测模型，为后续计算工作提供相应的技术支持。技术人员可针对不同类型不确定因素对于计量精度的影响进行加权，并将最终得到的结果列出，利用分布预测的方式对电力回路电能计量分布进行分析，得出电力回路不确定度计算修正额度，使计量结果更加准确可靠，从而为电力回路的相关运行决策提供更加清晰的引领和指导。
由上文可以得知，在针对多种互感器进行计量准确性测试的过程当中，其测试系统所涉及的技术内容与技术路径较为复杂，具体来说包括以下4 个方面内容。
3.1 信号采集技术
首先是针对不同类型信号的高清晰度采集技术。在针对电力回路互感器计量准确度进行测试之前，信号数据的采集工作是保障后续计量准确性与可靠性的前提，同时也是比对不同类型互感器计量准确性的关键所在。现阶段常用的电能互感器类型主要包括电磁式互感器以及电子式互感器两种，而在实际应用过程当中，这两种互感器由于其技术原理以及应用特征各不相同，因此在信号输出方面同样也会存在一定的差异，一般来说，传统的电磁式互感器主要输出模拟电信号，而电子式互感器主要输出的则是数字信号，在针对这两种互感器的计量性能与计量精度进行比较和测试的过程当中，同样需要将这两种信号进行统一，基于A/D 转换采集器实现对信号的实时转换，有效减少了信号采集与输送过程当中因环境因素以及人为操作因素导致的信号丢失现象，同时还能进一步强化信号采集精度与清晰度，有效满足计量测试对于信号采集工作的相关需要。
3.2 数据同步技术
其次，还需要利用好数据同步技术进行信号采集与分析。由于电力回路往往会发生瞬时变化，因此一旦计量测试出现时间误差，即可能会对最终的测定结果造成严重的影响。测试系统需要尽可能确保多种类型互感器运行状态以及运行参数的同步监测与数据采集，确保最终结果的可比性。技术人员可将GPS 时钟同步技术引进到互感器计量准确性测试系统当中，由时钟同步装置向不同类型互感器以及A/D 采集器发出相应信号，并针对回馈信号同样也进行同步采集，使PC机能够获取到更加精准的数据来源，为后续计算与比较工作提供相应的数据支持。
3.3 数据处理技术
影响电能互感器运行性能与运行成效的原因较为多样，导致其数值误差的因素同样也较为复杂，因此需要高效的数据处理技术予以相应地推动和保障。其数据处理流程为：首先由GPS 时钟同步装置向信号源发出相关信号，并针对标准信号源反馈的相关信息进行采集，将数据信息输入处理技术模块当中，针对不同类型电能互感器运行过程当中出现的比差与角差予以验证，并在交互界面显示相关比较结果，由技术人员对结果进行读取和存储，实现对不同类型电能互感器性能以及检定准确度的测试。在数据处理过程当中，系统需要针对信号源当中的数据类型、特定节点采样值、采样率、数值状态等内容进行全面分析，并对数值分量进行计算，从而得出最终的比对结论[4]。
3.4 误差定位技术
受到互感器类型、互感器设计、电力回路运行状态、信号转换失真以及软件计算性能等客观因素的影响，均可能会对不同类型互感器对于回路当中相关参数的计量准确性产生差异化的影响，这些影响同时也会使计量结果与实际结果之间出现误差。因此为了尽可能减少误差对于计量准确性测试产生的影响，使互感器性能测试的开展更加科学合理，需要在测试过程当中针对误差进行定位并采取针对性手段对其进行处置，使误差对计量准确性测试的影响得以有效减少，使测试平台的应用可行性得到全面提升。
在针对互感器计量测试误差进行定位的过程当中，需要关注不同互感器二次绕组输出与一次绕组实际参数之间的比值，同时还需要针对被测互感器以及目标测试回路二次输出幅值进行明确，从而使电流变化对于互感器计量准确性的影响被降至最低[5]。
为了确保互感器计量准确度测试系统运行有效性，可针对其进行实际验证和测试。在传统的电力系统计量测试领域当中，常用的测试技术主要包括图像处理技术以及模板匹配技术等两种主要类别，与本文所述准确度测试技术相比而言，其精度误差与不确定性误差均具有一定的劣势，可以说明采用本文所述电力互感器计量准确度测试技术方法的可行性与科学性较强，值得推广应用。
总而言之，随着时代的不断发展以及电力系统技术水平的不断进步，提升电力系统运行计量精度已成为保障供电单位效益，减少供电损失的关键所在。本文针对多种类型电力互感器的运行要求以及运行特征进行了分析，介绍了互感器计量准确度测试系统的主要功能模块，并对于测试系统运行过程当中的技术依据进行了阐述，力求拓展电能计量领域的发展空间，促进电力系统效益的不断进步。
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