DQZHAN技術訊：CT分析儀如何保證對電流互感器狀態和準確度的校驗
摘要：CT分析儀是電流互感器準確度現場檢定的必備儀器。傳統電流互感器測試方法，主要為測差法，由于原理上的局限，使得電流互感器的現場檢定極為不便。本文設計研制的CT分析儀采用新的間接測試方法—低壓法，它是通過測量 CT 的內部參數來獲取電流互感器的比差和角差。儀器按照智能化的設計方法，結合數字采樣技術，以DSP微處理器為核心，采用先進的數字信號處理方法，僅用一臺儀器即可實現電流互感器的現場檢定，有效的解決了電流互感器現場測試的難題。
1 引言
電流互感器是電力系統中較重要的高壓設備之一，它被廣泛用于電力系統的電流測量和繼電保護中，在正常運行情況下，電流互感器能夠保證所在電氣回路電流量的準確傳變。但是，由于電流互感器主要由非線性的電磁元件組成，非線性元件會對互感器的暫態響應特性產生**影響，甚至出現飽和問題致使電流互感器的二次側無法如實反映一次側電流的變化情況。因此對電流互感器的暫態特性和剩磁進行分析確保其狀態和準確度是保證電力系統**，可靠，高效運行的重要環節。
CT分析儀是對電流互感器狀態和準確度進行校驗的必備儀器。早期的CT分析儀是比較式的，即將標準和被檢互感器的二次電流分別輸入儀器，通過儀器內部的電阻元件轉換為名義值相同的電壓，再減出二者電壓之相量差，折算為被檢互感器相對于標準互感器的比值差和相位差。這種直接比較式校驗儀，由于電阻元件參加轉換，其誤差就是校驗儀的測量誤差，因此這種校驗儀只能用來檢定比電阻元件準確度低一個數量級的0.1級以下的低精度互感器。后來CT分析儀發展為測差式，就是將標準和被校互感器的二次電流之差輸入分析儀內部進行測量，儀器內部元件的誤差，僅是儀器讀數的誤差，也就是互感器誤差的誤差。這樣的分析儀就能用來檢定高精度互感器【1】。
按照早期的測試方法檢定電流互感器需要比被檢互感器高兩個等級或以上的標準電流互感器、互感器分析儀、電流負載箱和相應的升流設備，由于現場使用的電流較大，通常一套標稱2000A以下設備的總重量不低于200kg，使用非常不方便;另外，現場檢測需要線路停電，由于設備龐大，接線時間很長，要求停電的時間長，對供電系統的影響比較大;還有些電流互感器電流太大，需要的大電流導線又粗又長，在現場需要吊車的配合才能接線，即使這樣，也不一定能升到額定電流。因此，目前電流互感器的現場檢測只是對部分電流互感器而言。在許多場合，應用傳統的電流互感器檢定方法困難重重【2】。
鑒于早期的電流互感器檢定方法已經不能適應電流互感器現場測試的需要，本文設計研制了一種基于低壓原理CT分析儀。主要應用于電流互感器的二次時間常數Ts、拐點、復合誤差、剩磁系數、暫態特性(TP級CT)等參數測試。
2 分析儀測試原理
2.1 直接法原理
早期的CT校驗采用直接比較法【3】，如圖1所示，校驗時要求將電流*大升到額定一次電流的120%，標準CT與被試互感器進行比較，通過互感器校驗儀測量誤差。該方法在校驗特大CT、GIS中的CT時存在的主要問題是：由于電流大或一次回路太長，校驗時升流設備很難滿足要求。
圖1 直接比較法校驗儀原理圖
2.2 測差法原理
CT校驗儀發展為測差式【4】，如圖2所示，就是將標準和被校CT的二次電流送入到CT校驗儀的差接電路(即取差電路)，然后將差接電路得到的差值輸入到測量環節進行測量，*后與標準互感器二次電流比較，得出被檢CT相對于標準CT的比差值與角差值。
2.3 直流低壓法原理
依據互感器的基本理論，電流互感器的等效電路如圖3所示，圖中Ip為CT二次理想電流、Ie為泄漏電流、Is為CT二次實際電流、G為導納實部、B為導納虛部、Rs為二次繞組直流電阻、Xs為漏抗、Zb為二次負載。
圖3 CT二次等效電路圖
依據等效電路圖和經典誤差理論，可知CT的部分誤差是由CT的導納等因素造成的泄漏電流Ie引起的，其誤差的表達式為：f=-Ie/Ip;由變比引起的CT誤差為： (SR-N)/N。因此CT綜合誤差的表達式如下：
F=[1+(-Ie/Ip)]?[1+(SR?N)/N]-1=(SR-N)/N?Ie/Ip?[(SR-N)/N](Ie/Ip) (1.1)
式(1.1)中：Ie=Is(Rs+jXs+Zb)(G?jB) (1.2)
因此(1.1)式可簡化為F=(SR-N)/N?(Rs+jXs+Zb)(G?jB)Is/Ip (1.3)
考慮對于2級以上的互感器有：Is≈Ip; 將式(1.3)中的實部和虛部分開，得:
比差公式 f=-{G(Rs+ZbcosΦ)+B(Xs+ZbsinΦ)}+(SR/N-1) (1.4)
角差公式 δ= {B(Rs+ZbcosΦ)-G(Xs+ZbsinΦ)} (1.5)
式中：Xs為漏抗,Zb為二次負載,SR為CT額定電流比,N為CT實際電流比,Φ為二次負荷的功率因數角。
其中漏抗Xs可以忽略即令Xs=0。則只要測出N(實際電流比)，Rs(二次繞組直流電阻)，Y=G-jB(繞組在Es激勵下50Hz的導納)和二次負載Zb，代入(1.4)、(1.5)式中則可以計算出CT的比差和角差。其中測量導納Y二次側所加的激勵Es 為實際工作狀態時二次繞組中的感應電勢，經過微機處理計算即可求得Y值。直流低壓測試原理的關鍵在于實際電流比N的測量。依據互易原理，在保持CT鐵心磁化狀態不變的情況下，其實際電流比N等于用互易原理所得的實際電壓比K,K的測試方法是在二次繞組加低壓，同時測得一次繞組的感應電壓，將這兩個信號送入DSP中進行處理計算而得，然后代入公式即可測得比差和角差。
3 CT分析儀設計
本CT分析儀正是基于上述低壓法，采用DSP處理器芯片，具備電流互感器現場校驗、飽和曲線測試、CT二次負荷測量等多種功能。其測量原理如圖4所示。
圖4 CT分析儀原理框圖
采用查詢方式完成A/D轉換器轉換結果的數據采集。當輸入電壓信號超過設定的參考電壓時，A/D轉換器輸出超量程信息，而當輸入電壓信號小于設定的參考電壓時，A/D轉換器輸出欠量程信息。程序根據A/D轉換輸出的超欠信息判別量程是否適當。在自動量程選擇期間，系統不響應鍵盤中斷。在自動量程的實現過程中，采用逐級比較的方法進行。為了保持A、B信號通道的增益比例不變，采取了同步措施，即兩個通道增益倍數一致變化，這樣 該電路**增益精度并不重要。測量二次繞組直流電阻需要用直流電源，測量導納和變比需要交流電源。因此儀器必須同時具備直流輸出和交流輸出的能力。為確保信號源要求精度采用模擬器件(Analal device)公司的AD7538芯片作為數字信號源【5】。為了提高輸出波形頻率的穩定性，振蕩器采用了晶體振蕩器，該振蕩器(或分頻后)可以和DSP的時鐘同用一個電路。由于晶體振蕩器的高穩定性和鎖相環的優良特性，波形發生器的輸出頻率能達到更高的精度【6】。
4分析儀特點及試驗
4.1主要特點
(1)功能**，滿足各類CT(如：保護類、計量類、TP 類)的伏安特性、變比、極性、二次繞組電阻、二次負荷、比差以及角差等測試要求。
(2) 現場檢定電流互感器無需標準電流互感器、升流器、負載箱、調壓控制箱以及大電流導線，使用極為簡單的測試接線和操作實現電流互感器的檢定，極大的降低了工作強度和提高了工作效率，方便現場開展互感器現場檢定工作。
(3)可**測量變比差與角差，比差*大允許誤差±0.05%，角差*大允許誤差±5min，能夠進行0.2S 級電流互感器的測量，變比測量范圍為1~40000。
(4) 自動給出拐點電壓/電流、誤差曲線、二次時間常數(Ts)、剩磁系數(Kr)、飽和及不飽和電感等CT參數。
(5)裝置可存儲1000 組測試數據，掉電不丟失。
(6)易于攜帶，重量<9Kg。
4.2 CT試驗結果
對電流互感器進行測試前，先對CT分析儀進行自檢，自檢界面如圖5所示，在萬用表的幫助下，檢查分析儀是否損壞，測量電路是否正常。自檢合格后，進行接線，對電流互感器進行試驗，試驗的比值差表將顯示不同額定電流百分比和不同負荷值情況下被測CT的比值差與相位差.
