基于载波通讯的新型电压互感器二次压降测试仪的研究

/南方电网超高压输电公司检修试验中心 罗磊 谭炳源 吴瀛 陈崇明/

基于载波通讯的新型电压互感器二次压降测试仪的研究

/南方电网超高压输电公司检修试验中心 罗磊 谭炳源 吴瀛 陈崇明/

电压互感器二次压降在电能计量中越来越引起关注，二次压降误差已作为电网重要考核的一项内容。该项工作测试繁琐，现场环境复杂，存在较多的安全隐患，操作不慎则可能造成安全事故。本文通过目前市场上现有的电压互感器二次回路压降测试方法和设备进行了客观的优劣性能分析比对，重点体现了一种基于载波通讯的新型电压互感器二次压降测试仪，其实验室校准数据和现场比对实验均很好地反映了该仪器的优越性能。

载波应用；通讯技术；手持压降仪；安全隐患

0　引言

随着电网计量管理方式的转变和科学技术的进步，电力公司对电能计量管理提出了更高的要求。一方面现场计量工作人员的不足制约了现场测试工作无法顺利进行，另一方面对于高危作业下的人身安全问题，急需现场测量技术的大力改进与发展，有利于电能计量现场测试技术的全面提升。如何安全精确高效地测量二次回路电压降是关系电网安全生产和减少计量损失的重要环节。PT二次压降问题的及时发现，既保障了电厂的经济利益，也保证电厂和电网之间的公平交易。

参照DL/T448—2000《电能计量装置技术管理规程》规定，对于运行中的35kV及以上变电站，其电压互感器二次回路压降检测应定期两年一次。鉴于此，电压互感器二次压降测试仪的性能指标、测量精度、安全系数和易用性至关重要。

1　目前常用的测试仪器和方法

目前市场上常用的电压互感器二次压降测量方法有：传统的有线测量模式、基于GPS的无线测量模式以及微波无线电台模式。

1.1 传统的有线测量模式

传统的有线测量模式压降测试仪是市场上最早出现的一种应用广泛的测试仪，需由控制室电能表屏引出测试电缆导线至电压互感器二次端子箱，其测量准确度比较可靠，其不足之处是这种作法费时费力，在拉线过程中容易造成电压短路，安全系数较低，目前在实际工作中使用率逐渐减少。

1.2 基于GPS的无线测量模式

基于GPS的无线测量模式无线压降测试仪采用了GPS卫星同步对时，通过无线数传模块进行数据传输。此模式在工作中解决了拉线所造成的安全问题，省时省力。其不足是GPS卫星在使用中有很大的局限性，变化的天气状况、密闭的地理测试环境、卫星失锁等因素条件下，GPS卫星系统均不能够有效地工作，时常造成现场进行大量准备工作后无法完成检测工作，造成人力与物力的浪费。市场推广极少。

1.3 微波无线电台模式

微波无线电台模式无线压降测试仪在测量过程中无需GPS卫星对时，现场测量的方便性上有了很大提高，但在电厂以及变电站内变压器等强磁场环境下局限性很大，设备极易受到干扰，影响通讯和测试数据的准确性，测试采样缓慢，稳定性差。

2　基于载波通讯的新型电压互感器二次压降测试仪

2.1 新型电压互感器二次压降测试仪应用及优势

目前国内外相关电力检测部门和厂家均在投入大量人力、物力积极研究解决二次压降测试仪普遍存在的测量准确度与方便易用难以兼得的现状。其中，某公司生产的基于载波通讯的手持二次压降无线测试仪已经投入市场，并取得了很好的应用效果，既满足了二次压降测量的准确性，也解决了无线产品的抗干扰问题，提高了产品的实用性。仪器采用强光下可视彩屏，主、分机双侧测量数据显示，均可锁定或存储测量结果，互不影响；现场测量时，主、分机之间通过被测二次回路宽带载波通讯，传输比差、角差同步信号，不需敷设电缆，采用专有测量算法，测量精度优于2级。该仪器具有体积小、重量轻，通讯距离大于2km，测试速度响应快等特点，在大型发电厂及各等级变电站中均能很好地完成测量工作。

2.2 系统组成及原理框图

系统由模拟信号输入电路、模拟信号采集电路、信号控制电路、数据处理电路、主控电路、载波传输电路、显示电路、电源电路组成，原理图见下图。各部分作用如下：

1）模拟信号输入电路、模拟信号采集电路、信号控制电路。将电压互感器二次侧始端与末端电压经分压、光电隔离、多路模拟开关处理后送入模数转换模块进行数据处理。

2）数据处理电路。将预处理后的电压互感器二次侧始端与末端电压进行模数转换，使之转换成数字信号，供主控电路计算压降值。

3）主控电路。计算回路的电压互感器二次压降值，并送入载波无线传输电路。

4）载波无线传输电路。通过载波无线数传模块建立主、分机之间数据传输通道。

5）显示电路。显示两侧各相电压值、比差、角差、压降、合成误差等测量数据。

6）电源电路。设备供电系统。

图　系统组成原理框

2.3 客户端管理软件设计

在客户端管理软件设计上，拟采用B/S结构和C/S结构相结合的技术，除可在本地提供彩色图形操作显示界面外，还可提供Web server、103规约等多种通信手段，可非常方便地组成基于B/S结构的监测系统。人机操作界面简洁明了，分析功能完善。

2.4 现场测试安全性能

对于新型仪器的市场准入，人们考虑最多的是现场测试安全问题。依据DL/T 1124—2009《数字电力线载波机》、DL/ T 395—2010《低压电力线载波通讯宽带接入系统》技术要求（判定）：信号输出功率频谱密度工作频带内应不大于信号输出功率频谱密度的50dBm/Hz。

基于载波通讯的手持二次压降无线测试仪出具了国网电力科学研究院实验验证中心的检定报告，在频率1.568MHz、测试带宽108kHz环境下该仪器测试功率谱密度最大为-82.04dBm/Hz，小于工作频带内应不大于-50dBm/Hz的要求，测试结论合格。因此，测量时不会对继保类设备造成干扰，现场安全可靠。

3　性能指标和测试数据分析

3.1 性能指标

性能指标如表1所示。

表1　性能指标

3.2 室内数据校验

室内数据校验表如表2所示。

表2　室内数据校验表（以三相四线为例）

参照JJGl69—1993《互感器校验仪》检定规程对互感器校验仪的基本误差允许值规定

代入数值计算，其实际误差均远小于允许误差值，本仪器满足2级要求。

3.3 有线与载波压降测试仪现场数据比对

有线压降测试仪测量准确度比较可靠，以此测试数据作为对比依据是可行的。在同时使用有线压降测试仪及载波压降测试仪对某500kV变电站500kV#1母线电压互感器进行电压互感器二次压降测试，测试数据比对结果如表3所示。

表3　实测数据比对表

参照JJFl033—2001《计量标准考核规范》，两台相同准确度等级的计量标准进行比对，两者对同一稳定的被测量进行测量的结果分别为y1和y2，则两者比对的结果应满足| y1－y2|≤1.63A，其中A为测试仪的基本误差允许值。

以表3中对比数据的最大差值B相为例代入上式计算得到|y1－y2|=0.003%。压降仪的基本误差允许值A由式（1）计算近似得到A为3个字即0.003%，1.63A≈0.005%，|y1—y2|＜0.005%。由此可见两者比对结果满足|y1—y2|≤1.63A，比对结果完全满足规范要求。

4　结束语

综上所述，基于低压电力线载波通讯的二次压降测试技术的实现，载波式手持二次压降无线测试仪在测量准确度以及稳定度大幅提高的前提下，缩小了体积，双屏显示测量结果，简便易用。解决了当前传统二次压降测试仪所存在的费时费力、在拉扯测试电缆线过程中二次电压存在相间短路或对地放电的安全隐患，以及无线二次压降测试仪存在的容易受到外界强磁场干扰问题、保护误动隐患、测量精度问题等；减轻了电能计量管理人员对现场测量拉线工作的劳动强度，同时也降低了企业运行管理的成本，避免现场人员操作的安全隐患所带来的重大损失，提高了工作效率。该仪器将为二次压降测试领域带来革命性的进步，应用前景广阔。

［1］ 陈维千.电力线载波通道［M］.北京：水利电力出版社，1983.

［2］ 彭时雄.电压互感器二次导线压降引起电能计量误差的测试计算及改进技术［M］.北京：水利电力出版社，1987.