一种新型便携式互感器测试仪的开发

陈家贤 张子菲

摘 要：提出了一种具有较高测量精度的新型便携式电力互感器现场测量仪，该测试仪体积小、重量轻、操作方便，仅由一人操作即可测量互感器的变比、二次回路极性、通断、阻抗等参数。此外，该测试仪具有升流功能，内置可充电锂电池经逆变后输出电流，可在测试过程中为互感器一次回路提供交流电流源。以上功能的切换通过有限状态机实现。

关键词：电流互感器;测试仪;便携;极性变比;升流;阻抗测试

1    研发背景

电流互感器测试是变电运维的常见工作，无论是在大修技改前后，还是新设备投运前，都需要进行互感器测试[1]，其内容一般包括测试伏安特性、变比、极性、二次负载等[2]。传统的互感器测试仪重量、体积大，不易搬运，适用于停电高电压场地[3]。因此，近期有许多研究都着力于将测试简便化、测试仪轻便化。文献[4]提出的一种便携式交流变频法互感器测试仪，将测量结果发送至移动终端进行显示，把常见于设备上的屏幕、键盘取消，从而减小了设备体积。文献[5]针对电力系统的计量互感器，提出了一种极性及计量接线判别测试仪，其能减少一次侧接线，并用无线传输技术代替二次侧的接线，使测试工作得到了简化。文献[6]提出的110 kV GIS设备电压互感器校验仪，既缩减了校验仪的体积，又保证了测试工作的精确度和效率。

在实际工作中，10 kV馈线数量多，互感器测试中的绝大部分为馈线的电流互感器测试，且用户对供电可靠性的要求高，不能经常停电。因此，研究适用于10 kV现场测量的便携式互感器测量仪器具有重要意义。针对10 kV互感器的应用场景，研发了一种便携式互感器测试仪，它的重量仅有1.5 kg，体积小巧，能完成极性、变比、阻抗测量，精度高，可在无法使用升流器的场合替代升流器完成升流试验。

2    研发内容

2.1    界面设计

本互感器测试仪一共有3个模式：变比、阻抗、升流。用户可通过“功能”按钮来切换各个模式，并通过“选择”按钮对测量参数进行调整，按下“测试”按钮进行测量。本互感器测试仪的交互界面操作原理流程如图1所示。

2.2    状态机设计

为了提高CPU使用效率及程序逻辑完备性，采用了状态机的编程方法。测试仪的功能可抽象为多个菜单状態，程序根据当下的菜单状态这一全局变量来决定显示的界面内容、读入按钮的编号、要执行的函数，从而可靠控制测试仪按当前的菜单状态来工作，并能准确快速切换工作模式[7-8]。笔者定义了以下6个状态：

（1）升流：程序在屏幕上显示当前模式、提醒用户接线，在主循环里判断“功能”按钮、“选择”按钮、“测试”按钮是否被按下。

（2）升流测试：程序在屏幕上显示测试仪输出的电流值，让测试仪产生3～9 A的电流输出，在主循环里判断“选择”按钮和“测试”按钮是否被按下。

（3）变比：程序在屏幕上显示当前模式、当前连接的互感器的二次额定电流值、提示用户接线，在主循环里判断“功能”按钮、“选择”按钮、“测试”按钮是否被按下。

（4）变比测试：程序让测试仪进行极性测试，再进行变比测试，测试完成后将结果显示在屏幕上;显示出结果后，判断“选择”按钮、“测试”按钮是否被按下。

（5）阻抗：程序在屏幕上显示当前模式，并提醒用户接线。在主循环里判断“功能”按钮、“选择”按钮、“测试”按钮是否被按下。

（6）阻抗测试：程序让测试仪输出1 A或5 A电流，测量负载电压值;测试完成后，在屏幕上显示测量结果;显示结果后，判断“选择”按钮、“测试”按钮是否被按下。

该状态机的实现流程图如图2所示。

3    实施方式

3.1    变比极性测试功能

在变比菜单下，测试仪测量互感器变比与极性。进入变比菜单后，用户通过按“选择”按钮来选择测量的互感器类型。在测试前，界面显示文字提醒用户接好CT一次、二次测试线。用户可在二次回路导线上用钳形电流表进行测量，亦可断开二次回路，把二次回路的两极接入测试仪输入端。接好测试线、“测试”按钮按下后，系统根据接线方式，计算互感器的一次电流、二次电流、相角差、变比、极性，并将结果显示在界面中。若二次回路开路、二次回路断开、互感器变比过大，测试仪会显示相应信息提醒用户。

本测试仪在测试时，用直流法先在互感器一次侧施加直流电压，而后测量二次侧电压，比较二者从而得出极性测试结果。完成极性测试后，测试仪在电流互感器一次侧输入工频交流电流。互感器二次侧两端若直接接入测试仪的“二次直接输入”端，测试仪的这对端口则具备电流表的功能，可测出二次电流值;若互感器二次侧短接后经钳形电流表输入测试仪的“二次钳形输入”端，测试仪则会将钳形电流表的输出进行模数转换实现电流测量。在极性与变比的测量均完成后，测试仪把结果一并显示在屏幕上。

3.2    阻抗测试功能

进入阻抗测试菜单，测试仪测量互感器二次回路阻抗与容量。用户把互感器的二次回路所连的负载连接至测试仪的“一次/阻抗”端后，按下“测试”按钮，测试仪自动进行测量，后在屏幕上显示出电阻、电抗、阻抗、电压、电流、电压电流间角度值。

实现原理：测试仪对互感器二次回路连接的负载加入1 A或5 A的额定交流电流，之后测量两端的电压值，再把测量出的电压及计算出的电阻、电抗、阻抗、电压电流相角差、容量均显示在屏幕上。该实验仪测量的阻抗可达毫欧级精确度。

3.3    升流功能

进入升流菜单，测试仪可用作升流器将电流加到互感器的一次回路上模拟实际运行情况，电能信息通过二次回路传递至各个保护、测控、计量装置[9]。在升流测试的界面，测试仪提供了3～9 A的输出电流值，用户按“选择”按钮可选择需要的输出电流值，再按下“测试”按钮即可输出相应的交流恒定电流。此时按下“选择”按钮，用户可更改输出电流值;按下“测试”键，退出测试。

4    结语

经过现场实验，本文提出的便携式电流互感器测试仪在10 kV馈线部分的电流互感器上能实现高精度的极性、变比、阻抗的测试，且可在不允许使用升流器的场合替代升流器完成升流试验。该互感器测试仪有效消除了传统互感器测试仪体积、重量大的缺点，为变电运维工作中大量的10 kV部分电流互感器测试工作提供了新的解决方案，提升了变电运维人员的工作效率。

[参考文献]

[1] 李明贵，夏胜芬，陈前臣，等.新型全自动微机化电力保护电流互感器综合测试仪研制[J].电力自动化设备，2006，26（8）：85-88.

[2] 刘仕兵，蒋士林.基于DSP的电流互感器综合特性测试仪设计与实现[J].电力自动化设备，2009，29（2）：125-127.

[3] CHEN K L，CHEN Y R，TSAI Y P，et al.A Novel Wireless Multifunctional Electronic Current Transformer Based on ZigBee-Based Communication[J].IEEE Tran-

sactions on Smart Grid，2017，8（4）：1888-1897.

[4] 谭炳源，蒋卫，何娜，等.互感器现场测试仪与传统测差法的比较与分析[J].四川电力技术，2014，37（S1）：49-53.

[5] 邓强，黄智博，杨为民，等.一种便携式互感器极性及计量接线判别无线测试仪：CN207742282U[P].2018-08-17.

[6] 关志东，吴智海.一种新型便携式电压互感器校验仪的研制[J].自动化应用，2015（3）：68-70.

[7] WU S.The Implement of Animation State Transitions

in Interactive Scenes Based on Graphic Finite State Machine[C]//2012 4th International Conference

on Intelligent Human-machine Systems & Cybernetics，

2012：242-245.

[8] WANG B，ZHAN L，BAI Z H，et al.Real-Time Diagnosis of Multiple Transistor Open-Circuit Faults in a T-Type Inverter Based on Finite-State Machine Model[J].CPSS Transactions on Power Electronics and Applications，2020，5（1）：74-85.

[9] 梁煜.電流互感器一次升流的方法与应用[J].广东输电与变电技术，2007（3）：35-37.

收稿日期：2021-07-29

作者简介：陈家贤（1997—），男，广东佛山人，技术员，研究方向：电气设备技术管理。