一种手持式电流互感器二次回路检查仪的研制

董升 范旭明 张一航 曹旭华 王彦浩

摘 要： 采用直流法的极性测试仪，该方法向电流互感器二次绕组注入直流电压，通过检测一次绕组感应的电压方向来判断极性，由于施加的直流电压低，对于大变比的电流互感器，一次感应的电压信号太过弱小，导致测试误差。通过在原直流法的极性测试仪基础上改进设备，采用可调恒流电源向电流互感器一次回路注入恒定电流，检测二次绕组的开口电压来判断极性，同时，还可以使用该恒流源进行电流互感器二次实际负荷的测试，该二次回路检查仪准确度高，抗振性好，体积小，重量轻，携带方便。

关键词： 电流互感器 二次回路 极性检查 负载测试

中图分类号： TM63文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2023）11-0043-03

电流互感器（CT）是电力系统中实现电能变换的关键设备之一，其准确与否将直接影响保护装置动作准确性。根据国标规程，电流互感器在交接及大修前后应进行极性试验，以防在接线时将极性弄错，造成在继电保护回路上和计量回路中引起保护装置错误动作和不能够正确地进行测量，所以必须在投运前做极性试验。目前市面上主要有两种方法进行电流互感器的极性测试。（1）采用互感器综合测试仪进行电流互感器变比极性试验，该方法向电流互感器一次注入电流、检测二次电流，进而计算出变比、极性结果，所用设备体积大、重量重，且需要220 V/380 V电源，过程繁琐、效率低。（2）采用直流法的极性测试仪，该方法向电流互感器二次绕组注入直流电压，通过检测一次绕组感应的电压方向来判断极性。基于该方法的设备轻巧易用，但是由于施加的直流电压低，对于大变比的电流互感器，一次感应的电压信号太过弱小，导致测试误差大。王斌武等人[1]研制了电流互感器回路状态监测装置。张瑞明[2]研制了一种电流互感器二次回路接地点监测装置，实时在线监测发电厂电流互感器二次回路接地点的接地情况。韦俊年和郭霁月[3]利用电流互感器极性的特点制作手持式电流互感器极性测试仪，但是功能单一。张传贵[4]介绍电流互感器二次回路接地故障排查方法及预防措施。姜春阳等人[5]开发出电流互感器二次回路监测模块，并将其成功扩展应用于专变采集终端中。王海元等人[6]介绍了电能计量装置二次回路误差分析与应对措施。李清华[7]详细表述了电流互感器的极性及其接线方式。

本文研制的电流互感器二次回路检查仪是在原直流法的极性测试仪的基础上的改进设备，其采用可调恒流电源向电流互感器一次回路注入恒定电流，检测二次绕组的开口电压来判断极性。同时还可以使用该恒流源进行电流互感器二次实际负荷的测试。该仪器采用真彩色液晶显示器，全中文图形化操作界面并配有汉字提示信息、多参量显示的液晶显示界面，人机对话界面友好。全触摸式导电硅胶键盘操作方式，操作手感好，简便易用。

1 功能特点

（1）该仪器采用锂电池供电，无须额外电源非常便于现场测试。

（2）高效易用：該仪器既可用于电流互感器二次绕组极性检查，也能够满足现场校核电流互感器的二次负荷。

（3）准确度高：采用恒流源向电流互感器一次绕组施加电流，检测二次绕组开口电压进行极性判断，无论电流互感器变比的大小，都能准确地检测二次绕组极性；本仪器所用的测试源是数字合成的标准正弦数字源，失真度小，测试实际二次负荷更精确。

（4）抗振性好：军品接插件的使用增强了抗振性能。

（5）采用4.3寸高清真彩液晶屏，显示接线图和结果更直观，现场无须说明书即可指导试验。

（6）内部具备高容量锂离子充电电池，现场无需任何电源即可完成测试工作，一次充满可以连续进行1 000次以上的测量。

（7）体积小，重量轻，携带方便。

2 测试原理

2.1 电流互感器二次极性检查

试验时，电流互感器一次绕组（或穿心线两端）接入设备一次端子、二次绕组接入设备二次端子，此时仪器向一次绕组施加交流电流，5 A恒流源输出，采样二次绕组电压，判断加/减极性。

2.2 电流互感器二次负载测试

试验时，电流互感器二次负载与二次绕组断开，二次负载端接入仪器（采用4端法接线），仪器向二次负载注入1 A或5 A（最大10 A）的交流电流，测量此时二次负载两端电压，进而计算实际负载值。

2.3 结构原理说明

目前市面上主要有三方法进行电流互感器的极性测试，具体如下。（1）采用直流法的极性测试仪。该方法向电流互感器二次绕组注入直流电压，通过检测一次绕组感应的电压方向来判断极性。（2）交流法电压法。该方法大变比准确度低。（3）交流电流法。向电流互感器一次绕组注入电流，检测二次电流，通过两侧电流的相位得出极性结果，所用设备较多且体积大、重量重，需要220 V/380 V电源，过程繁琐、效率低。基于该方法的设备轻巧易用，但是由于施加的直流电压低，对于大变比的电流互感器，一次绕组感应的电压信号太过弱小，导致测试误差大。

本仪器基于直流法的极性测试仪进行创新，提出新型的电流互感器二次回路测量方法。本方法向电流互感器一次绕组注入恒定的交流电流，检测二次绕组的电压，由于一次侧、二次侧各端的电压、电流同极性，因此通过比较二次电压和一次电流的相位可得出两侧的极性结果。

市面上常规的负载测量方法就是通过仪器向二次负载注入恒定的交流电流，测量此时二次负载两端电压，进而计算实际负载值。因此通过本方法可直接通过电流源供电得到电流互感器的二次极性和二次负载，并且设备小巧轻便、方便携带。

本设备信号采集模块对输出电流和电压信号进行采集，并将采集的信号输送至模数转换模块进行模数转换，转换后的数字信号通过中央处理器进行处理分析，分析后的数字信号再经过数模转换模块转换为模拟信号，模拟信号再通过信号调理模块进行低通滤波，以消除噪声和防止混叠现象，对信号进行初步的放大，处理后的信号再经过线性功放电路在保证不失真的情况下进行功率放大，放大后的信号再传递给输出端子，从而增强一次感应的电压信号，降低测试导致的误差。

中央处理器（MCU）采用DDS技术（直接数字频率合成技术）生成纯正弦信号，该信号经过滤波、功率放大后输出到被试品。仪器输出电流、输出电压经信号调理电路后，由模数转换模块（ADC）進行采样并送入MCU，最终由MCU计算得到电流互感器二次极性、二次负载值。

其中线性功放电路包括微处理器、数模转换模块、跟随放大器、误差放大环节、推挽放大环节构成。信号经过微处理器进行分析处理后输送给数模转换模块，数模转换模块具有较高的分辨率，将数字信号转换为模拟信号，随后输送给跟随放大器，通过跟随放大器将电流放大，以提高整个放大电路的带负载能力。然后再将信号输送至电容隔直模块，通过电容隔直模块过滤掉直流信号中的交流信号，使直流信号能够顺畅地流过电路，而不会受到交流信号的干扰。然后再将过滤后的信号输送至误差放大器，通过误差放大器将输出采样电压和参考电压进行比较并产生误差放大信号，用该误差来校正控制脉冲占空比，从而稳定输出电压。稳定后的信号再经过二极管进行单向输送，并经过三极管达到信号放大的目的，最终实现稳定的输出0～5 A的交流恒流源。

0～5 A交流恒流源在二次极性测量中缓慢增加供给一次回路，当二次回路的感应电压可精准测量时（如达到1 V），一次回路的输入电流保持恒定，此时MCU通过输出电流（一次回路输入电流）与采集的电压信号（二次感应电压）的相位得到两侧的极性关系。二次极性的判断方法如下：如果输出电流相位（一次回路）与采集的电压信号（二次感应电压）相位相同，则为减极性；否则为加极性。

2.4 结构外观

仪器由主机和配件箱两部分组成，其中主机是仪器的核心，所有的电气部分都在主机内部，其主机采用手持式注塑机箱，坚固耐用，配件箱用来放置测试导线及工具。

仪器顶端部分是接线端子，正面上部是彩色液晶屏，下部是标准13键的控制键盘；在仪器的右侧可看到USB-A接口、充电接口、MINI-USB接口。

接线端子的意义如下：I+、I-为电流输出端子；U+、U-为4端法测量负荷时的电压采样端子；S1、S2为极性测试时的二次绕组端电压采样端子。

2.5 功能说明

键盘共有13个键，分别为辅助功能键（F1、F2、F3、F4）、保存键、光标移动键（↑、↓、←、→）、ESC键、确认键、菜单键、电源键。

2.5.1 各键功能

（1）光标移动键（↑、↓、←、→）。在主菜单中用来移动光标，使其指向某个功能菜单，按确认键即可进入相应的功能；在参数设置功能屏下左右键用来切换当前选项，上下键改变数值。

（2）菜单键。在主菜单下，按此键显示菜单子目录；在子目录下，按下此键即进入被选中的功能；另外在输入某些参数时，开始输入和结束输入。

（3）ESC键。返回键，按下此键均直接返回上级菜单。

（4）确认键。用来确认使所设置的参数生效或者进入所选择的屏。

（5）保存键。用来将测试结果存储为记录的形式。

（6）辅助功能键（F1、F2、F3、F4）。在不同的界面下，对应的功能软件有提示。

（7）电源键。长按实现开关机功能。

2.5.2 功能界面

当开机后显示主菜单。主菜单共有五个功能选项，包括极性测试、负荷测、历史记录、系统设置、厂家设置。通过←、→键进行选择，按确定键进入相应功能界面；屏幕顶端一行显示状态参量，包括时间、内部电池的电压幅值和剩余电量，以便操作人员随时观察仪器电池状态，当发现电池亏电时可及时充电；屏幕最下方一行为提示栏，为用户进行简单的操作提示，方便用户正确操作。

极性测试界面：在此页面中，F1为开始测试；F2为保存测试结果；F3为进入负荷测试功能模块；F4为退出当前界面，返回主界面。

2.6 技术指标

2.7 电池维护

手持式电流互感器二次回路检查仪采用高性能锂离子充电电池作为内部电源，操作人员不能随意更换其他类型的电池，避免因电平不兼容而造成对仪器的损害。仪器须及时充电，避免电池深度放电影响电池寿命，正常使用的情况下尽可能每天充电（长期不用最好在一个月内充一次电），以免影响使用和电池寿命，每次充电时间应在6 h以上，因内部有充电保护功能，可以对仪器连续充电。每次将电池从仪器中取出后仪器内部的电池保护板自动进入保护状态，重新装入电池后，不能直接工作，需要用充电器给加电使之解除保护状态，才可正常工作。

2.8 使用注意事项

（1）在测量前要确保被测设备处于停电状态，各测试端子不能接地。（2）测量接线一定要严格按说明书操作，否则后果自负。（3）测试之前一定要认真检查设置的参数是否正确。（4）充电时最好使用有地线的电源插座。（5）不能在过量限的情况下工作。（6）严禁高低压接反。

3 结语

本文基于直流法的极性测试仪进行创新，提出新型的电流互感器二次回路测量方法。研制的新型的电流互感器二次回路测量检查仪器，可直接向电流互感器一次绕组注入恒定的交流电流，由于一次侧、二次侧各端的电压、电流同极性，通过电流源供电得到电流互感器的二次极性和二次负载，并将电流互感器二次极性查找与负载测试功能合二为一，装备携带轻便。

参考文献

[1]王斌武，刘俭，张军.计量电流互感器二次回路在线监测技术研究[J].电子测量技术，2022，45（17）：29-35.

[2]张瑞明.一种电流互感器二次回路多点接地在线监测装置及其监测方案的研究[J].山西电力，2021，5（10）：34-37.

[3]韦俊年，郭霁月.关于手持式电流互感器测试仪研究[J].科技与创新，2014（20）：46-47.

[4]张传贵.电流互感器二次回路接地故障分析与预防措施[J].安徽电力，2020（2）：46-49.

[5]姜春阳，刘俊杰，周峰，等.可用于CT二次回路状态识别的方法和模块研究[J].现代电子技术，2017，40（4）：143-146.

[6]王海元，李恺，张军号，等.电能计量装置二次回路误差分析与应对[J].中国测试，2021，47（9）：133-137.

[7]李清华.谈电流互感器的极性及其接线[J].科技咨询，2017，15（16）：46-47.