一种用于P级互感器的手持式互感器测试仪

一种用于P级互感器的手持式互感器测试仪

冯宗建1, 王其林2, 朱晓东3, 陈思林4

（深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000）

摘  要：本文介绍了一种使用锂电池组供电的用于P级互感器的手持式互感器测试仪，测试仪采用低频电压法的测试原理，并研制了低频电压法必须的VVVF激励源作为支撑。该VVVF激励源具有0V起调、低压带载，波形系数高的特点，测试仪样机在P级电流互感器中验证了该电源的有效性和可靠性，达到预期效果。

关键词：锂电池供电；励磁试验；手持式；VVVF电源；

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0引言

电流互感器是电力系统中重要的设备之一，关联着继电保护、计量、测控等二次设备，电流互感器的特性直接影响着二次设备的正常运行。在设备校验、交接验收、定检维护等工作任务中，都需要对电流互感器性能进行检验。

随着电网的快速发展，接入电网的设备越来越多，发生故障时电流特征越来越复杂，除了稳态分量，还存在暂态分量，极易造成电流互感器饱和，进一步造成二次设备误动或者拒动。近些年，发生了多起故障时引起电流互感器饱事件。因此，开展电流互感器饱和校核及电流互感器二次参数管理工作显得极其重要和刻不容缓。

目前，电流互感器特性测试仪存在重量重、需要外接电源，而电流互感器往往都是装设在一次场地，无电源箱，因此取电源也是一个突出问题。以上问题让电流互感器特性测试变成了一项复杂工作任务。

因此研制一款新型手持式互感器测试仪，兼具重量轻、内置电源等优点成为发展的趋势。

1理论基础

目前变电站内保有量最大的是P级、测量、计量级互感器。P级CT、计量CT的拐点电流一般在500mA以下，拐点电压也通常在1kV以下，特殊应用场合能达到2kV。如果按照低频电压法原理，可将装置的输出电压能力设计在100V、200VA以内。可以降低装置的功率需求，使得装置采用电池供电、并且缩小装置体积成为可能。设计一台使用电池供电的、设置便捷、测试快速功能的手持式测试仪，将在新站验收、定检等作业中，将大幅提升工作效率。采用电压利用率更高的低频电压法的测试原理是本研究的路线。针对性地研发低频电压法所需的软件、硬件算法，低频电压法必须的VVVF激励源是难点和重点。典型的变频电压法互感器测试仪原理如图1所示。

图1 电压法互感器测试仪典型硬件框图

2低频法测伏安特性试验原理

目前国内外主流的互感器测试仪从工作原理上分，有工频法与低频法两种。

工频法的测试仪可以开展励磁、变比试验，但

装置包含大功率升压器与升流器，需要大功率电源才能使用，设备笨重，典型重量超30kg。

CT伏安特性测量的原理：CT伏安特性测量试验中，CT一次侧开路,从二次侧施加电压,测量所加电压V与输入电流I的关系曲线，此曲线近似CT的励磁电势E与励磁电流I的关系曲线。设CT励磁绕组在某一励磁电流I时的激磁电感为L,激磁阻抗为Z,则: V=I•Z 电感L与阻抗Z之间具有下述关系: Z=ω•L=2πfL 则:V=I•2πfL 由公式中可见在某一激磁电感L时所加电压V与频率f成正比关系。假设当f = 50Hz时，为达到励磁电流Ix，所需施加的电压Vx = Ix·2πf L = 2000V。

若施加不同频率：

f = 50Hz，Vx ＝ 2000V

f = 5Hz， Vx ≌ 200V

f = 0.5Hz，Vx ≌ 20V

可见需要使CT进入相同饱和程度，施加较低频率信号所需电压可以大幅度降低。

例如，2Hz、100V正弦波的励磁效果等效于50Hz 、2500V，对应单点励磁时间1s，预计能在20s左右完成2kV左右拐点互感器的直阻、励磁特性等试验。总结低频法的特点主要为测试设备的输出电压低、输出容量低，测试设备小巧、轻便，测试过程更加安全，不影响CT绕组绝缘。特别是输出电压在手持式装置的工作范围内，开发一款采用锂电池供电的手持式互感器测试仪，用于拐点电压在2kV以下的电流互感器励磁试验，具备技术可行性。

2 VVVF试验电源

在互感器励磁试验的各种电源中，目前最受欢迎的是一种低压低频试验电源，它通过磁通等效的原理来获得工频下更高电压的励磁效果，可以用更小的体积和功率来解决TPY等超高拐点CT的励磁需求。这种试验电源除了需要具备0V起调、高峰值电流输出的特性外，还要能够适应负载电流的快速变化，并且在输出过程中要保持稳定，避免抖动造成异常磁通变化，是一种非常特殊的试验电源。

传统互感器测试仪采用220Vac市电直接供电的试验装置，经AC-DC-AC过程输出VVVF变幅变频的正弦激励或方波激励，对于移动测试或一次场地测试等场景，电源供给存在局限性。本文提出了一种基于锂电池供电的精密变压变频试验电源（后文简称VVVF电源），采用低压锂电池组供电，经DC-DC高频升压、DC-AC高频逆变后，输出满足试验要求的正弦波。整机系统框架如图2所示，由电池系统、激励源、辅助源、采集系统、人机交互能构成。其主要解决的技术问题是如何确保在使用锂电池作为能源的情况下，实现电压和频率的高精度调节、提高输出波形的纯净度以及输出峰值电流的能力。

图2 整机系统框图

试验电源采用DSP作为控制核心，对“隔离可调升压”与“变压变频模块”两个主要受控单元进行调控，并检测这两个受控单元的输入电压、输入电流、输出电压与输出电流这些电气参量。整机控制框图3所示。

图3 VVVF试验电源的整机框图

这种锂电池供电的手持式VVVF精密低频电源，包括锂电池组、DC/DC变换器、逆变器和控制电路。通过锂电池组提供直流电源，经DC-DC变换器进行电压调整，再经逆变器实现变频输出。控制器以200kHz甚至更高的开关频率对整个过程进行精密控制，确保输出电压和频率的精度和稳定性。

3结束语

本文介绍了一种使用锂电池组供电的用于P级互感器的手持式互感器测试仪，测试仪采用低频电压法的测试原理，并研制了低频电压法必须的VVVF激励源作为支撑。VVVF激励源具有0V起调、低压带载，波形系数高的特点。在此基础上制作了一款手持式互感器测试仪，通过现场试验对照，完全能满足现场应用要求。

参考文献

[1]中国电力出版社.变压器与电感器设计手册（第四版）：第七章 功率变压器设计[Z].

[2]GB 20840.2-2014，互感器 第2部分：电流互感器的补充技术要求[S].

[3]单相UPS逆变控制技术研究：翟立辉，张东来，罗勇，黎学伟.

作者简介

冯宗建（1985年），男，南方电网高级技能专家，从事变电管理相关工作。

王其林（1978年），男，南方电网首席技能专家，从事变电管理相关工作。

朱晓东（1987年），男，工程师，从事变电管理相关工作。

陈思林（1995年），男，助理工程师，从事变电管理相关工作。

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