一种互感器极性试验仪的研制

徐勤超，李铁夫，李业锋，王 任，方保垒

(国网山东省电力公司枣庄供电公司，山东 枣庄 277100)

0 引言

极性试验是电力系统继电保护及电气试验专业在互感器等设备新安装、改造或更改接线完毕后必须进行的试验，是电气专业的一项重要工作。极性试验可提前发现互感器本身及一、二次侧绕组接线和回路中可能存在的问题。电流互感器和电压互感器一、二次引出端子都标出极性，工程上采用减极性标注法，即电流从一次侧极性端子流入时，二次侧电流从极性端子流出。互感性极性试验通常采用直流法，试验如图1所示，当开关K接通瞬间，直流仪表指针向正方向偏转，则L1，S1(或标注*号)两端子为同极性端子；否则为异极性端子(极性标注错误)。

对于传统的极性试验工作，由于试验操作设备与被采集试验点有时距离较远，需要多人或2组以上人员，一组在室外互感器(一次侧)加试验电源；另一组在保护室内保护、测控、计量等装置处(互感器二次侧)观察直流指针式仪表指针偏转方向，判断极性是否正确，2组人员采用手机或对讲机通话的方式配合试验。互感器一次侧试验电源加量采用人工控制，经常出现接触、断开时间无规律，室外试验操作与室内试验观察不同步等现象，导致试验结果不清晰而需重复。极性试验通常逐相进行，互感器有三相，每一相又有多个二次绕组，室外人员需要多次换相，室内人员也需频繁转移试验位置，造成重复性的工作，甚至出现试验结论错误的情况，给设备的安全运行埋下隐患。本研究提出一种可遥控的互感器极性试验仪，只需1组人员即可完成互感器一次侧加量和二次侧观察表针偏转的工作，大幅度提高了现场极性试验的工作效率。

1 互感器极性试验仪工作原理

该互感器极性试验仪应用无线遥控控制晶体管开关元件输出，由开关元件控制继电器线圈，再由继电器开出硬接点完成极性试验自动加量、撤量及换相等工作，实现通过远方遥控的方式控制互感器(一次侧)三相分别自动加压试验。

图1 极性试验直流法基本原理

极性试验仪由操作监视模块和信号发生模块组成，其中操作监视模块用于在互感器二次侧操作并发出遥控命令，信号发生模块用于接收遥控命令并在互感器一次侧施加试验量。其工作原理图如图2所示。

通过继电器动作及返回触点控制，可固定试验操作接触时间，让试验时间有一个统一标准，即通过无线遥控启动继电器接点瞬间闭合、延时断开的方式，严格控制加压时间，模拟电磁感应突变量，减少人工操作的不确定性。试验前，在互感器一次侧一次性完成三相试验线的接线，然后在保护室内二次绕组接线终端便可依次远方遥控控制A，B，C三相(一次侧)自动进行极性试验工作。更换试验相别时，只需要在二次侧更改试验线，不需要在一次侧频繁更换试验接线，减少了高处作业，降低了试验风险。

图2 可遥控极性试验试验仪工作原理

2 操作监视模块工作原理

操作监视模块用于遥控控制信号发生模块的接点闭合，同时具备指针表，用于指示互感器二次极性，即包括遥控命令模块和极性监视模块。

2.1 遥控命令模块

遥控命令模块由电源、编码开关、发射信号处理器、操作按钮、信号发射器及发射天线组成，遥控命令模块电路原理如图3所示。发射信号处理器核心元件为编码芯片(PT2262)，用于采集操作按钮SA，SB和SC的操作信息，并转换为电信号，发送给信号发射器转换为高频电磁波信号发射出去，由信号接收器接收命令并完成一系列的试验操作；编码开关用于给编码芯片设定地址。信号发射器调制的无线传输频率选择为433 MHz，传输距离300 m(满足变电站使用距离要求)。

2.2 监视模块

监视模块由电磁式指针毫伏表、量程调档电路及保护元件组成，其电路原理如图4所示。试验人员通过观察动态指针偏转方向来确定极性。量程调档电路由多个并接电阻Rn和切换开关组成，通过切换开关QK，接通不同量程的回路，可选择性地观察指针偏转的灵敏度。在监视模块的输入试验端设置有过压保护BJ，防止毫伏表接受过电压或人员触电。

3 信号发生模块工作原理

信号发生模块的作用是接收操作监视模块发送出的遥控命令，通过控制继电器接点的动作与返回，在互感器一次侧施加稳定可靠的短时(瞬间)通断突变量电压。其由信号接收及处理模块、操作继电器模块和信号输出模块3部分组成。

3.1 信号接收及处理模块

信号接收及处理模块用于采集操作监视模块发出的遥控信号，其输出作用于操作继电器模块用于控制继电器的吸合和返回，由接收天线、信号接收器、编码开关和接收信号处理器组成，其电路原理如图5所示。信号接收器由电感、电容及运算放大器等元件组成，并调制接收频率为433 MHz，对遥控信号进行接收并放大处理。接收信号处理器的核心元件为解码芯片(PT2272)，作用为将编码芯片的遥控命令解码，并输出控制电平信号，编码开关用于给接收信号处理器设定地址，其地址设定需与遥控命令处理器(PT2262)设定的地址相同。

图3 遥控命令模块电路原理

图4 监视模块电路原理

3.2 操作继电器模块

操作继电器模块通过继电器来控制信号输出模块内的接点闭合与返回，实现互感器一次侧的加试验电压和撤试验电压。控制模块包括接收装置、控制装置和操作继电器3个部分，其原理如图6所示。接收信号处理器将输出的电平信号分别启动KA，KB和KC 3个晶体管，通过晶体管的导通来启动ZJA，ZJB和ZJC 3个操作继电器，并设置继电器自保持回路保证继电器线圈可靠吸合。通过时间继电器ZT来控制继电器的吸合时间，设置每次极性试验时间为0.5 s，以消除人工拉合开关接触点的通、断(速度、时间等)不同步因素。

3.3 信号输出模块

信号输出模块采用操作继电器模块的继电器接点控制输出，其具体实现方式如图7所示。可通过K3开关来选择试验电源为内置电池还是外接电池。在试验回路中串接档位控制开关BP，与不同的限流电阻配合。根据被试设备的容量和类型，选择适当的限流档位(BP1—BP4)，防止电池消耗过大，提高电池使用寿命；档位开关BP可选用插入式压板实现。试验信号输出接点ZJA，ZJB和ZJC由控制模块中3个操作继电器ZJA，ZJB和ZJC控制，分别用于A相、B相和C相互感器的极性试验。

4 样机和实施效果

4.1 样机制作

根据操作监视模块和信号发生模块的各部分电路设计，分别制作单相试验和三相试验的样机，样机的遥控芯片选用PT2262和PT2272，遥控命令模块、操作继电器模块、信号输出模块采用分立电源，电源电压均为12 V。单相试验样机如图8所示，三相试验样机如图9所示。

4.2 实施效果

将样机在电流互感器极性试验中实际应用，实施效果说明，使用本互感器极性试验仪相对传统试验方式有如下几个优点：

图5 信号接收及处理模块电路原理

图6 操作继电器模块电路原理

图7 信号输出模块原理

(1) 通过增加遥控功能，将2组试验人员减少为1组试验人员，减少了试验人员投入；

图8 单相试验样机(简易外壳)

(2) 用继电器接点进行试验输出，并利用时间继电器将试验时间固定为0.5 s，避免人工试验模式容易因指针抖动导致的试验误判，以及试验结果不清晰导致需要重复试验等问题，提高了试验结果可靠性；

(3) 使用本极性试验仪时一次侧采用三相同时接线，明显减少试验过程中一次侧换相及二次侧的试验地点变换，简化试验流程，缩短试验时间，提高了试验效率。

图9 三相试验样机

4.3 安全性分析

户外安装的电流互感器在进行极性试验时，一次侧接线时经常需要登高作业，传统试验采用单相依次试验，试验时换相次数多，导致频繁登高作业。应用互感器极性试验仪试验时采用三相同时接线，不需换相而依次进行试验，可减少登高作业次数，降低危险系数，提高工作安全性。

在运行变电站内进行互感器极性试验，互感器一次侧会因相邻高压设备运行而产生感应电，本互感器试验仪一次侧加试验量时使用继电器接点自动闭合代替人工直接操作，从而大大减少试验人员触碰互感器一次侧的次数，减少试验人员感应电触电的可能性，保障试验人员人身安全。

5 结束语

针对传统极性试验方法的弊端，创新提出一种可遥控的互感器极性试验仪，并对其进行了具体的电路设计，制作了样机。通过试验验证，可遥控极性试验仪在工作效率、试验结果可靠性、保障人身安全等方面都具备优势，实用性强，可推广应用。