电流互感器自动化检定系统误差试验单元验收方法

/ 浙江省计量科学研究院

0 引言

电流互感器指的是一种在正常使用条件下其二次电流与一次电流实际成正比、且在连接方法正确时其相位差接近于零的互感器。电流互感器按照电压等级的大小可分为低压电流互感器、中压电流互感器和高压电流互感器；按照其功能又可分为测量用电流互感器和保护用电流互感器。由于测量用电流互感器作为整个电能计量的前端，其计量性能好坏将直接决定着整个电能计量的准确与否，所以，测量用电流互感器一直是国家依法管理的计量器具，技术监督部门和电力部门都非常关注其计量性能的优劣。技术监督部门对企业的测量用电流互感器开展型式批准和定型鉴定，而作为使用方的电力部门对采购的每一只测量用电流互感器在投入使用前进行首次检定。

随着电力行业的迅猛发展，电力部门对测量用电流互感器的采购量越来越大，原先的手工检定方式对计量机构的检定能力提出了挑战，特别是对应用量极大的计量用低压电流互感器更是如此。所以，国内的电力部门计量中心已经开始着手研究针对计量用低压电流互感器的全自动检定系统。该系统由电流互感器检定输送系统和电流互感器检定装置两部分组成。其中，检定输送系统主要包括上料单元、输送单元、接拆线单元、打标单元、空箱缓存单元、下料单元等；检定装置主要包括外观检查单元、绝缘性能试验单元和误差试验单元。系统建成后，将实现计量器具“自动化检定、智能化仓储、物流化配送”功能，即计量用低压电流互感器从新购入库、待检出库、上料分拣、自动检定、下料装箱、箱表入库、配送出库等全过程生产作业的智能化和自动化。在提升计量公信力的同时，还可减少各类作业人员90%以上。而在这个自动化系统中，从计量性能的角度上说，最为核心的即为误差试验单元。自动化检定系统作为一种全新的检定模式，按照JJF 1033-2014《计量标准考核规范》的有关要求对其进行验收时，必须有别于以前单一的手工检定模式。

1 电流互感器工作原理

低压电流互感器的工作原理如图1所示。

图1 电流互感器工作原理

电流互感器的一次绕组串联在被测线路中，I1为线路电流即电流互感器的一次电流，N1为电流互感器的一次匝数，I2为电流互感器的二次电流（通常为 5 A、1 A），N2为电流互感器的二次匝数，Z2e为二次回路设备及连接导线阻抗。当一次电流从电流互感器P1端流进，P2端流出，在二次Z2e接通的情况下，由电磁感应原理，电流互感器二次绕组有电流I2从S1流过，经Z2e至S2，形成闭合回路。由此可得，电流在理想状态下I1N1=I2N2，所以有I1/I2=N2/N1=K，K为电流互感器的变比。

2 自动化检定系统工作原理

自动化检定系统可分为电流互感器检定输送系统和电流互感器检定装置两部分组成。当计量中心的生产调度平台下达检定任务，仓储系统将装载有待检电流互感器的周转箱输送至检定系统的上料单元，由检定系统完成互感器的全自动检定作业。具体检定流程如图2所示。

如图2所示，自动化检定系统依次按以下各环节工作：

1）上料单元将周转箱内的互感器抓取至输送单元内的工装板上，扫描互感器条码并写入工装板RFID。

2）输送单元按预先设置的检定流程，依次将工装板输送至外观检查单元、绝缘试验单元、误差试验单元、打标单元、下料单元，在进入各功能单元前读取工装板RFID内互感器信息，与功能单元的工位进行信息绑定，存放于网络数据库。同时，进入各功能单元时对工装板进行快速分拣和精确定位。

3）在外观检查单元，加载工作电压，由红外触发器触发互感器全屏和指示灯，工业相机拍照完成液晶图像识别。

4）在绝缘试验单元，自动接拆线装置完成接线，进行耐压和绝缘试验。

5）在误差试验单元，按预先编制的检定方案完成互感器误差检定。

6）在打标单元，对检定合格互感器进行检定日期的激光刻录。

7）在下料单元，将合格互感器从工装板抓取至合格箱，不合格和异常的互感器抓取至异常下料箱，并将互感器信息和箱号绑定，完成后将装箱信息上传至生产调度平台。

3 误差试验单元工作流程

本单元按照JJG 313-2010《测量用电流互感器》的要求对互感器误差进行检定。当被检互感器进入误差试验工位后，依次完成一次绕组穿心动作（仅对母线式互感器）或一次绕组压接动作（仅对复匝式互感器）、二次绕组压接动作，完成开路退磁、绕组极性检查、绝缘测试、耐压试验基本误差测量等项目。

4 误差试验单元的验收方案

误差试验单元作为自动化检定系统中最为核心的步骤，其单元的验收方案应该以JJF 1033-2014中相关要求为准则，以电流互感器计量方法为出发点，并结合自动化检定系统的特殊性，故在验收时需考虑以下特殊因素：

1）多路输出的一致性测试。由于自动化检定系统的误差试验单元具有12路测试回路，可同时对12只互感器进行误差检定（其中母线式互感器一次绕组穿心，复匝式互感器一次绕组压接）。由于12路误差输出的独立性和随机性，可能会导致随机的两路误差检定单元在检定同一只互感器时，出现误差数据偏差极大的现象，甚至出现同一只互感器在随机的两路误差检定单元的误差结果完全相反的情况，所以，在验收时，必须要考虑到多路输出的一致性。

2）二次绕组压接情况不正常测试。自动化检定系统的误差试验单元针对被检电流互感器二次绕组，均采用自上而下的压接方式。而在大批量检定过程中，由于被检电流互感器压接处的螺丝松紧不同，会直接导致压接过程的接触电阻不同，在试验过程中，可能会导致数据偏差，并出现相反的结果。

3）在极性相反的情况下导致对计量结果的影响。供应方在出厂时，由于绕线错误，导致互感器极性相反，这将对计量数据产生极大的影响，比如：在计量接线方式为三相三线，正确接线时的有功功率为

图2 自动化检定系统工作原理

假如A相电流互感器极性接反，详见接线图3和相量图4，这样可以得出：公用线的电流Io是相电流的

图3 接线图

图4 相量图

电能表一的电流滞后电压的角度为

电能表二的电流滞后电压的角度为30°-φc； 所以错误接线时的有功功率为

若功率因数cosφ= 0.9，则当A相计量互感器极性接反，漏计电能为实际计量电能的：

如果计量接线方式为三相四线，则正确接线时的有功功率为

三相电路平衡时，Ua=Ub=Uc=U，

假如A相电流互感器极性接反，详见图3和图4。公用线的电流Io是相电流的2倍，A相电流为-Ia，所以错误接线时的有功功率为

则当A相计量互感器极性接反，漏计电能为实际计量电能的：

5 误差试验单元技术路线

针对误差试验单元的上述三个特殊因素，在验收时，可分别采取不同的方法进行验证。

1）多路输出的一致性测试。具体的验收方案为，从样品库选取一只合格的电流互感器，依次在12路误差试验单元按照JJG 313-2010的要求进行误差测试，测试后对12个数据进行比对，计算出在额定电流100%的比值差和相位差的最大极差，其极差应小于该试验单元的比值误差和相位误差的扩展不确定度。比如，选取一只800/5 A的0.2S级被检电流互感器，经过12个表位测试后，得到比值差的最大极差为0.011%，相位差的最大极差为0.68′，均小于该误差试验单元的扩展不确定度（分别为0.018%和 0.76′）。

2）极性相反情况下测试。具体验收方案为，让供应方特制一个极性相反的电流互感器，该异常的互感器进入误差试验单元压接并退磁完成后，在升流时，会自动发现极性错误，并报警提示。

6 结语

通过对自动检定系统和其误差试验单元工作原理的分析，在确定合适的研究方案和技术路线后，并结合常规电流互感器误差试验单元建标考核要求，在技术上已经基本上达到对电流互感器自动化检定系统的误差试验单元验收的要求。

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