适用于CT接线检验的便携式校验装置设计

王兴佳

（广东电网有限责任公司茂名供电局）

0 引言

电流互感器简称CT（Currеnt Trаnsformеr），是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一回路电流信息的传感器。它将高电流按比例转换成低电流，一次侧接一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等，起到变流和电气隔离的作用。

电流互感器极性接线是否正确直接影响系统的保护、测量、监测等设备的正常工作。如果电流变极性接反，将会在保护回路中将造成方向保护元件误动或拒动以及差动保护误动的严重后果，在测量计量回路中将造成有无功运行参数显示错误、表计反转，严重时还会危及设备及人身安全。因此，通过流变极性测试检验CT接线的正确性，是继电保护工作人员必不可少的重要工作程序。

1 研究背景

CT极性主要指电流互感器的一次绕组和二次绕组电流方向的关系。常用的电流互感器一般都是减极性，即当使一次电流L1端流向L2时，二次电流自K1端流出经过外部回路到K2，其中L1和K1、L2和K2分别为同极性端。即同时从一二次绕组的同极性端通入相同方向的电流时，它们在铁芯中产生的磁通方向相同称为减极性标准，反之则为加极性标准，即：

（1）将电池正极接于电流互感器的一次线圈L1，负极接于一次线圈L2，电流互感器的二次侧K1接亳安表正极，K2接亳安表负极，如图1所示。

图1 CT绕组极性校验原理

（2）此时若亳安表指针正偏，说明L1、K1为同极性即互感器为减极性；若亳安表指针负偏（指针摆动与上述相反），则互感器为加极性。

上述测试至少要两人协同配合，由1人在柜外观察毫安表，根据指针摆动方向判断CT绕组极性；另1人进入柜内，用连接电池的导线短时触碰电流互感器L1，L2接线排，使毫安表中有电流经过。该触碰环节毫安表的摆动幅度存在明显差异，有时指针只能轻微偏转（特别在CT变比较大时，二次电流输出变小），易错判误判，常需重复测试确认，过程繁琐，效率低下，亟待调整和优化。

2 设计方案

本文研制一种便携式CT绕组极性校验仪，通过电子电路采集电流互感器一次侧和二次侧的电气量，单片机执行逻辑判断功能并由指示灯回路直观可靠显示极性测试结果，其具体内容如下。

2.1 硬件结构

本次设计的便携式CT绕组极性校验仪主要包括数据处理单元、智能显示单元和直流供电单元。其中，数据处理单元由电流采集处理模块、CPU模块和存储模块组成，可放大电流信号并进行调制转换，使其由模拟信号转变为数字信号，以便于智能识别和逻辑判断；智能显示单元由LED指示灯和报警器组成，可直接指示CT绕组极性并针对异常操作实时告警，以避免损坏仪表；直流供电单元由充电模块和锂电池组成，可根据测试需求输出3.7V/5V电压，如图2所示。

图2 一种便携式CT绕组极性校验仪

2.2 模块设计

（1）电流采集模块。在便携式CT绕组极性校验仪前端置通道处设置电流采集插件，以提升电流信号采集的可靠性、准确性和有效性。一般CT绕组极性校验时的感应电流较小，直接在量表中显示的难度较大，需在采样环节设置放大电路，使采样信号能够被量表识别。本次设计的便携式CT绕组极性校验仪选用放大器实现脉冲电流的放大。

（2）信号处理模块。便携式CT绕组极性校验仪设计时主要包括前端脉冲电流信号转换和极性关系对比校验两大信号处理模块。前者主要由整形模块和鉴相同步模块确定脉冲电流的极性，根据脉冲电流特征在电平转换接头中输出高电平或低电平，用于CPU模块极性关系检验。经数据选择器筛选后，将数据整理打包传输到CPU模块中，与既定的输出电压值进行对比，从而确定脉冲电流与输出电压的极性关系。一般正极性为上升沿脉冲，反极性为下降沿脉冲。

（3）信号显示模块。输出结果由存储模块保存，若超出容量可实时覆盖存储。同时，该输出信号还与显示模块连接，通过显示模块中指示灯的变化可直接确定CT绕组极性。若试验接线或测试数据存在异常，则便携式CT绕组极性校验仪显示模块中的报警器告警，此时应立刻停止检验操作进行现场检查，直至告警解除。

（4）直流供电模块。为保证CT绕组极性校验的安全性、可靠性和稳定性，本次设计时设置两路直流供电。第一路主要由充电模块向测试回路中的电子元件供电，输出电压为3.7V，用于电流信号采集、放大、整型、同步、转换、显示等；第二路主要由充电模块向一次回路供电，输出电压为5V，用于电流互感器绕组极性的测试。第二路输出电源线采用双孔设计，红色为正、黑色为负，形成2组测试接电线路，用于CT绕组极性校验。

2.3 功能优化

便携式CT极性校验仪主要采用集成模块和集成电路，其体积小、质量轻，制作完成后一个人就可以随身携带，现场检验使用时非常便捷。同时，根据同步检测原理，设置多路检测通道和一键测试按钮，仅需到场接线后按下测试键即可完成整个操作，系统功能得到本质上改善，即：

（1）多路测试功能。传统CT极性校验时往往需要检测人员手动转换绕组接线，操作难度高、风险大、耗时长、效率低。本次设计的便携式CT极性校验仪内置多路电流信号采样电路，可同步展开多绕组测试，不需要再进行测试切换和反复接线，避免了人为操作中的失误。

（2）同步测试功能。为进一步使便携式CT绕组极性校验仪适用于多场景作业，本次设计过程中简化测试作业流程，CPU模块设置有测试按钮，测试按钮与CPU模块电性连接；CPU模块在按下测试按钮时才会对输入的脉冲电流进行极性测试并完成测试结果，未按下测试按钮时即使检测到脉冲电流CPU模块则不会进行测试及结果输出，保障了一键自动同步测试效果。

3 应用分析

3.1 应用效益

相比于以前依靠观察毫安表指针瞬时的微弱偏转来判断极性，便携式CT绕组极性校验仪的测试结果持续、直观、清晰，无需多次测试反复确认。有利于提高现场工作效率，同时，可有效提高现场作业安全水平，对确保保护设备安全可靠运行，进而确保电网安全可靠运行有着积极的作用。

在现场测试过程中，传统CT极性校验需至少2人到场协同作业，平均测试时间大约为2.5h；而便携式CT绕组极性校验仪仅需要1人到场操作且平均测试时间不超过20min，工作效率提高了6.5倍，从根本上改善了CT极性校验的时效性和准确性。

此外，传统CT极性校验需1人进入柜内，用连接电池的导线短时触碰电流互感器接线排，使毫安表中有电流经过。操作时若操作不当容易引起表计损坏、人员触电等，安全风险等级较高。而便携式CT绕组极性校验仪仅需要一次接线即可通过表计中的指示灯准确判断极性，其安全系数较高，操作风险大幅降低，实用效益显著，值得深入研究和推广应用。

3.2 注意事项

便携式CT绕组极性校验仪使用前要先对其运行参数进行校验，确定脉冲周期、脉冲峰值电流、输出相情况等是否满足设置要求。本次CT绕组极性测试时脉冲周期设定为2s，脉冲电流经放大器放大后峰值可达到1A，检测过程中若测试结果与参数设定方式不一致，应先校准，直至数据与设定参数一致后方可投入现场使用。

便携式CT绕组极性校验仪自动化水平较高，在使用时应注意做好养护，定期清理仪器接线、测试按钮和显示元件，避免积尘油渍对仪表精度的影响。尤其是在长期使用时，应对仪表性能进行检测，若发现仪表精度或可靠性不达标，应及时对便携式CT绕组极性校验仪进行检修或更换，避免由仪表问题造成的CT极性检验结果错误，引起严重CT接线事故。

4 结束语

便携式CT绕组极性校验仪可通过内置多路信号采集通道，实现实现单人操作电流互感器二次绕组极性测试，既可以通过指示灯闪烁情况也可以通过警报声来判断极性，减少了信息沟通上的障碍，降低了传统检测中肉眼观察电流幅值变化的难度。同时，还在脉冲信号采集过程中形成阶段性的信号采集通断，实现了模拟信号和数字信号的可靠转换，其安全性、可靠性和稳定性明显提升，已经成为新时期CT绕组极性校验中的重中之重。