国网山东省电力公司菏泽供电公司 李 明 李中原 杜玉宇

变电站保护装置与电压、电流互感器的二次绕组出线和站用直流电源连接在一起构成二次回路，对电力系统运行进行监视和保护功能，其保护装置的正确动作对保障电力系统的安全运行起着十分重要的作用，变电站电力设备的保护装置在新装时必须保证二次回路的正确、完整性；在停电检修后也需要对二次回路进行极性、接线等测试。电压互感器采集一次系统电压、电流互感器将交流大电流转换为一定比例的小电流，供保护装置判断系统是否有异常并作出电能计量等；互感器二次回路存在的极性、接线等错误，导致保护装置误动作，可能造成更大的电力事故。

传统的电流互感器二次回路检测方法检查时需要带电运行一段时间之后进行，接线检查普遍使用的校线涉笔操作复杂，受检查条件局限、导致认为分析效率低。现阶段技术中在极性和变比测试通常利用运行状态下的负荷电流对电流回路测试，无法在停电状态下进行；在测量变比时也必须保证二次回路接线正确。例如文献[1]研究中对传统的互感器二次回路接线进行改进，提出一种仅在互感器二次侧进行操作的二次回路极性测试仪，在操作的高效性上进行提升；文献[2]的研究也只限于在电流互感器二次回路工作后投运前快速准确地判断电流互感器二次回路的完好性,避免电流互感器开路事故发生；早期文献[3]中研究的便携式电流互感器二次回路接线测试仪在结构和不拆除接线的情况下对电流互感器二次回路接线检查方面进行测试装置研制等。

目前，对于互感器二次回路测试装置，不仅功能单一，难以实现极性、相序、变比等功能自动测试；而且对于现场互感器一次之间距离较远（距离可达20-30米），测试导线过长，导线电阻过大、输出电流较小，使用不很安全方便。因此，本文研究一种基于无线通信的用于保护装置新装、停电检修下的互感器二次回路多点测试装置。

1 基于多点同步的互感器二次回路分析

1.1 广播同步分析

无线同步广播是指无线网络存在若干个节点，若干节点在同一信道上，其中节点1数据广播一帧数据之后，在这节点1通讯范围内的其他节点均收到节点1广播的数据；接收到数据的节点在数据接收完毕后，通过校验接收数据正确后切换到发射状态，各节点在各自定时状态结束后同一时刻按照统一格式向空中广播收到的数据帧，如图1所示。

1.2 保护装置互感器二次回路测试分析

1.2.1 互感器二次回路接线及变比极性分析

保护上使用的电压互感器接线中二次绕组中性线和三次绕组的零线共用一根导线连接到控制室。电流互感器将一次大电流转换为二次小电流，通过二次形成的A、B、C相电流回路，将二次电流引入保护装置；在中性点直接接地的系统中，电流互感器采用星形接线；三次绕组零线共用接线电力系统中采用不完全星形接线方式。通过标准三相电压和三相电流引入，实现各个原理的保护。图2所示为电压互感器三次绕组共用一根零线接入、三相电流接入保护装置示意图。

根据接线方式和测量电压、电流的幅值、相位进行电流互感器变比、同、反极性判断，接入电压、电流相序判断。

1.2.2 电压互感器压降测试分析

造成电压互感器二次压降的主要原因是二次回路导线阻抗和回路中接入设备形成的节点接触不良。不同的接线方式直接影响到二次压降的测量方法和压降值的大小，电压互感器二次侧与负载之间电压幅值、相位的误差是电压互感器二次压降引起的误差ΔU，测量保护装置端子和电压互感器端子的电压，得到压降。

有线式测差法根据现场环境安排不同位置的测试仪表接线，过长的电缆线影响测量数据的准确性和现场测试安全性。

2 互感器二次回路测试装置系统设计

近年来，成熟的无线通信测试方法能够高效、安全、准确的获得测试结果。针对新装或停电状态下保护装置的电流互感器二次回路接线测试存在的问题，设计互感器二次回路测试系统为1主机+3辅机系统，用于保护装置二次回路，实现远距离多个互感器同步自动测试。1主机作为测试终端，3从机由三个单相电压电流源组成，整体系统设计如图3所示。

测试终端通过无线通信同步连接三个不同回路的单相电压电流源，测试终端发出广播同步信号，三个单相电压电流源收到广播同步信号后按照本身编号同步调整电压、电流频率和对应相位输出，同时按照编号轮流应答测量的输出幅值，同步进行多个互感器二次回路接线的极性、变比、相序、通断的核对。

2.1 单相电压电流源设计

如图4单相电压电流源系统设计结构图，单相电压电流源包括电源电路、电源转换电路、逆变电路、通信单元、处理器、单相电压输出单元、单相电流输出单元。电源电路通过电源转换电路进行电压调节，给内部其他单元供电；处理器控制逆变电路进行SPWM波驱动逆变，将直流电路输出的直流电源转换为频率、电压都可任意调节的交流电源，连接到单相电压输出单元和单相电流输出单元，三个单相电压电流源产生互感器测试的工频交流电压和电流信号，施加在不同互感器的一次测。

2.2 测试终端设计

如图5测试终端系统设计结构图，测试终端包括锂电池电源电路、电源转换电路、充电电路、三相电流输入测量电路、三相电压输入测量电路、通信单元、处理器、显示器。

电源启动后通过电源转换电路给各单元系统供电，检测到电源电路电压过低时，测试终端启动充电；三相电流输入测量电路与高精度电流互感器单独连接，无需打开二次电流回路，直接测量出二次电流信号的大小；通过无线与单相电压电流源进行数据传输，得到三个单相电压电流源一次侧数据，进行多回路同步测试，与二次侧数据比对分析，检查整个保护装置二次回路的极性、变比、相序、接线是否正确，压降测试和变比测试对应连接单相电压电流源的压降测试（I）和变比测试（II）切换开关，进行测试切换；显示器采用高分辨率，真彩色、触摸显示，以表格的形式显示变比、极性等数据，接线结果对应清晰的接线分析示意图，相位关系采用向量图直观显示。

3 试验分析

为了验证本文研究装置的可行性和准确性，l利用3个100:1的标准电压互感器、2个1000:1标准电流互感器和1个30:1标准电流互感器，标准功率源作为模拟电网电源输入，接入电能表进行模拟试验（三个电流互感器距离10m，测试距离20m）。

如图6中(a)-(e)测试终端部分测试结果显示：图(a)、(b)中所示，电压互感器测试变比99:1、100:1、100:1，电压接线a-b-c，电流互感器变比986:1、29:1、992:1，电流相序a-b-c，对应显示接线图；图(c)、(d)中所示，对二次回路阻抗分别模拟电压测试阻抗1kΩ和电流阻抗1Ω，以表格形式清晰显示三相测试结果；图(e)对二次压降进行测试；其测试结果准确、精度高。

图6 测试终端部分测试结果显示图

4 结语

本文通过无线同步通信和互感器二次回路测试的分析研究，设计了用于保护装置二次回路测试装置，采用1主机+3从机模式，实现远距离通信，可在现场互感器一二次测量距离较远时实现多点同步输出和测量，一次完成三相电压电流源独立接线，自动实现三相互感器二次回路接线的极性、变比、相序、通断的同时核对，提升工作效率，具有很好的实际应用价值。