/ 浙江省計(jì)量科學(xué)研究院

0 引言

電流互感器指的是一種在正常使用條件下其二次電流與一次電流實(shí)際成正比、且在連接方法正確時(shí)其相位差接近于零的互感器。電流互感器按照電壓等級的大小可分為低壓電流互感器、中壓電流互感器和高壓電流互感器；按照其功能又可分為測量用電流互感器和保護(hù)用電流互感器。由于測量用電流互感器作為整個(gè)電能計(jì)量的前端，其計(jì)量性能好壞將直接決定著整個(gè)電能計(jì)量的準(zhǔn)確與否，所以，測量用電流互感器一直是國家依法管理的計(jì)量器具，技術(shù)監(jiān)督部門和電力部門都非常關(guān)注其計(jì)量性能的優(yōu)劣。技術(shù)監(jiān)督部門對企業(yè)的測量用電流互感器開展型式批準(zhǔn)和定型鑒定，而作為使用方的電力部門對采購的每一只測量用電流互感器在投入使用前進(jìn)行首次檢定。

隨著電力行業(yè)的迅猛發(fā)展，電力部門對測量用電流互感器的采購量越來越大，原先的手工檢定方式對計(jì)量機(jī)構(gòu)的檢定能力提出了挑戰(zhàn)，特別是對應(yīng)用量極大的計(jì)量用低壓電流互感器更是如此。所以，國內(nèi)的電力部門計(jì)量中心已經(jīng)開始著手研究針對計(jì)量用低壓電流互感器的全自動(dòng)檢定系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電流互感器檢定輸送系統(tǒng)和電流互感器檢定裝置兩部分組成。其中，檢定輸送系統(tǒng)主要包括上料單元、輸送單元、接拆線單元、打標(biāo)單元、空箱緩存單元、下料單元等；檢定裝置主要包括外觀檢查單元、絕緣性能試驗(yàn)單元和誤差試驗(yàn)單元。系統(tǒng)建成后，將實(shí)現(xiàn)計(jì)量器具“自動(dòng)化檢定、智能化倉儲(chǔ)、物流化配送”功能，即計(jì)量用低壓電流互感器從新購入庫、待檢出庫、上料分揀、自動(dòng)檢定、下料裝箱、箱表入庫、配送出庫等全過程生產(chǎn)作業(yè)的智能化和自動(dòng)化。在提升計(jì)量公信力的同時(shí)，還可減少各類作業(yè)人員90%以上。而在這個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，從計(jì)量性能的角度上說，最為核心的即為誤差試驗(yàn)單元。自動(dòng)化檢定系統(tǒng)作為一種全新的檢定模式，按照J(rèn)JF 1033-2014《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》的有關(guān)要求對其進(jìn)行驗(yàn)收時(shí)，必須有別于以前單一的手工檢定模式。

1 電流互感器工作原理

低壓電流互感器的工作原理如圖1所示。

圖1 電流互感器工作原理

電流互感器的一次繞組串聯(lián)在被測線路中，I1為線路電流即電流互感器的一次電流，N1為電流互感器的一次匝數(shù)，I2為電流互感器的二次電流（通常為 5 A、1 A），N2為電流互感器的二次匝數(shù)，Z2e為二次回路設(shè)備及連接導(dǎo)線阻抗。當(dāng)一次電流從電流互感器P1端流進(jìn)，P2端流出，在二次Z2e接通的情況下，由電磁感應(yīng)原理，電流互感器二次繞組有電流I2從S1流過，經(jīng)Z2e至S2，形成閉合回路。由此可得，電流在理想狀態(tài)下I1N1=I2N2，所以有I1/I2=N2/N1=K，K為電流互感器的變比。

2 自動(dòng)化檢定系統(tǒng)工作原理

自動(dòng)化檢定系統(tǒng)可分為電流互感器檢定輸送系統(tǒng)和電流互感器檢定裝置兩部分組成。當(dāng)計(jì)量中心的生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)下達(dá)檢定任務(wù)，倉儲(chǔ)系統(tǒng)將裝載有待檢電流互感器的周轉(zhuǎn)箱輸送至檢定系統(tǒng)的上料單元，由檢定系統(tǒng)完成互感器的全自動(dòng)檢定作業(yè)。具體檢定流程如圖2所示。

如圖2所示，自動(dòng)化檢定系統(tǒng)依次按以下各環(huán)節(jié)工作：

1）上料單元將周轉(zhuǎn)箱內(nèi)的互感器抓取至輸送單元內(nèi)的工裝板上，掃描互感器條碼并寫入工裝板RFID。

2）輸送單元按預(yù)先設(shè)置的檢定流程，依次將工裝板輸送至外觀檢查單元、絕緣試驗(yàn)單元、誤差試驗(yàn)單元、打標(biāo)單元、下料單元，在進(jìn)入各功能單元前讀取工裝板RFID內(nèi)互感器信息，與功能單元的工位進(jìn)行信息綁定，存放于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。同時(shí)，進(jìn)入各功能單元時(shí)對工裝板進(jìn)行快速分揀和精確定位。

3）在外觀檢查單元，加載工作電壓，由紅外觸發(fā)器觸發(fā)互感器全屏和指示燈，工業(yè)相機(jī)拍照完成液晶圖像識(shí)別。

4）在絕緣試驗(yàn)單元，自動(dòng)接拆線裝置完成接線，進(jìn)行耐壓和絕緣試驗(yàn)。

5）在誤差試驗(yàn)單元，按預(yù)先編制的檢定方案完成互感器誤差檢定。

6）在打標(biāo)單元，對檢定合格互感器進(jìn)行檢定日期的激光刻錄。

7）在下料單元，將合格互感器從工裝板抓取至合格箱，不合格和異常的互感器抓取至異常下料箱，并將互感器信息和箱號(hào)綁定，完成后將裝箱信息上傳至生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)。

3 誤差試驗(yàn)單元工作流程

本單元按照J(rèn)JG 313-2010《測量用電流互感器》的要求對互感器誤差進(jìn)行檢定。當(dāng)被檢互感器進(jìn)入誤差試驗(yàn)工位后，依次完成一次繞組穿心動(dòng)作（僅對母線式互感器）或一次繞組壓接動(dòng)作（僅對復(fù)匝式互感器）、二次繞組壓接動(dòng)作，完成開路退磁、繞組極性檢查、絕緣測試、耐壓試驗(yàn)基本誤差測量等項(xiàng)目。

4 誤差試驗(yàn)單元的驗(yàn)收方案

誤差試驗(yàn)單元作為自動(dòng)化檢定系統(tǒng)中最為核心的步驟，其單元的驗(yàn)收方案應(yīng)該以JJF 1033-2014中相關(guān)要求為準(zhǔn)則，以電流互感器計(jì)量方法為出發(fā)點(diǎn)，并結(jié)合自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的特殊性，故在驗(yàn)收時(shí)需考慮以下特殊因素：

1）多路輸出的一致性測試。由于自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的誤差試驗(yàn)單元具有12路測試回路，可同時(shí)對12只互感器進(jìn)行誤差檢定（其中母線式互感器一次繞組穿心，復(fù)匝式互感器一次繞組壓接）。由于12路誤差輸出的獨(dú)立性和隨機(jī)性，可能會(huì)導(dǎo)致隨機(jī)的兩路誤差檢定單元在檢定同一只互感器時(shí)，出現(xiàn)誤差數(shù)據(jù)偏差極大的現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)同一只互感器在隨機(jī)的兩路誤差檢定單元的誤差結(jié)果完全相反的情況，所以，在驗(yàn)收時(shí)，必須要考慮到多路輸出的一致性。

2）二次繞組壓接情況不正常測試。自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的誤差試驗(yàn)單元針對被檢電流互感器二次繞組，均采用自上而下的壓接方式。而在大批量檢定過程中，由于被檢電流互感器壓接處的螺絲松緊不同，會(huì)直接導(dǎo)致壓接過程的接觸電阻不同，在試驗(yàn)過程中，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏差，并出現(xiàn)相反的結(jié)果。

3）在極性相反的情況下導(dǎo)致對計(jì)量結(jié)果的影響。供應(yīng)方在出廠時(shí)，由于繞線錯(cuò)誤，導(dǎo)致互感器極性相反，這將對計(jì)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生極大的影響，比如：在計(jì)量接線方式為三相三線，正確接線時(shí)的有功功率為

圖2 自動(dòng)化檢定系統(tǒng)工作原理

假如A相電流互感器極性接反，詳見接線圖3和相量圖4，這樣可以得出：公用線的電流Io是相電流的

圖3 接線圖

圖4 相量圖

電能表一的電流滯后電壓的角度為

電能表二的電流滯后電壓的角度為30°-φc； 所以錯(cuò)誤接線時(shí)的有功功率為

若功率因數(shù)cosφ= 0.9，則當(dāng)A相計(jì)量互感器極性接反，漏計(jì)電能為實(shí)際計(jì)量電能的：

如果計(jì)量接線方式為三相四線，則正確接線時(shí)的有功功率為

三相電路平衡時(shí)，Ua=Ub=Uc=U，

假如A相電流互感器極性接反，詳見圖3和圖4。公用線的電流Io是相電流的2倍，A相電流為-Ia，所以錯(cuò)誤接線時(shí)的有功功率為

則當(dāng)A相計(jì)量互感器極性接反，漏計(jì)電能為實(shí)際計(jì)量電能的：

5 誤差試驗(yàn)單元技術(shù)路線

針對誤差試驗(yàn)單元的上述三個(gè)特殊因素，在驗(yàn)收時(shí)，可分別采取不同的方法進(jìn)行驗(yàn)證。

1）多路輸出的一致性測試。具體的驗(yàn)收方案為，從樣品庫選取一只合格的電流互感器，依次在12路誤差試驗(yàn)單元按照J(rèn)JG 313-2010的要求進(jìn)行誤差測試，測試后對12個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，計(jì)算出在額定電流100%的比值差和相位差的最大極差，其極差應(yīng)小于該試驗(yàn)單元的比值誤差和相位誤差的擴(kuò)展不確定度。比如，選取一只800/5 A的0.2S級被檢電流互感器，經(jīng)過12個(gè)表位測試后，得到比值差的最大極差為0.011%，相位差的最大極差為0.68′，均小于該誤差試驗(yàn)單元的擴(kuò)展不確定度（分別為0.018%和 0.76′）。

2）極性相反情況下測試。具體驗(yàn)收方案為，讓供應(yīng)方特制一個(gè)極性相反的電流互感器，該異常的互感器進(jìn)入誤差試驗(yàn)單元壓接并退磁完成后，在升流時(shí)，會(huì)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)極性錯(cuò)誤，并報(bào)警提示。

6 結(jié)語

通過對自動(dòng)檢定系統(tǒng)和其誤差試驗(yàn)單元工作原理的分析，在確定合適的研究方案和技術(shù)路線后，并結(jié)合常規(guī)電流互感器誤差試驗(yàn)單元建標(biāo)考核要求，在技術(shù)上已經(jīng)基本上達(dá)到對電流互感器自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的誤差試驗(yàn)單元驗(yàn)收的要求。

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