0 引言

    在電力系統(tǒng)中一般通過電壓互感器(Potential Transformer，PT)來進(jìn)行電能計量。在PT二次回路中通常接有電能表、繼電器、變送器、補償器等負(fù)載，中間可能還有多種觸點（隔離刀閘、空氣開關(guān)等）、熔斷絲以及連接回路的線纜，當(dāng)回路電流流過這些環(huán)節(jié)時，都會產(chǎn)生一定的壓降，此即為PT的二次回路壓降。由于二次回路壓降的存在，使得電能表接線端的電壓不等于電壓互感器二次輸出端的電壓，因此產(chǎn)生了由二次回路壓降引起的電能計量誤差。這一誤差比起PT及電能表本身引起的誤差，在電能計量的綜合誤差中可能占有更大的比例。為了保證供電部門和用戶的利益，必須對PT的二次回路壓降定期進(jìn)行準(zhǔn)確測試和校驗。在“電能計量裝置技術(shù)管理規(guī)程DL448-2000”中對PT二次回路壓降有明確的規(guī)定。對于Ⅰ、Ⅱ類計費電能計量裝置，PT的二次壓降不大于額定二次電壓的0.2%，其他計量裝置不應(yīng)大于額定二次電壓的0.5%。該誤差是指總合成誤差，包括了比差和角差，因此二次回路壓降測試儀器必須同時測量電壓的大小和相位，然后通過向量運算得出誤差值^[1]。

    PT二次壓降的測試方法有有線測試法和無線測試法二種^[1-2]。有線測試法是傳統(tǒng)的基本方法，它是把PT側(cè)電壓及電能表側(cè)電壓同時通過導(dǎo)線引入PT二次壓降測試儀，用測差法測出回路的壓降誤差。它的最大缺點就是在測試時要臨時鋪設(shè)測試線纜，不僅勞動強度大，并且是帶電操作，有安全隱患。為了克服有線法的不足，提出了無線測試新方法，避免架設(shè)線纜的麻煩，如圖1所示。無線測試儀包含兩臺測試裝置（主機和從機），它是在PT二次端及電能表端分別測量出各自的電壓的大小及相位，測試命令和數(shù)據(jù)通過無線通信方式傳送，然后主機通過數(shù)值處理得出回路的壓降。無線法是發(fā)展新方向，其關(guān)鍵技術(shù)是主從機的采集性能的一致性，即獨立測量的高精度和同步^[1-2]。該文重點研究同步問題。

1 同步技術(shù)

    在分布式系統(tǒng)中，各獨立單元（裝置）之間的同步協(xié)調(diào)是關(guān)鍵技術(shù)之一。通常采用同步信號的方式來實現(xiàn)同步，同步信號可以采取多種多樣的形式^[3-5]。同步信號可以從系統(tǒng)內(nèi)部提供，也可以采用外部參照信號（例如全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）信號）?；贕PS同步技術(shù)的PT二次壓降的無線測試裝置已經(jīng)比較成熟^[6]，但GPS同步信號具有相當(dāng)大的局限性。例如在地下室或某些地形限制的變電站里無法得到正常的GPS同步信號，也就無法實現(xiàn)主從機的同步。以下主要介紹基于局域信號同步的電流信號同步方式。

    基于電流同步方式以單相回路來說明，實施的方案如圖2所示。在回路的PT側(cè)ab和表計側(cè)a′b′各設(shè)置一個電流取樣頭CT和CT′，把二次回路電流轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓V和V′。然后將V和V′分別做適當(dāng)放大，利用過零比較器對其進(jìn)行過“0”檢測，產(chǎn)生的過“0”信號即可作為二側(cè)測試系統(tǒng)的同步源信號。

1.1 測試啟動的同步

    為了保證PT側(cè)和表計側(cè)把同一個電流周期的過“0”信號作為同步信號，在主從測試裝置均作好準(zhǔn)備后，先讓從機處于等待命令狀態(tài)。在主機得到電流過“0”信號后，向副機通過電力線載波發(fā)出準(zhǔn)備測試命令，這聯(lián)絡(luò)時間遠(yuǎn)小于電流的周期，至此主從機都處于準(zhǔn)備啟動測試狀態(tài)。在下一個電流過“0”信號到來時，主從機同時開始測試，實現(xiàn)了啟動測試的同步。

1.2 整電流周期測試的同步

    由于電網(wǎng)的頻率不是固定的，而是在一定范圍內(nèi)相對緩慢地變化的，所以要保證整電流周期的同步采集數(shù)據(jù)，還必須完成處理器對頻率的測試和測試時間步長的自動修正。頻率的測量只要利用處理系統(tǒng)的高頻脈沖和計數(shù)器結(jié)合電流過“0”信號很容實現(xiàn)高精度的測量，關(guān)鍵是步長的修正或采集點數(shù)量的修正。這里主要介紹步長的修正。

    測出的電流周期T是高速脈沖數(shù)，所以在固定采樣點數(shù)為N時，采樣步長L應(yīng)為T/N，也是高速脈沖數(shù)。但它一般不是整數(shù)，而控制采樣必須是整數(shù)，因此有離散化的要求。如果將其作四舍五入的簡單處理，步長可能產(chǎn)生±0.5個脈沖周期的誤差，整個電流周期可能產(chǎn)生±0.5N個脈沖誤差，無法滿足測量準(zhǔn)確度的要求，需要適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行修正，合理處理計算出步長的小數(shù)部分。由于處理器功能強大，修正的方式也有很多，比較有效的方法是把計算所得的步長的整數(shù)部分作為基本步長，然后隨著采樣的進(jìn)行對小數(shù)部分做積分，用積分值的取整值0或1來對下一步長進(jìn)行進(jìn)行修正，就可以達(dá)到理想的不超過1個脈沖周期采集定時效果。

    通過采集啟動的同步和采集步長的修正，可以實現(xiàn)主從機對整周期的同步采集。這里，處理器的定時計數(shù)器采用上升沿觸發(fā)方式效果最佳。

2 基于電流同步的PT二次壓降無線測試系統(tǒng)

    采用以上介紹的同步技術(shù)的基于電流同步且整周期多點采樣的PT二次壓降無線測試系統(tǒng)組成框圖如圖3所示^[7]。在實用上，由于GPS的同步性能優(yōu)異，在測試過程中如果有GPS的場合優(yōu)選基于GPS的方式^[6]。把兩者組合成一體的PT二次壓降無線測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖4所示。相應(yīng)的軟件架構(gòu)如圖5所示。

3 結(jié)束語

    本文將多年相關(guān)浙江電力公司科技攻關(guān)項目中的基于電流同步關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)?；谔峁┓桨傅男滦蚉T二次回路壓降測試儀樣機的性能指標(biāo)能夠滿足國標(biāo)的要求^[7]，由于使用的方便性，將易于在行業(yè)內(nèi)迅速推廣。其中的同步源信號產(chǎn)生、整周期多點同步采集方法，對類似的分布式系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)有參考價值。

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作者信息:

陳國強1，朱重冶2

（1.杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州310018；2.寧波三維電測設(shè)備有限公司，浙江 寧波315032）