中國(guó)報(bào)告大廳網(wǎng)訊，2021年，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《計(jì)量發(fā)展規(guī)劃 (2021─2035 年)》明確提出，針對(duì)復(fù)雜環(huán)境、實(shí)時(shí)工況環(huán)境和極端環(huán)境，開(kāi)展新型量值傳遞溯源技術(shù)研究。在電力計(jì)量領(lǐng)域，傳統(tǒng)量值傳遞溯源研究較多，新型量值傳遞溯源研究尚處于起步階段。電流互感器作為電力計(jì)量中的關(guān)鍵設(shè)備，其在實(shí)時(shí)工況下的全量程校準(zhǔn)(即 “帶電校準(zhǔn)”)是新型量值傳遞溯源的關(guān)鍵技術(shù)。2022 年發(fā)布的電力電流互感器檢定規(guī)程要求，電流互感器的檢定周期不得超過(guò) 10 年，粗略估計(jì)，每年需要周檢的計(jì)量用低壓電流互感器數(shù)量達(dá)數(shù)百萬(wàn)只。若采用計(jì)劃性停電開(kāi)展校準(zhǔn)，不僅會(huì)影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，還與新型電力系統(tǒng)保障正常用電、減少現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)導(dǎo)致計(jì)劃性停電的要求相悖，因此，實(shí)時(shí)工況下對(duì)在運(yùn)電流互感器進(jìn)行全量程校準(zhǔn)的技術(shù)具有重要意義。以下是2025年電流互感器行業(yè)技術(shù)分析。

  不同于故障診斷與在線監(jiān)測(cè)技術(shù)僅能對(duì)電流互感器行業(yè)或二次回路進(jìn)行故障判斷或狀態(tài)分析，帶電校準(zhǔn)技術(shù)需在不停電條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)在運(yùn)電流互感器全量程誤差的精密測(cè)量。當(dāng)前，雖有在線群校準(zhǔn)技術(shù)、基于羅氏線圈的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法等多種技術(shù)方案，但均無(wú)法實(shí)現(xiàn)在實(shí)時(shí)工況下對(duì)計(jì)量用低壓電流互感器進(jìn)行全量程校準(zhǔn)。為解決這一難題，相關(guān)研究提出了先注入反向電流抵消一次原有實(shí)時(shí)電流、再注入異頻試驗(yàn)電流測(cè)量誤差，最后修正誤差值的校準(zhǔn)方法，并基于此研制了校準(zhǔn)裝置，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了該裝置的有效性。

  一、電流互感器帶電校準(zhǔn)原理

  電流互感器帶電校準(zhǔn)方法主要分為三個(gè)步驟，分別是待校準(zhǔn)低壓電流互感器一次背景電流清空、異頻誤差測(cè)量以及測(cè)得值修正，所需設(shè)備包含 1 臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器(簡(jiǎn)稱 “標(biāo)互”)、2 臺(tái)升流器和 1 臺(tái)計(jì)量用低壓電流互感器帶電校準(zhǔn)裝置。其中，1 臺(tái)升流器用于注入與待校準(zhǔn)低壓電流互感器一次側(cè)電流大小相等、方向相反的電流，以抵消流經(jīng)低壓電流互感器一次側(cè)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)電流;另 1 臺(tái)升流器則用于提供帶電校準(zhǔn)所需的全量程試驗(yàn)電流。

  設(shè)待校準(zhǔn)低壓電流互感器為 CT?，標(biāo)互為 CT?;i??、i??、i??分別為一次試驗(yàn)電流、一次實(shí)時(shí)電流、一次抵消電流;i??、i??分別為經(jīng)標(biāo)互、待校準(zhǔn)低壓電流互感器耦合到二次的參考電流和待測(cè)電流。其中，i??主要由基波電流、諧波電流和其他頻率成分電流組成，基波電流頻率通常在 47.5~52.5Hz 之間，諧波電流頻率一般集中在 20 次以內(nèi)，其他頻率成分電流較微弱，可忽略不計(jì)。綜合考慮，ω?取值對(duì)應(yīng)頻率為 60Hz，即試驗(yàn)電流頻率設(shè)定為 60Hz。

  校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度主要由測(cè)量重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)器誤差、殘余電流波動(dòng)等因素引入，其中，殘余工頻電流相位偏移對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響相較于幅值波動(dòng)通?？珊雎?。

  二、電流互感器誤差測(cè)量原理：融合多種方法實(shí)現(xiàn)強(qiáng)鄰頻干擾抑制

  用于電流互感器帶電校準(zhǔn)的誤差測(cè)量方法，融合了測(cè)差法與平衡法思想，采用鎖相法指零技術(shù)，能有效抑制強(qiáng)鄰頻干擾，測(cè)量過(guò)程中通過(guò)主控校準(zhǔn)算法自動(dòng)調(diào)平衡并計(jì)算誤差。

  《2025-2030年中國(guó)電流互感器行業(yè)市場(chǎng)深度研究與戰(zhàn)略咨詢分析報(bào)告》指出，該測(cè)量方法的創(chuàng)新點(diǎn)在于將測(cè)差法、平衡法思想與鎖相技術(shù)深度融合。測(cè)差法從方法上避免了對(duì)待測(cè)信號(hào)進(jìn)行高精度測(cè)量的需求，大幅降低測(cè)量系統(tǒng)復(fù)雜度;平衡法有效提高測(cè)量分辨力;鎖相技術(shù)的采用極大提升對(duì)待測(cè)信號(hào)的提取能力。由于只需對(duì)平衡點(diǎn)進(jìn)行鎖相法指零檢測(cè)，對(duì)鎖相法指零檢測(cè)部分的軟硬件復(fù)雜度要求較低，因此該方法具有測(cè)量精度高、抗干擾強(qiáng)、系統(tǒng)復(fù)雜度低、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

  三、電流互感器帶電校準(zhǔn)裝置研制：兩大系統(tǒng)保障校準(zhǔn)功能實(shí)現(xiàn)

  (一)裝置總體架構(gòu)

  電流互感器行業(yè)帶電校準(zhǔn)裝置由試驗(yàn)與抵消電流輸出系統(tǒng)、主控與誤差測(cè)量系統(tǒng)兩部分組成。抵消與試驗(yàn)電流輸出系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量 CT?和 CT?二次電流接收主控與誤差測(cè)量系統(tǒng)的控制信號(hào)，經(jīng)分析處理后產(chǎn)生抵消與試驗(yàn)電流，分別輸出到抵消升流器與試驗(yàn)升流器。其中，經(jīng)抵消升流器輸出的電流對(duì) CT?一次電網(wǎng)電流進(jìn)行抵消，經(jīng)試驗(yàn)升流器輸出的電流提供校準(zhǔn)試驗(yàn)所需的異頻試驗(yàn)電流。主控與誤差測(cè)量系統(tǒng)則負(fù)責(zé)控制抵消與試驗(yàn)電流輸出、采集 CT?和 CT?二次電流、計(jì)算誤差以及控制校準(zhǔn)流程。

  (二)抵消與試驗(yàn)電流輸出系統(tǒng)

  抵消與試驗(yàn)電流輸出系統(tǒng)由試驗(yàn)電流信號(hào)發(fā)生單元、抵消電流信號(hào)處理單元和功率放大單元三部分組成。其中，抵消電流信號(hào)處理單元是整個(gè)系統(tǒng)的核心，包含信號(hào)取樣、信號(hào)調(diào)理、信號(hào)反向和信號(hào)疊加四個(gè)模塊。

  信號(hào)取樣模塊和信號(hào)調(diào)理模塊分別對(duì) CT?和 CT?二次電流信號(hào)進(jìn)行 I/V 轉(zhuǎn)換、信號(hào)濾波和放大處理;信號(hào)反向模塊對(duì) CT?路信號(hào)進(jìn)行 180° 相移后，再與 CT?路信號(hào)進(jìn)行矢量疊加。矢量疊加后的信號(hào)去除了混合信號(hào) i??中的異頻試驗(yàn)信號(hào) i??成分，得到將原電流信號(hào)相移 180° 后的抵消信號(hào);經(jīng)功率放大單元與抵消升流器后，輸出與原一次電流反向的抵消電流，實(shí)現(xiàn)對(duì) CT?一次實(shí)時(shí)背景電流的清空。試驗(yàn)電流信號(hào)發(fā)生單元負(fù)責(zé)接收控制信號(hào)，產(chǎn)生異頻試驗(yàn)信號(hào)，經(jīng)功率放大單元與試驗(yàn)升流器后，輸出 60Hz 的異頻試驗(yàn)電流。

  (三)主控與誤差測(cè)量系統(tǒng)

  主控與誤差測(cè)量系統(tǒng)由信號(hào)前置處理單元、加法器、反向差信號(hào)合成單元、鎖相指零單元和主控校準(zhǔn)單元五部分組成。

  信號(hào)前置處理單元負(fù)責(zé)對(duì) i??信號(hào)、i??與 i??的矢量作差信號(hào)分別進(jìn)行 I/V 轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理。反向差信號(hào)合成單元和鎖相指零單元均以 i??處理后的信號(hào)作為參考信號(hào)，反向差信號(hào)合成單元負(fù)責(zé)合成反向差信號(hào)，在加法器中與差信號(hào)進(jìn)行矢量求和，再由鎖相指零單元進(jìn)行指零檢測(cè)。

  主控校準(zhǔn)單元負(fù)責(zé)控制抵消與試驗(yàn)電流輸出、信號(hào)前置處理單元放大倍數(shù) g?、反向差信號(hào)合成單元同向分量合成系數(shù) k?、正交分量合成系數(shù) k?、鎖相指零單元指零檔位 g?，以實(shí)現(xiàn)低壓電流互感器帶電校準(zhǔn)。其硬件核心芯片采用基于 32 位的 ARMCortex-M4 嵌入式處理器 STM32F303CCT6，內(nèi)置數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和浮點(diǎn)運(yùn)算單元(FPU)，具備并行計(jì)算功能，能滿足校準(zhǔn)調(diào)平衡和矢量計(jì)算要求，且擁有豐富的外設(shè)資源，包括 2 個(gè) 12 位數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)模塊、4 個(gè) 12 位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)模塊等，可有效簡(jiǎn)化硬件復(fù)雜度、降低硬件成本。

  裝置正常工作時(shí)，系統(tǒng)按照預(yù)設(shè)的校準(zhǔn)流程完成所有校準(zhǔn)點(diǎn)的校準(zhǔn)，流程如下：初始化并設(shè)置參數(shù) g?、g?、k?、k?初值，啟動(dòng)一次電流背景抵消，讀取指零信號(hào)，判斷是否完成指零，若未完成，則根據(jù)指零信號(hào)值及變化趨勢(shì)調(diào)整參數(shù) g?、g?、k?、k?值，再次讀取指零信號(hào)并判斷，直至完成指零;完成指零后，啟動(dòng)異頻試驗(yàn)電流輸出，判斷是否完成所有校準(zhǔn)點(diǎn)，若未完成則繼續(xù)，若完成則結(jié)束校準(zhǔn)。

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