互感器校验装置综述

互感器校验装置综述

宁伟红，张国庆，于文斌

（华北电力大学电气与电子工程学院，北京，102206）

THE DEVELOPMENT OF TRANSFORMER CALIBRATION

Ning Weihong，Zhang Guoqing, Yu Wenbing

(Department of Electrical Engineering,North China Electric Power University,Beijing 102206,China)

ABSTRACT: Transformer Calibrator is the special verifying attachment for voltage and current transformers. With the development of modern industry, the demand for transformer calibrator becomes higher and higher, and so that calibrators have their development. This paper mainly introduces the methods of transformer’s verification, summarizes many kinds of manual and automatic transformer calibrator’s and new microprocessor-based current transformer calibrator’s generation circuit of signals and testing circuit by collecting lots of new information. By comparing these methods with each other, it concludes the best calibrator system based on the development platform of virtual instrument, which possesses multi-functions can speed up the development of novel transformer.

KEY WORDS： Transformer Calibrator，ratio error，phase error， virtual instrument

摘要：互感器校验仪是用于检定电压互感器与电流互感器的专用设备，随着现代工业的发展，对互感器校验仪的要求也逐渐提升，互感器校验仪也随之不断发展。本文主要介绍了互感器的校验方法；概述了互感器校验仪从手动到自动，高智能化的发展，并根据其发展对互感器校验仪进行了分类，简要分析了各种取差、测差电路以及相关产品，指出互感器校验仪的最新发展方向。

关键词：互感器校验仪，比差，相角误差，虚拟仪器

早期的互感器校验仪主要设计成直接比较式

的，由于仪器受电阻和电容元件准确度的，后来制成测差式的，使校验仪的线路和结构得到简化，性能得到提高。

2 互感器校验仪的发展

早在上世纪50年代，国内外互感器校验仪主要着重于手动互感器校验仪的发展。60年代初，国内使用的互感器校验仪不是国外进口的就是仿制国外的，而且这些校验仪都只能检定0.1级以下互感器。随着我国0.05级以上高准确度互感器的研制成功，为适应检定高准确度互感器的校验仪的需要，我国在六十年代末自行研制成功比较仪式校验仪[1]，可以检定10级至0.01级电流互感器和电压互感器。原来只能用于奥地利磁耦合式上的双级电流互感器也可在比较仪式校验仪上使用，为双级电流互感器的发展提供了有利的条件。比较仪式校验仪由于结构简单，性能良好，很快在国内就得到了广泛的应用。

随着微电子技术和计算机的发展，人们对相对法实用普及型互感器校验仪提出了更高的要求，互感器校验仪从手动、单一功能向自动型甚至带有微处理器的智能型发展。多年来，相继研制出多种互感器自动校验装置及智能装置。80年代，国外开始出现各种应用电子线路和微机的自动互感器校验仪(简称数显校验仪)。90年代国内也研制成功了各种数显校验仪，使互感器的检定走上了自动检测的道路，并且开创了微机在互感器及其测试仪器上的应用。于是智能型互感器校验仪迅速发展，应用越来越广，并不断朝着高自动化，高智能化，高准确度，小型化的方向发展。

1 引言

互感器校验装置是用来对现场应用的或者在实验室应用的电压和电流互感器进行技术性能的检定，是互感器的主要测试仪器。互感器性能的校验是电流互感器研制中的重点，随着生产技术的发展，一方面互感器的发展对互感器校验仪的发展提出各种新的要求，另一方面新材料新技术促进了互感器校验仪的发展。

3 互感器校验仪的分类

互感器校验仪使用比较法测量被检互感器与标准互感器二次电压或电流比差与相角误差的仪器，测得的比差用二次电流、电压量的相对误差（％）表示，相角误差用min或crad表示。互感器校验仪从使用方法上可分为直接比较型和测差式两类。直接比较型只能比较两个额定参数相同的电流、电压量，间接比较型可以比较两个额定参数不同的电流、电压量。

直接比较式互感器校验仪，目前常用的只有磁势比较型与交流电桥型两种。测差式互感器校验仪，按其电路特点可分为电桥比较型、电位比较型、电流比较型、数字式和虚拟仪器等。 3.1电位比较型互感器校验仪 3.1.1 基本测量电路

电位比较型互感器校验仪[2]

都是采用差值法原理进行取差，然后用直角坐标型交流电位差计的原理进行取差，其基本测量电路如图•3.1•所示，它是以工作电流I2n为参考对向量电压∆U进行测量的

一种电路。图中，T为同相电流互感器，M为正交电流互感器，F为同相滑线盘电位器；D为正交滑线盘电位器；F与D的中间点O用导线短接起来，O点的左侧可输出正极性电位，右侧可输出负极性电位。F电位器上有一滑动触点A，A的滑动可以改变输出电位的大小与极性；D电位器上有一滑动触点B，它的滑动可以改变正交电位器上输出电位的大小与极性。T与M 的供电电流皆为I2n•，可用电流表A检测其大小。D为交流指零仪。∆U 表示代测

量的相量电压。

∆U•DF+AO-+BO-DTI•M2nA 图3.1 电位比较型基本测量电路

当工作电流•

I2n由标准电流互感器供电时，为了测量∆U，可调节T与D两个滑线盘电位器上的触点A与B ，直至交流指零仪D指在零位，则由两∆U•个电位器产生的输出电压之和将与被测电压相等。故的平衡方程

••••

U•AO+UBO=UAB=∆U （1） UAB=KTI2nrAO+jKMI2nrBO （2） 式中 KT与KM分别为互感器T与M的变换系数； rAO与rBO分别为F与D电位器上的取样电阻。

3.1.2 典型产品

电位比较型互感器校验仪在国内应用最广的产品是HE5型，它是仿国外AHT型互感器校验仪的基础上，加以局部改进后成为正式产品的。HE11型互感器校验仪是电位比较型中的一种便携式产品。HE5、HE8和HE11是目前我国基层单位应用较广泛的三种校验仪。

3.2电流比较型互感器校验仪 3.2.1 基本测量电路

电流比较型互感器校验仪的基本测量回路是以工作电压为参考，对一个电流向量进行分部测量的电路，其原理电路如图3.2所示。图中， TB是一只辅助电压互感器，它有两组都是极性对称的电压输出，一组对称电压经单刀双掷开关K1施加到同相测量回路，另一组对称电压经单刀双掷开关K2施加到正交测量回路；T为电流比较仪，其次级绕组接有交流指零仪D，其初级绕组由三个支路供电：一个支路是从上述的同相电压经过可调电导箱•G提供同相电流IG，另一支路是从上述的正交电压•

经可调电容箱C提供的正交电流•IC,第三个分支是被测量的电流向量∆I从K端引入，D为电流比较

仪初级绕组的低电位端，准备在测量试验时接至相应的低电位。

∆I•KD•GI•GTICDCK1K+2-TBUB

U•

图3.2 电流比较型基本测量电路•

B与待测电流∆II••

•施加至测量回路时，上述三个电流G，IC与∆I都流进了电流比较仪的初

级绕组，一般来说，它们的向量和是不为零的。可以交替地调节电导箱与电容箱的示值，并伴随调节

K1与K2的极性，直至交流指零仪D指示于零位为止。这时电流比较仪中的电流将达到平衡状态，从而得平衡方程

∆•••

•I+IG•+IC=0 (3)

式中又有 IGI•=U•

BKFG （4） C=UBKDjωC (5)

式中 KF为互感器TB同相输出电压的交换系数； KD为互感器TB正交输出电压的交换系数。 将（•4）与式（•5）代入式（•

3）得 ∆I=−UBKFG−jωUBKDC (6) 3.2.2 典型产品

HEG2型互感器校验仪是采用电流比较仪平衡原理进行测量的，是电流比较型的典型产品。它与HEB型、HEG1型、HEG3型与HEG4型互感器校验仪相类似。HEG5型互感器校验仪综合了HEG2型与HEG4型两者的优点，扩大了工作范围。 3.3 数字式智能互感器校验仪 3.3.1 基本原理

目前，我国使用较多的数字式互感器校验仪大多采用差值法原理进行取差，通过数字逻辑电路对误差信号进行采样、运算处理，然后将测试的标定点、比差、角差等参量用数字显示出来。常见的数字式互感器校验仪测量电路如图3.3所示，它的原理电路可以设计成多种类型，但核心还是正交移相技术。

I2N(t)I/VA滤波幅值保持A/D过零检测过零过零电子CPU检测检测开关∆I2(t)I/VA滤波采样保持A/D

图3.3 常见数字式互感器校验仪测量电路 在如图的测量电路中，

比差 f=∆Icosα/IS×100% 角差 δ=∆Isinα/I′

S3438

式中 ∆I为差值通道信号幅值，IS为标准通道信号幅值，α为两个通道信号相位差。 3.3.2 主要发展

早期的数字式互感器校验仪，是把先进的电子测量技术与电工测量技术相结合的测量仪器，虽然

未实现智能化，但性能及功能均优于单纯电工型互感器校验仪。而将电子技术和微处理技术应用于互感器校验仪，就产生了智能型互感器校验仪。数字式互感器校验仪不断的由简单数显型发展成高智能型校验仪。

电子式互感器校验仪[3]按工作原理分为零值法和非零值法两类。其中非零值法的设计思路是将同相分量与标准电流作除法运算得出比差，将正交分量与标准电流作除法运算求得角差，不需进行平衡调节，因而省去了交流指零仪，而带之以数字式的误差显示。瑞士Tettex公司生产了2761型自动数显电流互感器校验仪，2765型自动数显电压互感器校验仪，采用Zinn的微差支路法取差电路，实现了自动连续测量，直接读数显示，高集成化和滤波技术有效抑制噪声和谐波干扰[4]。国产HES-1型数字式互感器校验仪得工作原理与此类似。

自动平衡互感器校验仪[6,7]是在电流比较型互感器校验仪的原理基础上，以单板机为核心，利用智能化技术代替手动操作控制互感器校验仪的平衡过程、自动校零与控制检定程序。根据测量仪器智能化的发展趋势，1983年美国借鉴Zinn和Braun方法首推微机化互感器自动比较仪[8]，其取差电路为自动平衡电流互感器取差，测差电路把Zinn的模拟乘法器检相闭环平衡式与Braun的电子矢量计结合起来，在模拟计算机线路中完成全部测差功能。此线路的平衡式保证其精度，可对不同变比互感器测试，但线路复杂，易于自激，不能扩频。基于Braun法，哈尔滨工业大学于1986年进行了微机化音频电流互感器自动校验仪的研制，采用了自平衡电流比较仪做取差线路。

智能型比较仪式互感器校验仪[9-11]也是在电流比较型互感器校验仪的原理基础上，但以单片机为核心，按一定软件功能与算法来实现自动检测、自动反馈、自动补偿与自动测量及显示的。

随着数字信号处理技术的发展，基于DSP的智能型互感器校验仪[12,13]的研究，更是进一步地提高了校验仪的智能化程度，使测试更加简单。 3.4 虚拟仪器校验仪

随着电力系统的容量和传输的电压等级进一步增大，目前，国内外电子式互感器的研制工作已向实用化阶段发展。而传统的电流互感器检测方法已不适用于新型电子式互感器，因此电子式互感器校验方法及其装置的研究一直是国内外研究热点。

目前常用的方法是数字校验方法，不涉及同相分量和正交分量的分解和组合。文献[14-18]介绍了各种利用数字校验方法进行校验的技术。在各种校验技术中利用虚拟仪器技术的比较突出。虚拟仪器是基于计算机技术的开放灵活的功能模块,用户可自定义接口,通过不同功能模块的组合可构成多种仪器,实现自动测量,能方便地实时显示测量波形能进行数据分析和处理。虚拟仪器校验仪不仅具有电子式互感器校验功能，还具备虚拟仪器的特征。

虚拟仪器校验仪[19,20]与传统的校验仪相比主要有以下特点：（1）在结构上传统的数字式校验仪是由单片机和电子电路等硬件设备构成的，“虚拟电流互感器校验仪”是在PC 机上实现的仪器，校验仪的各种功能主要通过安装在计算机上的程序（软件）来实现；（2）在功能上有很大差别，传统的校验仪只能显示比差和角差，而虚拟校验仪不仅可以显示比差和角差，而且还能自动出比差和角差曲线、数据自动存储、电流波形显示、给出在不同负载电流下的准确度等等，可以说原来需要由人工完成的数据分析和处理工作全部由计算机来完成，而且检测完成后直接给出准确度等级；（3）在操作上只须调整电流大小，虚拟校验仪就能自动记录检测数据，进行分析和计算。

4 总结

自从上世纪50年代末以来，随着生产的发展

和市场需要，互感器校验仪有了很大的发展，并在不断创新中。本文介绍了互感器校验装置从手动、单一功能向自动型，简单数显型到带有微处理器的智能型的发展。按照互感器校验仪的发展，本文对其进行了分类和简略的分析。DSP技术和虚拟仪器技术作为新兴技术，正在不断的发展和走向成熟，随着新技术的发展和应用，互感器校验仪的性能将得到大的提高，校验装置将更加智能化、现代化。

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收稿日期 2007年10月30日 作者简介

宁伟红（1985-），女，硕士研究生，研究方向为电力系统分析与控制； 张国庆(1969-)，男，博士研究生，主要研究领域为光学技术及其在电力系统中的应用；

于文斌（1976-），男，博士研究生，研究方向为光电测量技术及其在电力系统中的应用