配电自动化终端检测平台模拟量转电子量工装设计研发 

周立超,张倩然,石海鹏,高贺,陈旭

摘要：配电终端作为配电自动化的关键环节和设备，负责监测和数据收集、遥测、远程通信、远程控制等重要功能。目前新型配电一二次融合成套设备的普及，导致传统的配电自动化终端检测平台无法直接对新型一二次融合配套终端进行测试。一种适用于配电自动化终端检测平台的模拟量转电子量工装的设计研发改变了现状，使得市面上常见的配电自动化终端检测平台能够全面有效地自动测试新型一二次融合配套终端的通信、功能和性能。

关键词：配电自动化终端；配电一二次融合成套设备；转换工装；自动测试

一、前言

目前我国大力普及配电一二次融合成套设备的使用。一二次融合开关由属于一次设备的开关本体和属于二次设备的控制终端组成，控制终端对收集的线路运行状态数据进行分析和研判。故障发生时，控制终端根据研判结果向开关本体发送开合闸等动作指令，实现故障隔离，同时与后台主站进行双向通信。一二次融合开关将传统柱上开关以物联网和智能化技术进行改造，使其具备了人机互连能力、终端研判能力及深度集成化的特点。一二次融合设备凭借其在功能、性能方面的大幅度提升，已成为配电网未来重要发展方向。故对一二次融合设备的检测尤为重要，然而目前大多数传统的配电自动化终端检测平台无法直接对新型一二次融合配套终端进行测试。本文阐述了一种适用于配电自动化终端检测平台的模拟量转电子量工装的设计研发，使得市面上常见的配电自动化终端检测平台能够全面有效地测试新型一二次融合配套终端。

二、模拟量转电子量工装研发的意义

目前大部分电自动化终端检测试验室所配置的配电自动化终端检测平台均为模拟量输出，检测传统配电自动化终端的数据监测和收集、遥测、远程通信、远程控制、故障电流测试、故障排除、隔离、定位等功能。然而随着配电自动化终端的发展越来越集成化、标准化，配电一二次融合成套设备普及使用，大部分配套的配电自动化终端开始采用电子量进行采样，这样就需要一种模拟量转电子量工装来满足目前配电自动化终端检测平台检测新型配电自动化终端的需求。

三、模拟量转电子量工装的设计研发

目前市场上大部分配电一二次融合成套设备配套电子式配电自动化馈线终端，输入标称值采用小信号相电压交流3.25V、零序电压采用交流6.5V作为额定输入(大多采用此额定值，不排除其他额定参数情况)，经过变比计算，显示出模拟量测试二次值或一次电压值，电流输入标称值采用交流电压小信号1V、零序电流采用交流0.2V作为额定输入(大多采用此额定值，不排除其他额定参数情况)，其对应额定电流经过变比计算，显示出模拟量测试二次值或一次电流值。采用电子式配电自动化馈线终端现场更方便安装，没有互感器，没有磁饱和，现场使用更加安全。

配电自动化终端检测平台在电压模拟量输出为100V、电流模拟量输出为1A时方能实现自动检测并提高检测效率。常规测试方法为通过常规继电保护测试仪或利用自动测试平台对自动化馈线终端进行测试，常规测试方法无法对电子式配电自动化馈线终端进行有效测试，电子式配电自动化馈线终端通过小信号方式进行转换，其特殊测试方式目前不能有效进行自动测试。研发的一种适用于配电自动化终端检测平台的模拟量转电子量工装可以实现100V/3.25V以及1A/1V的线性转换，满足配电自动化终端检测平台对电子式配电自动化馈线终端的有效自动化测试。

模拟量转电子量工装由模拟量采集模块、转换模块、电子量输出模块组成。其中转换模块的电压转换模块为滑线电阻进行电压分压后通过OP2177ARZ运放模块进行运算放大后输出电子量信号。电流转换模块为稳定转换精度，采用了无源零磁通电流互感器，由文献[1]可知，磁分路短路匝补偿可以同时补偿比差和角差。如果磁分路铁心截面积显著增大,短路匝数也显著增大,在短路匝上接上负荷阻抗,那么,磁分路短路匝就成为一个辅助电流互感器, 就得到辅助互感器电动势补偿,其原理图如图1所示。系统由主铁心I、辅助互感器铁心II、次级线圈N2和辅助互感器线圈Nb2组成。N2在两个铁心上同时绕制,但在辅助铁心II上少绕Nb匝。

图1 辅助互感器补偿原理图

由文献[5]可知,互感器中感应电动势与铁心磁通的关系为：

E=4.44fNΦm

式中f为电流频率,Hz;N为线圈匝数；Φm为铁心感应的最大磁通（Wb）。

根据感应电动势与磁通的关系可知,当感应电动势等于零时,铁心磁通也等于零,即达到零磁通状态。如果在主铁心上加上检测绕组和指零仪,原理图如图2所示。调节辅助互感器的次级负荷Zb的大小和相位,使主铁心的感应电动势Eu=0,即主互感器磁通等于零,这时指零仪指零,主铁心达到零磁通状态。这样,就得到电动势补偿零磁通电流互感器。

图1 电动势零磁通补偿原理图

满足上述条件的互感器就是零磁通电流互感器,实际的次级和初级电流的比值等于额定电流比,相位相差180°,次级电流能精确的反映初级电流的大小和相位,得到高精度电流互感器。

运用上述原理的无源零磁通电流互感器将输入的电流高精度转换为稳定的小电流信号，再通过采样电阻将小电流转换为小电压信号实现了电流到小电压电子量的转换。其中电流互感器变比采用5A/2.5mA，并采用穿心2圈方式安装，采样电阻采用1000Ω，实现了1A到1V的模拟量到电子量的转换。

四、结束语

本文所研发的一种适用于配电自动化终端检测平台的模拟量转电子量工装可以实现100V/3.25V以及1A/1V的线性转换，实现了传统配电自动化终端检测平台对新型一二次融合配套终端的自动化检测的中间转换功能，并且能够高精度完成从模拟量到电子量的转换功能。同时，试验插线式接线方式使得转换工装随时随地进行更换设备等操作，满足试验室日常检测需求。未来可推广至各配电自动化终端检测试验室，提高试验室检测效率及范围。

参考文献：

[1]赵修民.测量用互感器[M].北京:机械工业出版社,1984.50-52,62-63.

[2]熊峰.电力供配电系统自动化控制发展趋势[J].中国新技术新产品，2018（20）：14-15.

[3]郑玲玲.配电网可靠性与配电终端的优化配置[D].郑州：郑州大学，2015.

[4]韩小军.基于IEC104远动规约的智能变电站辅助平台测试系统设计与实现[J].电测与仪表,2014,51(14).

[5]张西果.互感器作用与特性分析[J].电气技术与自动化,2005,34(5):100 -102.