0 引言

    在電力系統中一般通過電壓互感器(Potential Transformer，PT)來進行電能計量。在PT二次回路中通常接有電能表、繼電器、變送器、補償器等負載，中間可能還有多種觸點（隔離刀閘、空氣開關等）、熔斷絲以及連接回路的線纜，當回路電流流過這些環節時，都會產生一定的壓降，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行準確測試和校驗。在“電能計量裝置技術管理規程DL448-2000”中對PT二次回路壓降有明確的規定。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]。有線測試法是傳統的基本方法，它是把PT側電壓及電能表側電壓同時通過導線引入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，測試命令和數據通過無線通信方式傳送，然后主機通過數值處理得出回路的壓降。無線法是發展新方向，其關鍵技術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

    在分布式系統中，各獨立單元（裝置）之間的同步協調是關鍵技術之一。通常采用同步信號的方式來實現同步，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內部提供，也可以采用外部參照信號（例如全球定位系統（Global Positioning System，GPS）信號）。基于GPS同步技術的PT二次壓降的無線測試裝置已經比較成熟^[6]，但GPS同步信號具有相當大的局限性。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ab和表計側a′b′各設置一個電流取樣頭CT和CT′，把二次回路電流轉換成相應的電壓V和V′。然后將V和V′分別做適當放大，利用過零比較器對其進行過“0”檢測，產生的過“0”信號即可作為二側測試系統的同步源信號。

1.1 測試啟動的同步

    為了保證PT側和表計側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備后，先讓從機處于等待命令狀態。在主機得到電流過“0”信號后，向副機通過電力線載波發出準備測試命令，這聯絡時間遠小于電流的周期，至此主從機都處于準備啟動測試狀態。在下一個電流過“0”信號到來時，主從機同時開始測試，實現了啟動測試的同步。

1.2 整電流周期測試的同步

    由于電網的頻率不是固定的，而是在一定范圍內相對緩慢地變化的，所以要保證整電流周期的同步采集數據，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的高頻脈沖和計數器結合電流過“0”信號很容實現高精度的測量，關鍵是步長的修正或采集點數量的修正。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，所以在固定采樣點數為N時，采樣步長L應為T/N，也是高速脈沖數。但它一般不是整數，而控制采樣必須是整數，因此有離散化的要求。如果將其作四舍五入的簡單處理，步長可能產生±0.5個脈沖周期的誤差，整個電流周期可能產生±0.5N個脈沖誤差，無法滿足測量準確度的要求，需要適當的方法進行修正，合理處理計算出步長的小數部分。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部分作為基本步長，然后隨著采樣的進行對小數部分做積分，用積分值的取整值0或1來對下一步長進行進行修正，就可以達到理想的不超過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，可以實現主從機對整周期的同步采集。這里，處理器的定時計數器采用上升沿觸發方式效果最佳。

2 基于電流同步的PT二次壓降無線測試系統

    采用以上介紹的同步技術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組成框圖如圖3所示^[7]。在實用上，由于GPS的同步性能優異，在測試過程中如果有GPS的場合優選基于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結構，如圖4所示。相應的軟件架構如圖5所示。

3 結束語

    本文將多年相關浙江電力公司科技攻關項目中的基于電流同步關鍵技術進行了總結。基于提供方案的新型PT二次回路壓降測試儀樣機的性能指標能夠滿足國標的要求^[7]，由于使用的方便性，將易于在行業內迅速推廣。其中的同步源信號產生、整周期多點同步采集方法，對類似的分布式系統設計、開發有參考價值。

參考文獻

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[7] 張旭，兀學廣.基于STM32電力數據采集系統設計[J].電子測量技術，2010，33(11)：90-93.

作者信息:

陳國強1，朱重冶2

（1.杭州職業技術學院，浙江 杭州310018；2.寧波三維電測設備有限公司，浙江 寧波315032）