鄒 靜，徐耘英，王 濤

（武漢電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 洪山 430070）

電力互感器是一個(gè)重要的高壓設(shè)備，廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備的測(cè)量、保護(hù)和電能計(jì)量，直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行?；ジ衅鳈z測(cè)是電力生產(chǎn)中一項(xiàng)重要工作，是電力行業(yè)電能表修校工、裝表接電工、用電檢查員、計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)工、電測(cè)儀表工、電力負(fù)荷控制員等工種必須掌握的技能，也是相關(guān)工種的職業(yè)技能鑒定項(xiàng)目。

由于現(xiàn)場(chǎng)互感器型式多樣，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，測(cè)試內(nèi)容多，需要多種測(cè)試設(shè)備，接線復(fù)雜，且高壓環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)大，容易造成人員傷害和設(shè)備損害，為了提高檢測(cè)人員的技能水平，須對(duì)專業(yè)人員做嚴(yán)格、專業(yè)和大量的培訓(xùn)。目前互感器檢測(cè)培訓(xùn)中接線檢測(cè)主要依靠人工，工作效率低下，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，理論教學(xué)中實(shí)用性不強(qiáng)。在真實(shí)設(shè)備實(shí)操訓(xùn)練中存在安全隱患，測(cè)試環(huán)境單一，不能模擬多種工況下的故障方式，且難以開(kāi)展多人同時(shí)訓(xùn)練，存在完整性、針對(duì)性不強(qiáng)，培訓(xùn)效率低等問(wèn)題。

本項(xiàng)目致力于解決以上問(wèn)題，開(kāi)發(fā)一套帶接線檢測(cè)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)互感器檢測(cè)仿真培訓(xùn)裝置[1]，該裝置依據(jù)國(guó)家電網(wǎng)有限公司互感器檢測(cè)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和職業(yè)院校電力系統(tǒng)職業(yè)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)，覆蓋互感器檢測(cè)全部?jī)?nèi)容，且能靈活設(shè)置各種故障工作狀態(tài)，能夠?qū)W(xué)員接線情況進(jìn)行接線檢測(cè)自動(dòng)識(shí)別，可以切實(shí)提高學(xué)生的理論知識(shí)水平以及專業(yè)實(shí)踐操作水平。本項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)可以為互感器檢測(cè)技能的學(xué)習(xí)提供一個(gè)安全可靠、功能完備、高效靈活的實(shí)操訓(xùn)練平臺(tái)。

1 接線檢測(cè)自動(dòng)識(shí)別整體原理介紹

傳統(tǒng)互感器現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)實(shí)操訓(xùn)練中，實(shí)現(xiàn)接線檢測(cè)普遍方式是讓學(xué)員先將測(cè)試線接好，專業(yè)的操作員再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，這種方法培訓(xùn)效率低、人工成本高，而且對(duì)設(shè)備和人身都存在一定的危險(xiǎn)性。本項(xiàng)目重點(diǎn)研究一種接線檢測(cè)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，檢測(cè)方法主要通過(guò)高低不同的電壓信號(hào)來(lái)識(shí)別判斷接線動(dòng)作。在此處對(duì)電壓的精度要求并不是很高，所以采用簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的齊納二極管來(lái)輸出不同的電壓信號(hào)。接線檢測(cè)實(shí)現(xiàn)原理圖如圖1所示。穩(wěn)壓管輸出的電壓信號(hào)須要經(jīng)過(guò)抖動(dòng)處理來(lái)提高信號(hào)檢測(cè)的準(zhǔn)確性。檢測(cè)模塊讀取電壓信號(hào)傳入CPU，CPU進(jìn)行區(qū)域值判斷，處理后傳遞給互感器仿真培訓(xùn)，互感器仿真培訓(xùn)軟件根據(jù)不同的電壓信號(hào)實(shí)時(shí)繪制出各個(gè)接線端子對(duì)應(yīng)的連接導(dǎo)線。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)員的接線情況實(shí)時(shí)分析判斷，該軟件能夠靈活的設(shè)置各種故障狀態(tài)，對(duì)互感器檢測(cè)操作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

圖1 接線檢測(cè)實(shí)現(xiàn)原理圖

2 電路設(shè)計(jì)

2.1 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓范圍

穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓都是在理想狀態(tài)下的值，但實(shí)際真實(shí)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓會(huì)在一定范圍波動(dòng)，本次設(shè)計(jì)采用的穩(wěn)壓管型號(hào)為SMA2Z系列，芯片手冊(cè)部分系列型號(hào)如圖2所示，選取SMA2Z3.3A、SMA2Z4.3A、SMA2Z5.6A這3個(gè)型號(hào)的穩(wěn)壓管計(jì)算穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓精度，數(shù)據(jù)對(duì)比表如表1所示，由表格可以看出，穩(wěn)壓管精度在5%以內(nèi)。根據(jù)穩(wěn)壓管的精度來(lái)確定CPU域值判斷的合理區(qū)間，來(lái)實(shí)現(xiàn)接線檢測(cè)的精準(zhǔn)識(shí)別。

表1 穩(wěn)壓值對(duì)比表

圖2 穩(wěn)壓管數(shù)據(jù)手冊(cè)

2.2 限流電阻選擇

對(duì)于限流電阻的阻值選擇過(guò)小會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)壓管電流過(guò)大損壞，過(guò)大會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)壓管位于反向截止區(qū)而不能進(jìn)入穩(wěn)壓工作狀態(tài)。所以這個(gè)限流電阻就會(huì)存在一個(gè)上限值和一個(gè)下限值，導(dǎo)致穩(wěn)壓管分別工作于最小和最大電流2種極限狀態(tài)。在此設(shè)計(jì)電路中，負(fù)載電阻和電源電壓的影響忽略不計(jì)。輸入電源電壓24 V ，穩(wěn)壓管型號(hào)SMA2Z10A，計(jì)算出合理的限流電阻值：

同時(shí)為了使穩(wěn)壓效果更穩(wěn)定，應(yīng)使穩(wěn)壓管工作在中度偏深的擊穿狀態(tài)，選擇輸入電壓值是2～3倍的穩(wěn)定電壓值，即Uin=(2～3)Uz，如果選擇的輸入的電壓偏小，穩(wěn)壓管會(huì)處在淺度擊穿狀態(tài)，穩(wěn)壓效果不好。

2.3 多路ADC采集設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)互感器接線原理圖的分析，電壓互感器或者電流互感器測(cè)試要連接多根導(dǎo)線進(jìn)行試驗(yàn)（情況最多為13根）。根據(jù)需求要設(shè)計(jì)多路ADC來(lái)采集多種不同的電壓值。我們采用STM32F103RBT6來(lái)完成多路電壓信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)[2]，通過(guò)數(shù)據(jù)手冊(cè)可知該芯片單個(gè)ADC測(cè)量通道多達(dá)16個(gè)，此單片機(jī)內(nèi)置12位的A/D轉(zhuǎn)換器，當(dāng)多路電壓信號(hào)由多路轉(zhuǎn)換器進(jìn)入單片機(jī)后，即可對(duì)多路電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理[3]，完成數(shù)據(jù)采集，如圖3所示。

圖3 STM32采集電路設(shè)計(jì)原理圖

為了保護(hù)單片機(jī)引腳，設(shè)計(jì)了隔離電路，采用LM324四通道運(yùn)放來(lái)做電壓跟隨器。

3 實(shí)際應(yīng)用

可用于專業(yè)教學(xué)：互感器檢測(cè)實(shí)訓(xùn)課程已列入相關(guān)電力院?！鞍l(fā)電廠及電力系統(tǒng)”專業(yè)人才培養(yǎng)方案中，本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的帶接線檢測(cè)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)互感器檢測(cè)仿真培訓(xùn)裝置將應(yīng)用于學(xué)生實(shí)訓(xùn)。

可用于學(xué)生競(jìng)賽：全國(guó)電力職業(yè)教育教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)已開(kāi)展全國(guó)職業(yè)教育技能大賽互感器檢測(cè)項(xiàng)目，本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的帶接線檢測(cè)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)互感器檢測(cè)仿真培訓(xùn)裝置將應(yīng)用于學(xué)生技能大賽和師資培訓(xùn)中。

可用于“1 +X”職業(yè)資格證書取得：帶接線檢測(cè)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)互感器檢測(cè)仿真培訓(xùn)裝置是依據(jù)國(guó)家電網(wǎng)有限公司互感器檢測(cè)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和職業(yè)院校電力系統(tǒng)職業(yè)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)而研發(fā)的實(shí)訓(xùn)裝置，為職業(yè)院校學(xué)生的培訓(xùn)和鑒定提供了有力支撐，可以幫助在校學(xué)生取得電力營(yíng)銷服務(wù)、變配電運(yùn)維檢修等專業(yè)“1 +X”職業(yè)資格證書。

可用于職工培訓(xùn)、崗位練兵、競(jìng)賽比武、職業(yè)技能鑒定：可廣泛應(yīng)用于職工培訓(xùn)、崗位練兵和競(jìng)賽比武以及中電聯(lián)電能表修校工、裝表接電工等工種職業(yè)技能鑒定工作。