接线检测自动识别技术在互感器仿真培训装置中的应用

邹 静，徐耘英，王 涛

（武汉电力职业技术学院，武汉 洪山 430070）

电力互感器是一个重要的高压设备，广泛应用于电力设备的测量、保护和电能计量，直接关系到电力系统的安全稳定经济运行。互感器检测是电力生产中一项重要工作，是电力行业电能表修校工、装表接电工、用电检查员、计量检验检测工、电测仪表工、电力负荷控制员等工种必须掌握的技能，也是相关工种的职业技能鉴定项目。

由于现场互感器型式多样，测试现场环境复杂，测试内容多，需要多种测试设备，接线复杂，且高压环境安全风险大，容易造成人员伤害和设备损害，为了提高检测人员的技能水平，须对专业人员做严格、专业和大量的培训。目前互感器检测培训中接线检测主要依靠人工，工作效率低下，容易出现错误，理论教学中实用性不强。在真实设备实操训练中存在安全隐患，测试环境单一，不能模拟多种工况下的故障方式，且难以开展多人同时训练，存在完整性、针对性不强，培训效率低等问题。

本项目致力于解决以上问题，开发一套带接线检测自动识别技术互感器检测仿真培训装置[1]，该装置依据国家电网有限公司互感器检测作业标准和职业院校电力系统职业技能等级标准进行设计研发，覆盖互感器检测全部内容，且能灵活设置各种故障工作状态，能够对学员接线情况进行接线检测自动识别，可以切实提高学生的理论知识水平以及专业实践操作水平。本项目的实现可以为互感器检测技能的学习提供一个安全可靠、功能完备、高效灵活的实操训练平台。

1 接线检测自动识别整体原理介绍

传统互感器现场检测实操训练中，实现接线检测普遍方式是让学员先将测试线接好，专业的操作员再进行现场检查，这种方法培训效率低、人工成本高，而且对设备和人身都存在一定的危险性。本项目重点研究一种接线检测自动识别技术，检测方法主要通过高低不同的电压信号来识别判断接线动作。在此处对电压的精度要求并不是很高，所以采用简单经济的齐纳二极管来输出不同的电压信号。接线检测实现原理图如图1所示。稳压管输出的电压信号须要经过抖动处理来提高信号检测的准确性。检测模块读取电压信号传入CPU，CPU进行区域值判断，处理后传递给互感器仿真培训，互感器仿真培训软件根据不同的电压信号实时绘制出各个接线端子对应的连接导线。从而实现对学员的接线情况实时分析判断，该软件能够灵活的设置各种故障状态，对互感器检测操作进行实时监测。

图1 接线检测实现原理图

2 电路设计

2.1 稳压管稳压范围

稳压管的稳定电压都是在理想状态下的值，但实际真实稳压管的稳定电压会在一定范围波动，本次设计采用的稳压管型号为SMA2Z系列，芯片手册部分系列型号如图2所示，选取SMA2Z3.3A、SMA2Z4.3A、SMA2Z5.6A这3个型号的稳压管计算稳压管的稳压精度，数据对比表如表1所示，由表格可以看出，稳压管精度在5%以内。根据稳压管的精度来确定CPU域值判断的合理区间，来实现接线检测的精准识别。

表1 稳压值对比表

图2 稳压管数据手册

2.2 限流电阻选择

对于限流电阻的阻值选择过小会导致稳压管电流过大损坏，过大会导致稳压管位于反向截止区而不能进入稳压工作状态。所以这个限流电阻就会存在一个上限值和一个下限值，导致稳压管分别工作于最小和最大电流2种极限状态。在此设计电路中，负载电阻和电源电压的影响忽略不计。输入电源电压24 V ，稳压管型号SMA2Z10A，计算出合理的限流电阻值：

同时为了使稳压效果更稳定，应使稳压管工作在中度偏深的击穿状态，选择输入电压值是2～3倍的稳定电压值，即Uin=(2～3)Uz，如果选择的输入的电压偏小，稳压管会处在浅度击穿状态，稳压效果不好。

2.3 多路ADC采集设计

根据对互感器接线原理图的分析，电压互感器或者电流互感器测试要连接多根导线进行试验（情况最多为13根）。根据需求要设计多路ADC来采集多种不同的电压值。我们采用STM32F103RBT6来完成多路电压信号采集电路的设计[2]，通过数据手册可知该芯片单个ADC测量通道多达16个，此单片机内置12位的A/D转换器，当多路电压信号由多路转换器进入单片机后，即可对多路电压信号进行A/D转换和数据处理[3]，完成数据采集，如图3所示。

图3 STM32采集电路设计原理图

为了保护单片机引脚，设计了隔离电路，采用LM324四通道运放来做电压跟随器。

3 实际应用

可用于专业教学：互感器检测实训课程已列入相关电力院校“发电厂及电力系统”专业人才培养方案中，本项目开发的带接线检测自动识别技术互感器检测仿真培训装置将应用于学生实训。

可用于学生竞赛：全国电力职业教育教学指导委员会已开展全国职业教育技能大赛互感器检测项目，本项目开发的带接线检测自动识别技术互感器检测仿真培训装置将应用于学生技能大赛和师资培训中。

可用于“1 +X”职业资格证书取得：带接线检测自动识别技术互感器检测仿真培训装置是依据国家电网有限公司互感器检测作业标准和职业院校电力系统职业技能等级标准而研发的实训装置，为职业院校学生的培训和鉴定提供了有力支撑，可以帮助在校学生取得电力营销服务、变配电运维检修等专业“1 +X”职业资格证书。

可用于职工培训、岗位练兵、竞赛比武、职业技能鉴定：可广泛应用于职工培训、岗位练兵和竞赛比武以及中电联电能表修校工、装表接电工等工种职业技能鉴定工作。