電流互感器二次側(cè)回路狀態(tài)檢測(cè)裝置研制

1、電流互感器二次側(cè)回路狀態(tài)檢測(cè)裝置研制劉超超，趙向陽(yáng)（北京航空航天大學(xué)自動(dòng)化科學(xué)與電氣工程學(xué)院，北京100191）摘要：負(fù)載電流通過(guò)電流互感器（CT）接入電能表進(jìn)行計(jì)量，若CT二次側(cè)回路被人為改變以達(dá)到竊電目的，CT二次側(cè)回路的阻抗特性會(huì)發(fā)生改變。通過(guò)在CT二次側(cè)回路串接測(cè)試CT，由STM32微控制器產(chǎn)生特定頻段的高頻檢測(cè)信號(hào)從測(cè)試CT二次側(cè)的一端注入，并由STM32微控制器對(duì)從測(cè)試CT二次側(cè)的另一端傳回的高頻信號(hào)進(jìn)行采樣和算法處理。CT

2、二次側(cè)回路狀態(tài)不同，微控制器采集的信號(hào)也不同，對(duì)應(yīng)的幅頻特性也不同。試驗(yàn)表明，該裝置可快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)二次線圈電感量差別很大的CT二次側(cè)回路的正常、開(kāi)路、短路及異常狀態(tài)。關(guān)鍵詞：CT二次側(cè)回路；測(cè)試CT；STM32；幅頻特性；狀態(tài)檢測(cè)中圖分類(lèi)號(hào)：TM933.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：文章編號(hào)：10011390(2017)00000000Developmentofsecondarycircuitstatedetectingdevicefc

3、urrenttransfmerLiuChaochaoZhaoXiangyang(SchoolofAutomationScienceElectricalEngineeringBeiHangUniversityBeijing100191China)Abstract：:Theloadcurrentisconnectedtothemeterfmeasurementviathecurrenttransfmer(CT)iftheCTsecondar

4、ycircuitisartificiallychangedtoachievethepurposeofstealingtheimpedanceacteristicsofCTsecondarycircuitwillchange.ThroughtheCTsecondarycircuitinseriestestCTthehighfrequencydetectionsignalofthespecificfrequencybgeneratedbyt

5、heSTM32microcontrollerisinjectedfromoneendofthetestCTsecondarysidethehighfrequencysignalreturnedfromtheotherendofthetestCTsecondarysideissampledprocessedbytheSTM32microcontroller.IfthestatusofCTsecondarycircuitstatusisdi

6、fferentthesignalscollectedbythemicrocontrollersarealsodifferentthecrespondingamplitudefrequencyacteristicsarealsodifferent.Experimentsshowthattheproposeddevicecanquicklyaccuratelydetectthenmalopenshtcircuitabnmalstateoft

7、hesecondarycircuitofCTwithlargedifferenceininductanceofthesecondarycoil.Keywds：:CTsecondarycircuittestCTSTM32amplitudefrequencyacteristicsstatedetection0引言近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和用電量的增大，許多不法個(gè)人或單位受經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使，采用各種技術(shù)手段進(jìn)行非法竊電。電力企業(yè)雖投入大量的人力和

8、物力試圖解決竊電問(wèn)題，但收效甚微[12]。隨著科技的進(jìn)步、竊電手段的不斷提高，以及現(xiàn)有防竊電技術(shù)的不足，竊電問(wèn)題變得越來(lái)越突出。竊電問(wèn)題不僅困擾電力企業(yè)的發(fā)展也嚴(yán)重影響了國(guó)家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展[34]。目前針對(duì)電能表的竊電手段，不外乎以下6種表現(xiàn)方式：欠壓法竊電、欠流法竊電、移相法竊電、擴(kuò)差法竊電、機(jī)械法竊電、無(wú)表法竊電[57]。圖2硬件電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案Fig.2Hardwarecircuitdesignimplementationsch

9、eme2.1測(cè)試CT測(cè)試CT是CT二次側(cè)回路狀態(tài)檢測(cè)裝置的關(guān)鍵部分，測(cè)試CT的作用是：將注入的高頻檢測(cè)信號(hào)耦合到被測(cè)CT二次側(cè)回路中；當(dāng)被測(cè)CT二次側(cè)回路狀態(tài)改變時(shí)，將二次側(cè)回路的阻抗特性的變化反映到測(cè)試CT二次側(cè)的信號(hào)處理電路。測(cè)試CT選擇高磁導(dǎo)率的坡莫合金作為磁芯材料，初級(jí)線圈匝數(shù)為7匝，次級(jí)線圈匝數(shù)為7匝，初級(jí)、次級(jí)線圈電感量L3、L4約為470H，變比K約為1，測(cè)試CT的一次側(cè)串入到被測(cè)CT二次側(cè)回路中，測(cè)試CT二次側(cè)連接信號(hào)處

10、理電路。整個(gè)檢測(cè)裝置的等效電路如圖3所示。其中Ui是注入的高頻檢測(cè)信號(hào)，Zin是等效輸入阻抗，整個(gè)線路看成是R、L、C串聯(lián)，ZL為信號(hào)接收端的負(fù)載阻抗，忽略信號(hào)注入端的阻抗，Uo為傳回的信號(hào)。信號(hào)注入信號(hào)接收UiUoLRCZinZL12圖3檢測(cè)裝置等效電路Fig.3TheequivalentEquivalentcircuitofthedetectiondevice其中L是圖2中1、2端的等效電感，當(dāng)CT二次側(cè)回路正常狀態(tài)時(shí)，其值為：32

11、1344LLLLLLL?????（1）當(dāng)CT二次側(cè)回路開(kāi)路狀態(tài)時(shí)，L1為無(wú)窮大，L的值為：4LL?（2）當(dāng)CT二次側(cè)回路短路狀態(tài)時(shí)，L1為0，L的值為：32344LLLLLL????（3）等效輸入阻抗Zin為：)1(j)j(ωCωLRωZin???（4）22)1()j(ωCωLRωZin???（5）幅頻特性為：)j()j()j()j()j()j()j(LinLioωZωZωZωUωUωHωA????（6）當(dāng)CT二次側(cè)回路狀態(tài)改變時(shí)，L發(fā)

12、生變化，則輸入阻抗Zin也會(huì)改變，而ZL不會(huì)隨之改變，因此幅頻特性會(huì)隨之變化。根據(jù)幅頻特性變化情況可以判斷出CT二次側(cè)回路狀態(tài)改變情況。根據(jù)上述公式可以看出，開(kāi)路狀態(tài)的L正常狀態(tài)的L短路狀態(tài)的L，當(dāng)頻率相同時(shí)，開(kāi)路狀態(tài)的Zin正常狀態(tài)的Zin短路狀態(tài)的Zin，則開(kāi)路狀態(tài)的A正常狀態(tài)的A短路狀態(tài)的A，而部分短路的L位于短路和正常之間，部分開(kāi)路的L位于正常和開(kāi)路之間。設(shè)A1、A2、A3、A4、A5分別為同一頻率下的開(kāi)路、部分開(kāi)路、正常、部分

13、短路、短路狀態(tài)下的幅頻特性值，則有A1A2A3A4A5。當(dāng)CT二次側(cè)回路狀態(tài)相同，檢測(cè)信號(hào)頻率不同時(shí)，Zin的值隨頻率不同而改變，幅頻特性值也會(huì)隨之變化，并且當(dāng)頻率滿足：01??ωCωL（7）此時(shí)，即發(fā)生R、L、C串聯(lián)諧振時(shí)，輸入阻抗Zin的值達(dá)到最小值，幅頻特性值達(dá)到最大值。當(dāng)L不同時(shí)，諧振頻率點(diǎn)也不同，所以CT二次側(cè)回路狀態(tài)不同、CT不同，諧振頻率點(diǎn)也不同。根據(jù)60個(gè)頻點(diǎn)的幅頻特性曲線情況，來(lái)判斷不同CT二次側(cè)回路狀態(tài)是否改變。2.