摘要：针对电能表测试仪在空载电流0.05 A以下无法正确判断电能表极性和相位的问题，设计了空载电能表计量巡检测试仪。该测试仪由MCU微处理器、AD模数转换器、LCD液晶显示器、过零检测电路、滤波器、采样电压互感器和放大器组成，比较二次电流、电压回路中电压信号的相位，180°时极性正确，反之极性不正确。该仪器操作简单、应用范围广，适用于设备安装、改造时计量装置测量。
关键词：电能表；空载电流；极性判断；电压信号
0 引言
在电能计量装置巡检过程中，当回路空载运行，即电能表的空载电流很小，0.05 A以下时，电能表现场测试仪器均无法判断电能表的极性和相位是否正确。对此研制了空载电能表计量巡检测试仪[1-5]，可在空载电流0.05 A以下时判断电能表的极性和相位是否正确。
1 电能表测试仪使用现状
变电站在正常负荷接入前，线路负荷小，线路中电流很小，无法判断电能计量装置极性的正确性。表1中数据显示6条线路在小电流情况下电能表测试仪无法判断极性正确与否。
表1 丰镇柏宝庄变电站和浑源窑变电站线路测试数据
如果电能表的极性不正确，将导致电能表丢失电量、漏计量，影响计量准确性[6-7]，因此需要设计1种可以在电流为0.05 A以下时正确判断极性的测试仪[8-12]。
2 空载电能表计量巡检测试仪设计及测试
2.1 极性判断原理
新型测试仪极性判断原理是比较电流、电压回路中电压信号的相位，为180°则判断为极性正确，反之极性不正确。
2.2 硬件组成
测试仪由MCU（微处理器）、AD（模数转换器）、LCD（液晶显示器）、过零检测电路、滤波器、采样电压互感器和放大器组成。采用部件型号及功能见表2所示。
表2 各部件型号及功能
2.3 硬件电路设计
图1 测试仪电路原理图
测试仪电路原理图如图1所示，过零检测电路包括第一过零检测电路GL1和第二过零检测电路GL2。滤波器包括第一滤波器LB1、第二滤波器LB2、第三滤波器LB3、第四滤波器LB4。第一采样电压互感器TV1的一次侧和第二采样电压互感器TV2的一次侧分别与三相三线电压互感器TV的二次侧级联并接，TV1的二次侧极性端和TV2二次侧极性端均等电位相连，AD转换器与MCU通过总线连接，MCU输出端与LCD相连。第一放大器FD1的输入端和第二放大器FD2的输入端分别与L1相电流互感器L1-TA和L3相电流互感器L3-TA的二次极性端S1连接，FD1的输出端和FD2的输出端分别通过LB3和LB4与AD转换器的输入端相连，FD1的放大控制端和FD2的放大控制端分别与MCU的输入输出控制端连接[13]，实现电流信号放大倍数同步调节。
LB1和LB2分别通过GL1和GL2与MCU的输入端相连，过零检测电路的作用是把正弦波变为TTL电平的方波传至MCU，用来同步测量计算TV的相位[14-15]。
3 模拟试验
如图2所示，在实验室中，采用0.05级5000 A/1 A互感器、2 kVA升流器和1 kVA调压器组成1个电流发生回路，模拟小电流，在0.0026 A小电流情况下，测试仪可以判断电能表极性。
图2 0.0026 A电流下测试仪测试结果
如表3所示，在1%Ian情况下，二次电流为0.05 A，实际电流也是0.05 A，极性正确；如果把Ia2个端子KD交换，则二次电流为-0.05 A，极性错误。表4中，在0.01%Ian的小电流情况下，二次电流为0.005 A，实际电流也是0.005 A，极性正确；如果把KD 2个端子交换，则二次电流为-0.005 A，极性错误。
表3 模拟测试数据（1%Ian）1）
注：1）Ian—输出额定电流；Uab—输入电压；Ia—模拟电流。
表4 模拟测试数据（0.01%Ian）
4 现场测试
对丰镇柏宝庄变电站、浑源窑变电站等进行了电能表极性测试，测试结果见表5。该测试仪能够在电流为0.05 A以下时正确判断极性。
表5 现场测试数据
5 结语
针对目前市场上的电能表测试仪器在空载电流很小情况下无法判断其极性的问题，设计了空载电能表计量巡检测试仪，该仪器操作简单、实用，且无需另外提供电源，直接使用二次测试回路电源供电，解决了现场取电困难的问题，对变电站、进出线间隔、设备更新改造以及新装用户装置测量具有重要意义。
