1系统组成
1.1信号调理电路
互感器二次端子输出信号在送入A/D转换前还应作必要的处理，以提高A/D转换的准确度。对于电流传感器的输出信号，信号调理主要就是加上增益调整电路，以使得送入A/D的信号能够达到A/D器件的满量程，这样有助于减小转换误差；而对电压传感器的输出信号，考虑到过电压问题的严重性，所以输出信号端先接上隔离放大器，然后再对隔离放大器的输出信号进行增益调整，以减小转换误差[6]。信号调理电路的实现框图如图3（以2路电流和1路电压为例）所示。图3中，为使调理后的信号相位保持不变，采取的是同相放大的方法。在放大器的反馈电路上，预接了热敏电阻R3、R7和R11，作用就是根据传感器处的温度变化动态地调整放大倍数，以起到初步的温度补偿作用。
1.2A/D转换电路
本校验仪采用了16位的A/D转换器件AD977A。A/D转换电路的设计要注意以下两个问题：一是参考电压源的选取，选取16位A/D转换器的目的就是为了获得准确度高的测量结果，AD977A有内置的参考电压源，但是温度系数较大，因此应选取温度系数小的参考电压源以提高A/D转换结果的准确度；另外就是零偏和增益误差的调整，由于AD977A设计了相应的零偏和增益调整端子，所以通过相应的调整电路可以将A/D转换结果的准确度调得很高。图4给出了A/D转换部分的具体实现电路。AD977A中R1IN端和REF端可以分别用来调整转换结果的零偏误差和增益误差，其中REF02提供了调整电路所必须的精密电压，通过调整图中的电阻R2和R7就可以使得输出结果的零偏误差和增益误差达到最小[7]。
1.3GPS同步时钟
本校验仪的GPS同步时钟采用SUPERSTARGPSOEM板作为GPS接受模块，SUPERSTARGPSOEM板为并行12跟踪通道，全视野GPS接受模块。OEM板具有可充电锂电池。L1频率为1575.42MHz，提供伪距及载波相位观测值的输出和1PPS（1PulsePerSecond）脉冲输出。OEM板提供两个输入输出串行口，一个用作主通信口，可通过此串行口对OEM板进行设置，也可从此串口读取国际标准时间、日期、所处方位等信息。另一个串行口用于RTCM格式的差分数据的输出，当无差分信号或仅用于GPS授时，此串行口可不用。1PPS脉冲是标准的TTL逻辑输出形式，当导航输出有效时，该脉冲的上升沿与时间相对应[8]。1PPS脉冲是每秒中输出的正脉冲信号，其幅值为5V，1PPS脉冲的上升沿与UCT标准时间的秒脉冲同步，其误差在正负1μs之内。可以利用此脉冲信号的上升沿作为UTC时间的对时信号，此外我们可通过同步脉冲电路将1PPS信号扩展为1PPM（1PulsePerMinute）、1PPH（1PulsePerHour）等等根据实际情况用于对时。每种脉冲的输出口数可以根据应用要求进行扩展。
1.4DSP芯片
对数据采集与处理系统的设计有多种方法，本校验仪采用A/D+DSP+FPGA方案，对其进行数据采样和处理，在DSP和A/D芯片间增加FPGA。FPGA是整个系统的时序控制中心和交换桥梁，而且能够实现对底层的信号快速预处理，在很多信号系统中，底层的信号预处理算法要处理的数据量大；对处理速度要求高，但算法结构相对简单，适于用FPGA进行硬件编程实现。其优点是：可实现多通道数据采集的并行处理；FPGA的设计全部用硬件描述语言来完成，便于修改调试；除了配置芯片外，FPGA不需要附加任何外围电路，集成度高，可靠性强[9]。
2工作方式
2.1GPS同步工作方式
主机和副机之间通过无线同步方式建立通信信道，实现比差、角差的测量。当现场工况可以使用无线电台时，利用无线电台建立标准端、被测端之间的通信信道，用GPS保证同步采样的测量方式。如果选用GPS同步工作方式，需将内置了GPS同步模块的数据接收器放在室外，待其搜索到卫星并正确定位后才可以进行测量。图5为GPS同步工作方式原理框图，工作过程为：标准端控制模块下达测量命令，并通过无线通信模块传送到被测端控制模块；启动两端的高精度GPS同步模块保证标准端和被测端的采样同步性。标准端和被测端同时测量互感器的电流或电压矢量数据，测量数据互传，通过数据运算处理，得到两个信号比较后的比值差和相位差，并通过人机接口模块将测量结果进行显示、输出和保存。
2.2光纤同步工作方式
主机和副机之间通过光纤同步方式建立通信信道，实现比差、角差的测量。在光纤同步方式下标准端、被测端之间的通信信道利用光纤传输建立；标准端校验仪通过光纤发送同步采样脉冲，标准端和被测端根据同步脉冲采样，以保证采样的同步性。脉冲在光纤中传输的时间会影响到角差值。因为光速是确定的，所以当光纤长度确定时，脉冲延迟时间也是确定的，可以通过设备自校去除该固定差值。图6为光纤同步工作方式原理框图，工作过程是：标准端控制模块下达测量命令，并通过光纤传送到被测端控制模块；标准端校验仪发送采样同步脉冲以保证标准端和被测端的采样同步性。标准端和被测端同时测量互感器的电流或电压矢量数据，测量数据互传，通过数据运算处理，得到两个信号比较后的比值差和相位差，并通过人机接口模块将测量结果进行显示、输出和保存。
3应用情况
3.1测试结果
本无线校验仪和传统测差法（1级校验仪，0.05级标准互感器）对互感器测量数据对比如表1、表2。由于无线校验仪采用直接测量法，可测量与标准互感器变比不同的互感器，因此多出一组不同变比互感器的数据。
3.2结果分析
当两台相同准确度等级的计量标准进行比对，两者对同一稳定的被测进行测量的结果分别为y1和y2，则两者比对的结果应满足［10］：本校验仪的准确度等级在0.05%以内。
4结束语
本文所述的无线互感器校验仪解决了标准与被测互感器因相距较远需连接较长二次线，影响测量准确度的问题，设备的准确度等级完全满足要求。此外，还可测量与标准互感器变比不同的互感器，提高了现场标准互感器的适用范围。在互感器现场误差测试工作中，能够降低误接线风险，提高标准设备利用率，提升现场测试工作效率，有效保障试验人员和设备安全。
作者：冯凌 侯兴哲 张喜 魏东 周华勇 孙洪亮 单位：重庆市电力公司电力科学研究院
