電子式互感器現(xiàn)場檢測及問題分析

劉 剛，江 波，楊華云

(四川電力科學(xué)研究院，四川成都 610072)

0 引言

隨著中國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)容量的不斷增加，電力系統(tǒng)向更高電壓等級(jí)發(fā)展，傳統(tǒng)互感器由于以下原因，越來越不滿足高電壓、大電流條件下對(duì)互感器的要求:①傳統(tǒng)互感器絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，造價(jià)高，電壓等級(jí)升高一倍，其絕緣、體積和造價(jià)將顯著增加;②電流互感器線性度低，在短路時(shí)容易飽和;③傳統(tǒng)互感器絕緣方式大多采用油紙絕緣，具有油紙絕緣的通病如油易燃等;④電壓互感器容易出現(xiàn)鐵磁諧振，從而損壞設(shè)備［1－3］。同時(shí)，隨著智能電網(wǎng)的不斷建設(shè)，也對(duì)互感器的多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)提出了新的要求。電子式互感器不但可以避免傳統(tǒng)互感器的上述問題，也滿足智能電網(wǎng)建設(shè)的諸多要求。因此，電子式互感器的應(yīng)用具有重要意義。

電子式互感器的性能決定著計(jì)量裝置是否準(zhǔn)確計(jì)量、繼電保護(hù)裝置是否準(zhǔn)確動(dòng)作，它對(duì)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。因此，為了保證壽命長、重要性高的電子式互感器具有良好的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，把好電子式互感器入網(wǎng)關(guān)，就需要對(duì)電子式互感器進(jìn)行現(xiàn)場測試，投運(yùn)之前發(fā)現(xiàn)電子式互感器是否存在缺陷和不足。目前，電子式互感器處于現(xiàn)場應(yīng)用的初期階段，大量文獻(xiàn)從理論角度分析了電子式互感器的誤差，分析電子式互感器校準(zhǔn)相關(guān)的方法和技術(shù)及對(duì)電子式互感器在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用基本原理進(jìn)行了介紹［4－8］，丁濤等［9］也指出電子式互感器現(xiàn)場測試中存在校驗(yàn)技術(shù)規(guī)程滯后等問題。但總的來說，對(duì)電子式互感器現(xiàn)場誤差測試研究較少，對(duì)現(xiàn)場測試中的具體問題研究更少。對(duì)某智能變電站電子式互感器的現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)的某些問題進(jìn)行了探討分析，為電子式互感器的現(xiàn)場測試提供參考和幫助。

1 電子式互感器介紹

1.1 電子式互感器參數(shù)

該試驗(yàn)所測電子式互感器參數(shù)如表1所示。

表1 電子式互感器參數(shù)

1.2 電子式互感器結(jié)構(gòu)及原理

圖1 電子式互感器結(jié)構(gòu)圖

電子式互感器結(jié)構(gòu)見圖1，電子式互感器由電子式互感器本體及光傳輸系統(tǒng)、合并單元組成，其中電子式電壓/電流互感器本體又包括分壓系統(tǒng)/電流變換系統(tǒng)、采集系統(tǒng)和A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(由于不同電壓等級(jí)、各廠家的設(shè)計(jì)方案不同，有的廠家將采集系統(tǒng)和A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)從互感器本體中分離出來，與合并單元做成一個(gè)整體，這次調(diào)試的電子式互感器采用前者)［9］。從圖1可以看出，一次電壓/電流經(jīng)過分壓系統(tǒng)(此次調(diào)試的電子式互感器采用串聯(lián)感應(yīng)分壓器分壓)/電流變換系統(tǒng)(此次調(diào)試的電子式互感器測量線圈為LPCT線圈，保護(hù)線圈為羅氏線圈)將高電壓/大電流轉(zhuǎn)換成低電壓/小電流，經(jīng)采集器單元(采集器單元有采集系統(tǒng)和A/D轉(zhuǎn)換調(diào)試系統(tǒng)組成，對(duì)于較重要的電子式互感器，可能有多個(gè)A/D轉(zhuǎn)換通道)，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并調(diào)制成光信號(hào)，然后經(jīng)光傳輸系統(tǒng)送至合并單元。

2 現(xiàn)場試驗(yàn)介紹

2.1 試驗(yàn)主要設(shè)備

(1)0.05級(jí)(0～3 000)A/5 A標(biāo)準(zhǔn)電流互感器1臺(tái);

(3)電子式互感器校驗(yàn)儀。

圖2 電子式互感器現(xiàn)場測試原理圖

2.2 現(xiàn)場測試原理

電子式互感器現(xiàn)場測試原理圖如圖2所示，經(jīng)升壓器或升流器獲得的一次電壓和電流分別提供給電子式互感器和標(biāo)準(zhǔn)互感器，電子式互感器獲得的一次電壓或電流信號(hào)經(jīng)分壓器系統(tǒng)或電流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、采集、A/D轉(zhuǎn)換后提供給合并單元，然后再經(jīng)光傳輸系統(tǒng)進(jìn)入校驗(yàn)儀成為被測信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)互感器獲得的一次電壓或電流信號(hào)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)互感器變換后，得到的二次側(cè)信號(hào)直接進(jìn)入校驗(yàn)儀成為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。被測信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較得出比差和角差，從而知道電子式互感器的性能。

2.3 試驗(yàn)依據(jù)

本試驗(yàn)依據(jù)GB/T 20840.7－2007《電子式電壓互感器》、GB/T 20840.8－2007《電子式電流互感器》、JJG 1021－2007《電力互感器》對(duì)電子式互感器進(jìn)行現(xiàn)場測試。

3 電子式互感器現(xiàn)場調(diào)試問題分析

3.1 互感器誤差調(diào)整

電子式互感器不僅包含電子式互感器一次設(shè)備本體，還包括對(duì)應(yīng)的合并單元。因?yàn)榻?jīng)A/D轉(zhuǎn)換及調(diào)制后進(jìn)入合并單元的信號(hào)為數(shù)字量，當(dāng)誤差不合格時(shí)(適用于誤差超差不大的情況，誤差超差較大時(shí)就需要對(duì)整個(gè)電子式互感器進(jìn)行全面分析，確定誤差來源)，可根據(jù)相關(guān)公式修改相應(yīng)合并單元標(biāo)定系數(shù)，改變合并單元的輸出值而對(duì)電子式互感器誤差進(jìn)行調(diào)整。若互感器額定輸出數(shù)字量為a，在比差系數(shù)為1的時(shí)候?qū)崪y互感器輸出數(shù)字量為b，則實(shí)測的互感器比差為c=［(b－a)/a］×100%，則最終定標(biāo)的比差系數(shù)為d=1/(1+c)，從而可以靈活、方便地對(duì)電子式互感器誤差進(jìn)行調(diào)整。這點(diǎn)和傳統(tǒng)互感器誤差的調(diào)整完全不同［10］。

3.2 互感器額定電流參數(shù)錯(cuò)誤

電子式互感器銘牌顯示其額定一次電流為800 A，測試中將標(biāo)準(zhǔn)互感器、校驗(yàn)儀、合并單元等一次電流設(shè)置為800 A，當(dāng)一次電流從0升至120%額定電流時(shí)，得到測試點(diǎn)的比差、角差數(shù)據(jù)如表2所示，可以看出角差合格，比差均為－33.3左右，經(jīng)檢查合并單元、校驗(yàn)儀等裝置參數(shù)均正確設(shè)置，說明電子式互感器本體傳給合并單元的信號(hào)比正常情況下小1/3。經(jīng)計(jì)算，該互感器的額定一次電流為1 200 A，將相關(guān)參數(shù)調(diào)為1 200 A并再次進(jìn)行測試，得到誤差數(shù)據(jù)如表3所示，各測試點(diǎn)數(shù)據(jù)均在0.2 S級(jí)誤差限值范圍內(nèi)。其原因分析如下(設(shè)合并單元內(nèi)設(shè)置比差系數(shù)為1):該電子式互感器的實(shí)際額定一次電流為1 200 A，設(shè)該電子式互感器測量線圈將額定一次電流1 200 A轉(zhuǎn)換為小信號(hào)a，則其“變比”為1 200/a，當(dāng)電流升至800 A時(shí)，測量線圈出來的小信號(hào)為800×a/1 200=2a/3;當(dāng)合并單元中電子式互感器一次電流設(shè)置為800 A時(shí)(因電子式互感器銘牌顯示一次額定電流為800 A，合并單元中一次電力設(shè)置也為800 A)，其設(shè)置虛擬“變比”為800/a，當(dāng)輸入小信號(hào)為2a/3，合并單元輸出的一次電流值為800×2a/3a=800×2/3，與標(biāo)準(zhǔn)互感器(此時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)互感器一次電流值也置為800 A檔)比較，比差約為－33.3，則為表2數(shù)據(jù)。將額定一次電流改為1200 A后，所測各點(diǎn)數(shù)據(jù)在0.2 S級(jí)誤差限值范圍內(nèi)。因此，當(dāng)互感器誤差較大時(shí)，應(yīng)對(duì)誤差來源進(jìn)行全面分析，不能只通過修改合并單元的相關(guān)參數(shù)而實(shí)現(xiàn)誤差調(diào)節(jié)，否則可能不能正確發(fā)現(xiàn)問題，造成嚴(yán)重后果。

表2 一次電流額定值置為800 A時(shí)的誤差數(shù)據(jù)

表3 一次電流額定值置為1 200 A時(shí)的誤差數(shù)據(jù)

3.3 鄰近效應(yīng)對(duì)電子式電壓互感器影響

通常在實(shí)際運(yùn)行中，隔離開關(guān)(垂直于互感器)將一次電流電壓送給電子式互感器。而現(xiàn)場測試中，升壓器、標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器和電子式電壓互感器通過一次導(dǎo)線相連，由于電子式電壓互感器頂端較高(更高電壓等級(jí)時(shí)更是如此)，遠(yuǎn)高于升壓器、標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的頂端，因此，一次導(dǎo)線與電子式電壓互感器將有小于90°的角度(由于場地等限制，一般為45°～75°)，導(dǎo)致互感器本體的電磁場分布與實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)時(shí)不一致，從而出現(xiàn)一種情況下比差和角差合格，而另一種情況下不合格的情況。以通過絕緣梯離電子式互感器的距離遠(yuǎn)近而影響電子式互感器本體電磁場分布(此時(shí)同實(shí)際運(yùn)行一樣，通過隔離開關(guān)將一次電流電壓送給互感器)為例來說明電磁場分布改變對(duì)電子式電壓互感器誤差的影響。表4為額定電壓下絕緣梯離電子式電壓互感器本體不同距離時(shí)對(duì)誤差的影響，可以看出，沒有絕緣梯時(shí)(此時(shí)條件實(shí)際運(yùn)行時(shí)相同)，互感器具有很好的比差和角差，絕緣梯離互感器越近，將越嚴(yán)重影響互感器本體的電磁場分布，從而對(duì)比差產(chǎn)生嚴(yán)重影響甚至對(duì)互感器的誤差判斷產(chǎn)生質(zhì)的變化。同時(shí)，由表4可知，互感器本體電磁場的變化對(duì)角差影響不大。因此，在進(jìn)行互感器誤差測試時(shí)，應(yīng)使電子式互感器本體的電磁場分布與實(shí)際運(yùn)行時(shí)一致。

表4 額定電壓下絕緣梯離互感器不同距離對(duì)誤差的影響

3.4 外界電磁場對(duì)采集單元影響

采集單元是電子式互感器非常重要的一個(gè)組成部分，它是信號(hào)正確采集及轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。而采集單元由電子元器件組成，這些元器件對(duì)外界條件如電磁場等較敏感。該電子式電壓互感器的采集卡在互感器的底部，將采集單元接進(jìn)線路中但是放在互感器外，與放在互感器內(nèi)并封好，測出的比差和角差也會(huì)有較大差異。如表5所示，采集單元在電子式互感器內(nèi)外其角差變化不大，比差則有較大改變，在外部測出合格的數(shù)據(jù)，當(dāng)置于內(nèi)部時(shí)，其數(shù)據(jù)將發(fā)生重大變化，甚至改變對(duì)其結(jié)論的判斷。這進(jìn)一步說明，電子式互感器現(xiàn)場測試時(shí)，應(yīng)在電子式互感器的實(shí)際運(yùn)行條件下測試，否則不能保證所測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。

表5 采集單元處于不同位置時(shí)互感器的誤差

4 結(jié)論

通過對(duì)電子式互感器的現(xiàn)場測試并對(duì)測試中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行分析后，得出以下結(jié)論。

(1)電子式互感器存在系統(tǒng)誤差時(shí)可通過修改合并單元或者采集單元參數(shù)來調(diào)整誤差。在帶來誤差調(diào)整靈活性和方便性的同時(shí)，也帶來誤差可任意修改的嚴(yán)肅問題，尤其對(duì)計(jì)量而言是亟待解決的管理性問題;

(2)當(dāng)測試發(fā)現(xiàn)較大誤差的情況時(shí)，應(yīng)對(duì)產(chǎn)生誤差的原因進(jìn)行全面分析，給出正確處理措施;

(3)應(yīng)模擬電子式互感器實(shí)際運(yùn)行條件下開展測試工作，以確保其結(jié)果準(zhǔn)確性和有效性。

［1］邱紅輝.電子式互感器的關(guān)鍵技術(shù)及其相關(guān)理論研究［D］.大連:大連理工大學(xué)，2008.

［2］方春恩，李偉，王佳穎，等.基于電阻分壓的10 kV電子式電壓互感器［J］.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2007，22(5):58－63.

［3］徐大可，趙建寧，張愛祥，等.電子式互感器在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用［J］.高電壓技術(shù)，2007，33(1):78－82.

［4］林國營，周尚禮.電子式互感器校驗(yàn)系統(tǒng)的誤差分析方法［J］.電測與儀表，2010，47(6):28－31.

［5］王鵬，張貴新，李蓮子，等.電子式互感器誤差分析［J］.清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，47(7):1105 －1108.

［6］徐波，張志.電子式互感器數(shù)字輸出校驗(yàn)技術(shù)［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2011，31(9):147－150.

［7］余春雨，葉國雄，王曉琪，等.電子式互感器的校準(zhǔn)方法與技術(shù)［J］.高電壓技術(shù)，2004，30(4):20－22.

［8］李九虎，鄭玉平，古世，等.電子式互感器在數(shù)字化變電站的應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31(7):94－98.

［9］丁濤，徐二強(qiáng)，武宏波，等.電子式互感器現(xiàn)場誤差測試與問題分析［J］.電測與儀表，2011，48(4):36－39.

［10］陳應(yīng)林，黃德祥，孫志杰.OET700電子式互感器的結(jié)構(gòu)與性能［J］.變壓器，2006，43(6):1－5.