GIS電流互感器狀態(tài)評估新技術應用研究

【摘 要】介紹了一種針對GIS電流互感器在運行中實現狀態(tài)評估的新技術——異頻導納測量技術，通過測量運行中電流互感器的二次回路導納值判斷電流互感器及其二次回路的工作狀態(tài)。詳細闡述了導納測量技術的測試原理及數據評估方法，分析電流互感器二次回路的故障判斷方法，總結導納測量技術在電流互感器狀態(tài)評估中的應用意義。

【關鍵詞】GIS；電流互感器；狀態(tài)評估；異頻導納

引言：

在電力工業(yè)中GIS又稱為氣體絕緣開關設備或全封閉組合電器，它是將變電站中除變壓器外的一次設備，包括電壓互感器、電流互感器、SF6斷路器、隔離開關、避雷器及母線等高壓元件根據電器主接線圖安裝在具有一定壓力的SF6氣體金屬殼體內組成的一套變電設備。GIS相對于常規(guī)開放式的變電設備具有性能優(yōu)越、占用空間小、安裝周期短及運行維護成本低等優(yōu)點，但同時GIS本身在維護檢修時工藝較復雜，由于是全封閉安裝，對于故障原因及故障位置較難判斷。

電流互感器是電能計量裝置的重要組成部分，長期以來針對電能計量準確性大部分只停留在對電能表的誤差檢定上，而關于互感器的誤差及工作狀態(tài)對于電能計量誤差的影響研究較少。電能計量是電力工業(yè)中一個重要的環(huán)節(jié)，直接影響電力企業(yè)及電力客戶的經濟利益，隨著經濟的日益發(fā)展，對電能計量的準確性要求也逐漸提高，因此，針對互感器的運行工作狀態(tài)對電能計量準確度的影響研究尤其重要。

綜上所述，針對GIS中的電流互感器運行狀態(tài)檢定工作即重要又復雜，為了實現對GIS中運行的電流互感器實現運行狀態(tài)評估，需要全新的技術手段。本文就導納測試技術在電流互感器狀態(tài)評估中的應用進行介紹分析。

一、導納測量原理

（一）理論分析

目前對于電流互感器的精度及相關參數的測試在投入運行前做的較多，但在現場投運后對其工作狀態(tài)及性能檢測方面的工作則較少。雖然當前電流互感器有相對較高的工作穩(wěn)定性，但仍有部分電流互感器在現場運行中會出現故障，直接影響電力的整體安全可靠性，所以對電流互感器進行周期檢測是很有必要的。通常對電流互感器的檢測采取不同的檢驗周期，一般相隔1-2年，而且檢測時是在停電檢修的情況下進行，即離線檢測。這種周期檢測一方面給現場運行帶來不便，另一方面檢測結果也不能完全反應出電流互感器在工作時的整體狀態(tài)。

利用導納測量技術進行電流互感器的狀態(tài)評估則不會影響電流互感器的正常工作，在電流互感器無需停電下即可完成測試，能夠較全面的反應出電流互感器在工作狀態(tài)下的整體狀態(tài)，從而達到狀態(tài)評估的目的。

在正常工作狀態(tài)下，電流互感器可以當作是一個恒流源，其工作在線性區(qū)域，內阻無窮大，二次端輸出不受二次負載阻抗變化影響。在二次阻抗繼續(xù)增大時，二次勵磁電壓達到電流互感器的飽和點，電流互感器進入非線性區(qū)域，勵磁電流增大，二次負荷端的電流逐漸被勵磁回路分流。

通過公式（4）計算的電流互感器及其二次回路導納是指在工頻50Hz條件下的測量參數。在實際工作中，由于受到一次負荷的影響，電流成分中往往包含諧波成分，如果直接根據公式（4）計算，則不能完全反應出電流互感器及其二次回去的總體導納情況，也就不能對其工作狀態(tài)進行評估。針對這個問題需要采用異頻導納測試方法進行測量，即通過導納測試設備在電流互感器及其二次回路注入異頻信號來測量導納值，從而真實反饋出整個電流互感器及其二次回路的導納情況，達到狀態(tài)評估的目的。

2、測量頻率的選擇

由于直接注入50Hz測試信號會對二次回路的基波電流值造成干擾，因此需要選擇合適頻率的測試信號。該信號頻率應該遠離50Hz基波信號，在保證了導納測試結果不受基波強電流干擾的同時也確保該測試信號不會對整個二次回路的負荷構成影響。

導納測試過程為注入異頻測試信號后采集回路中在該頻率下的電流電壓矢量，然后計算導納值。因此，在測試信號注入測試過程中應確保50Hz基波信號對采集的異頻信號量的干擾達到最低程度。同時測試異頻信號頻率亦不可過高，以免受到容性負載和雜散電容的影響。

二、測量數據比較方法

在電流互感器及其二次回路導納值測量完成后，需要根據測量得到的導納值判斷電流互感器二次回路的整體工作狀態(tài)，這就需要找出測量導納值與電流互感器工作狀態(tài)的關系。目前對于運行中的電流互感器的導納值并沒有定量規(guī)定，亦無相關的標準。而且不同廠家生產的電流互感器由于其鐵芯材料及結構各不相同，相應的導納測量值也不盡相同。如同樣變比的電流互感器，匝數越少其導納值越大，但是同種型號規(guī)格的電流互感器其導納值是相近的，而且在正常工作運行中導納值也是較穩(wěn)定不變的。因此通過測量電流互感器二次回路導納值可以采用縱向比較法和橫向比較法兩種途徑來判斷電流互感器的工作狀態(tài)。

（一）橫向比較法

橫向比較法是指通過對比一組同型號規(guī)格的電流互感器或者對比同一個電流互感器的ABC三相繞組的導納值來判斷電流互感器工作狀態(tài)。在正常工作狀態(tài)下，同型號規(guī)格的電流互感器或者同一個電流互感器的各相導納值相差很小，當發(fā)現某個電流互感器或者某相導納值與其他對比差異較大時，則可以判斷該電流互感器及二次回路存在故障問題，造成導納值發(fā)生變化。

以Y表示同一組正常無故障的電流互感器的導納平均值，Yx表示被測的某個電流互感器導納值，根據大量的測試研究，我們可以通過經驗公式判斷被測電流互感器是否存在故障。若Yx≥1.5Y或者Yx≤0.5Y，則可以判斷該被測電流互感器存在故障；若1.5Y>Yx>0.5Y，則可以判斷該被測互感器不存在故障問題。概括來說即當被測電流互感器的導納值偏離正常平均值50%以上時則可以判斷為故障。

（二）縱向比較法

正常工作狀態(tài)下，同一個電流互感器二次回路的導納值是基本穩(wěn)定不變的，因此可以通過定期檢定電流互感器的導納值，觀察其是否有明顯的上升或者下降變化，以此來評估電流互感器的工作狀態(tài)。

具體實施時可以在一段時間內對被測電流互感器二次回路進行導納測量并記錄數據，統(tǒng)計該電流互感器正常工作狀態(tài)下的導納均值，并以此值為判斷依據。在今后的檢定測量中可以將測量值與均值進行對比，判定方法與橫向比較法類似，可以依據經驗公式Yx≥1.5Y或者Yx≤0.5Y來判斷。針對電流互感器二次回路導納在線監(jiān)測可以繪制某一段時間內導納變化趨勢圖，根據趨勢圖可以顯示導納值的變化情況，若導納值呈現不斷的增大或者減小趨勢，則可以判定該電流互感器性能正在惡化。

通過橫向和縱向比較法可以較直觀的判斷電流互感器的工作情況，以此達到狀態(tài)評估目的，并及時發(fā)現潛在問題，查找故障原因，對電網運行安全具有重要意義。

三、故障分析

（一）常見故障分析

造成電流互感器故障的主要原因有絕緣熱擊穿、受潮、絕緣干燥和脫氣處理不徹底、放電損壞及人為損壞等因素，其故障類型也相對較多，主要有接地不良、分流、觸電損壞、互感器匝間絕緣擊穿等。針對電流互感器的這些故障需要從測量的導納數據進行分析對比后推斷出具體的故障情況及位置，便于故障的及時發(fā)現處理。

在測量得到電流互感器二次回路導納數據后，首先需要判斷測量數據的準確性和可靠性，然后將測量結果與規(guī)程、其他相或者同類型號規(guī)格的產品相比較，綜合利用多種試驗方法進行聯(lián)合分析，最后根據對電流互感器的狀態(tài)進行判斷，達到狀態(tài)評估目的。下面就幾個常見的電流互感器故障進行分析。

1、電流互感器二次繞組阻抗減少

當電流互感器內部匝間短路時會引發(fā)此類故障，直接導致電流互感器計量誤差變大。該類故障可以通過電流互感器的鐵芯阻抗是否改變來判斷。

電流互感器二次回路阻抗測量值包括線路阻抗、負載阻抗及勵磁阻抗，其中勵磁阻抗即為鐵芯阻抗。對于線路阻抗及負載阻抗在正常狀態(tài)下基本不變，線路阻抗可根據電纜截面、長度及電阻率等計算，或者在安裝之前可直接測量得到，通常視為純阻性負載；負載阻抗基本不變，可根據實際情況估算或者安裝之前直接測量得到。

因此，可以將測量得到的導納轉化為阻抗，然后減去線路阻抗和負載阻抗即為鐵芯阻抗，最后將鐵芯阻抗值與其他相別阻抗或者之前一段時間的測試數據進行對比，若有明顯變化且變化超過50%，則可判斷該電流互感器匝間存在短路故障。

2、線路阻抗增大

線路阻抗增大一般表現為二次端子接觸不良，如線路接觸連接片生銹或松動等，直接導致電流互感器二次負荷明顯增大，進而互感器感應電動勢E隨之增大。當E≥Est（Est為飽和點電壓）時，電流互感器的勵磁電流將加速上升，隨之勵磁阻抗迅速下降，勵磁導納Y 加速上升。

3、二次回路分流

電流互感器二次回路分流即等效于二次負荷降低，電流互感器仍工作在線性區(qū)域，勵磁阻抗基本不變，負載阻抗降低，導致導納測量值將增高。

（二）狀態(tài)評估方法

對于電流互感器的狀態(tài)評估，可以根據在線實時監(jiān)測二次回路導納值來評估外，也可以通過定期巡檢測量來評估。具體可以通過建立歷史監(jiān)測數據庫，然后將新測量的數據與歷史數據進行對比，繪制導納變化趨勢圖等手段實現電流互感器的狀態(tài)評估。

在實際應用對比中，應重視同一互感器三相之間的數據對比，通過建立橫向對比數據進行判斷。對于有疑點的互感器及其二次回路或者懷疑有惡化趨勢的部位應重點查看，及時發(fā)現電流互感器的潛在故障隱患。

四、總結

本文通過介紹GIS電流互感器的運行工作環(huán)境闡述了對電流互感器進行在線狀態(tài)評估的重要性，從電流互感器及其二次回路的等效電路出發(fā)，分析導納測量技術應用于電流互感器狀態(tài)評估的可行性。具體介紹了導納測試技術的原理及實施過程，討論測量數據的分析方法及對電流互感器狀態(tài)評估的理論分析。

導納測試技術對于電流互感器的狀態(tài)評估具有較好的指導性，可以偵查二次回路潛在故障區(qū)域，降低故障惡化的概率，減少電能損失和安全事故的發(fā)生，對電流互感器的狀態(tài)評估具有重要指導意義。但同時導納測量也存在不足之處，例如單單根據導納測量值并不能完全判斷所有的電流互感器故障情況，也不能完全準確定位故障地點。針對該問題可以通過建立長期監(jiān)測的數據庫，開發(fā)數據分析系統(tǒng)并結合現場監(jiān)測人員工作經驗來有效解決，這也是今后需要加以研究的方向。

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作者簡介：

楊雪峰（1982—），男，云南大理人，助理工程師，學士，現在云南電網公司楚雄供電局工作，從事計量中心技術管理。

武金福（1966—），男，云南昆明宜良人，工程師，學士，現在云南電網公司楚雄供電局工作，從事計量中心技術管理。

阮志峰（1982-），男，浙江紹興人，工程師，學士，現在廈門紅相電力設備股份有限公司工作，從事電能計量技術應用及管理。