電子式互感器現場檢測及問題分析

2012-12-05 03:23:42楊華云

四川電力技術 2012年2期

劉剛，江波，楊華云

(四川電力科學研究院，四川成都 610072)

0 引言

隨著中國經濟的不斷發展，電網容量的不斷增加，電力系統向更高電壓等級發展，傳統互感器由于以下原因，越來越不滿足高電壓、大電流條件下對互感器的要求:①傳統互感器絕緣結構復雜，體積大，造價高，電壓等級升高一倍，其絕緣、體積和造價將顯著增加;②電流互感器線性度低，在短路時容易飽和;③傳統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鐵磁諧振，從而損壞設備［1－3］。同時，隨著智能電網的不斷建設，也對互感器的多項技術指標提出了新的要求。電子式互感器不但可以避免傳統互感器的上述問題，也滿足智能電網建設的諸多要求。因此，電子式互感器的應用具有重要意義。

電子式互感器的性能決定著計量裝置是否準確計量、繼電保護裝置是否準確動作，它對電網的安全、穩定運行起著至關重要的作用。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技術指標，把好電子式互感器入網關，就需要對電子式互感器進行現場測試，投運之前發現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場應用的初期階段，大量文獻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相關的方法和技術及對電子式互感器在數字化變電站中的應用基本原理進行了介紹［4－8］，丁濤等［9］也指出電子式互感器現場測試中存在校驗技術規程滯后等問題。但總的來說，對電子式互感器現場誤差測試研究較少，對現場測試中的具體問題研究更少。對某智能變電站電子式互感器的現場測試發現的某些問題進行了探討分析，為電子式互感器的現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

該試驗所測電子式互感器參數如表1所示。

表1 電子式互感器參數

1.2 電子式互感器結構及原理

圖1 電子式互感器結構圖

電子式互感器結構見圖1，電子式互感器由電子式互感器本體及光傳輸系統、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/電流變換系統、采集系統和A/D轉換系統(由于不同電壓等級、各廠家的設計方案不同，有的廠家將采集系統和A/D轉換系統從互感器本體中分離出來，與合并單元做成一個整體，這次調試的電子式互感器采用前者)［9］。從圖1可以看出，一次電壓/電流經過分壓系統(此次調試的電子式互感器采用串聯感應分壓器分壓)/電流變換系統(此次調試的電子式互感器測量線圈為LPCT線圈，保護線圈為羅氏線圈)將高電壓/大電流轉換成低電壓/小電流，經采集器單元(采集器單元有采集系統和A/D轉換調試系統組成，對于較重要的電子式互感器，可能有多個A/D轉換通道)，將模擬量轉換為數字量并調制成光信號，然后經光傳輸系統送至合并單元。

2 現場試驗介紹

2.1 試驗主要設備

(1)0.05級(0～3 000)A/5 A標準電流互感器1臺;

(3)電子式互感器校驗儀。

圖2 電子式互感器現場測試原理圖

2.2 現場測試原理

電子式互感器現場測試原理圖如圖2所示，經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準互感器，電子式互感器獲得的一次電壓或電流信號經分壓器系統或電流轉換系統、采集、A/D轉換后提供給合并單元，然后再經光傳輸系統進入校驗儀成為被測信號，標準互感器獲得的一次電壓或電流信號經標準互感器變換后，得到的二次側信號直接進入校驗儀成為標準信號。被測信號和標準信號進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 試驗依據

本試驗依據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》對電子式互感器進行現場測試。

3 電子式互感器現場調試問題分析

3.1 互感器誤差調整

電子式互感器不僅包含電子式互感器一次設備本體，還包括對應的合并單元。因為經A/D轉換及調制后進入合并單元的信號為數字量，當誤差不合格時(適用于誤差超差不大的情況，誤差超差較大時就需要對整個電子式互感器進行全面分析，確定誤差來源)，可根據相關公式修改相應合并單元標定系數，改變合并單元的輸出值而對電子式互感器誤差進行調整。若互感器額定輸出數字量為a，在比差系數為1的時候實測互感器輸出數字量為b，則實測的互感器比差為c=［(b－a)/a］×100%，則最終定標的比差系數為d=1/(1+c)，從而可以靈活、方便地對電子式互感器誤差進行調整。這點和傳統互感器誤差的調整完全不同［10］。

3.2 互感器額定電流參數錯誤

電子式互感器銘牌顯示其額定一次電流為800 A，測試中將標準互感器、校驗儀、合并單元等一次電流設置為800 A，當一次電流從0升至120%額定電流時，得到測試點的比差、角差數據如表2所示，可以看出角差合格，比差均為－33.3左右，經檢查合并單元、校驗儀等裝置參數均正確設置，說明電子式互感器本體傳給合并單元的信號比正常情況下小1/3。經計算，該互感器的額定一次電流為1 200 A，將相關參數調為1 200 A并再次進行測試，得到誤差數據如表3所示，各測試點數據均在0.2 S級誤差限值范圍內。其原因分析如下(設合并單元內設置比差系數為1):該電子式互感器的實際額定一次電流為1 200 A，設該電子式互感器測量線圈將額定一次電流1 200 A轉換為小信號a，則其“變比”為1 200/a，當電流升至800 A時，測量線圈出來的小信號為800×a/1 200=2a/3;當合并單元中電子式互感器一次電流設置為800 A時(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置也為800 A)，其設置虛擬“變比”為800/a，當輸入小信號為2a/3，合并單元輸出的一次電流值為800×2a/3a=800×2/3，與標準互感器(此時，標準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數據。將額定一次電流改為1200 A后，所測各點數據在0.2 S級誤差限值范圍內。因此，當互感器誤差較大時，應對誤差來源進行全面分析，不能只通過修改合并單元的相關參數而實現誤差調節，否則可能不能正確發現問題，造成嚴重后果。

表2 一次電流額定值置為800 A時的誤差數據

表3 一次電流額定值置為1 200 A時的誤差數據

3.3 鄰近效應對電子式電壓互感器影響

通常在實際運行中，隔離開關(垂直于互感器)將一次電流電壓送給電子式互感器。而現場測試中，升壓器、標準電壓互感器和電子式電壓互感器通過一次導線相連，由于電子式電壓互感器頂端較高(更高電壓等級時更是如此)，遠高于升壓器、標準電壓互感器的頂端，因此，一次導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°)，導致互感器本體的電磁場分布與實際運行狀態時不一致，從而出現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近而影響電子式互感器本體電磁場分布(此時同實際運行一樣，通過隔離開關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對誤差的影響，可以看出，沒有絕緣梯時(此時條件實際運行時相同)，互感器具有很好的比差和角差，絕緣梯離互感器越近，將越嚴重影響互感器本體的電磁場分布，從而對比差產生嚴重影響甚至對互感器的誤差判斷產生質的變化。同時，由表4可知，互感器本體電磁場的變化對角差影響不大。因此，在進行互感器誤差測試時，應使電子式互感器本體的電磁場分布與實際運行時一致。

表4 額定電壓下絕緣梯離互感器不同距離對誤差的影響

3.4 外界電磁場對采集單元影響

采集單元是電子式互感器非常重要的一個組成部分，它是信號正確采集及轉換的關鍵。而采集單元由電子元器件組成，這些元器件對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，將采集單元接進線路中但是放在互感器外，與放在互感器內并封好，測出的比差和角差也會有較大差異。如表5所示，采集單元在電子式互感器內外其角差變化不大，比差則有較大改變，在外部測出合格的數據，當置于內部時，其數據將發生重大變化，甚至改變對其結論的判斷。這進一步說明，電子式互感器現場測試時，應在電子式互感器的實際運行條件下測試，否則不能保證所測數據的準確性和有效性。