電磁式電流互感器不穩(wěn)定因素帶電檢測(cè)技術(shù)

錢永亮，唐明淑，朱洪明，季興福

(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司文山供電局，云南 文山 663000)

0 前言

互感器是變電站重要的一次高壓設(shè)備，其中電流互感器的故障率目前占比較高，主要故障表現(xiàn)為內(nèi)部高溫、放電導(dǎo)致爆炸，以及帶負(fù)載能力不穩(wěn)定導(dǎo)致保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)作等。

由于電流互感器在線性工作區(qū)域時(shí)，二次電流和負(fù)載保持相對(duì)一致的波動(dòng)，輕微的故障不易通過(guò)二次電流表現(xiàn)出來(lái)。電流互感器或電流互感器二次回路的運(yùn)行特性不良導(dǎo)致的保護(hù)誤動(dòng)作的概率居高不下。尋找引起系統(tǒng)異常的原因和故障特征相對(duì)困難，主要表現(xiàn)為:溫升是一定故障累積爆發(fā)的過(guò)程，而局放測(cè)量受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境噪音影響較為明顯，紫外成像被認(rèn)為是檢測(cè)表面放電的有效技術(shù)，但對(duì)于設(shè)備內(nèi)部是否出現(xiàn)絕緣缺陷，很難得出直接關(guān)系。

帶電掃頻測(cè)量技術(shù)是一種將高頻信號(hào)注入到二次繞組回路的分析方法，將環(huán)路等效阻抗進(jìn)行了量化，可通過(guò)等效網(wǎng)絡(luò)阻抗的分析研究運(yùn)行電流互感器的健康狀態(tài)［1］。本文提出將掃頻阻抗測(cè)試技術(shù)運(yùn)用到運(yùn)行工頻環(huán)境的技術(shù)方案，研究寬頻域范圍的阻抗特征，并通過(guò)模擬故障獲得的阻抗頻譜跳變數(shù)據(jù)來(lái)印證阻抗頻譜檢測(cè)技術(shù)在帶電運(yùn)行互感器不穩(wěn)定因素中的應(yīng)用有效性。

1 帶電掃頻技術(shù)原理

1.1 電磁式電流互感器帶電測(cè)試

CT 帶電等效回路分為CT 一次，二次繞組，二次回路，電表等二次負(fù)載［1，4，5］，帶電掃頻測(cè)試分析(online frequency response analysis－OFRA)裝置通過(guò)串聯(lián)模式接入二次帶電回路，構(gòu)成二次回路的一部分［13］。其帶電掃頻測(cè)試原理圖如圖1所示。由于OFRA 設(shè)備內(nèi)部采用了低阻設(shè)計(jì)，因此對(duì)二次回路整體負(fù)荷的影響可以忽略［13］。

圖1 帶電掃頻測(cè)試原理圖

測(cè)試時(shí)，OFRA 內(nèi)部通過(guò)產(chǎn)生高頻掃頻信號(hào)源注入到二次回路，內(nèi)部采集裝置獲取環(huán)路信號(hào)的電流或電壓信息，最終繪制阻抗頻譜和相位頻譜曲線［13－14］。由于整個(gè)帶電操作全部通過(guò)二次回路實(shí)現(xiàn)，因此無(wú)需接觸一次高壓。

1.2 OFRA 裝置現(xiàn)狀

實(shí)際應(yīng)用中，由于直接接入的回路阻抗不高，因此OFRA 裝置的輸出功率較小，非常適用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，但由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境噪音的作用，OFRA 必須具備工頻電流抑制功能。

帶電操作時(shí)，盡管無(wú)需接觸一次高壓，但由于要操作二次端子開(kāi)關(guān)才能將OFRA 裝置串入帶電二次回路，操作失誤可能導(dǎo)致二次回路開(kāi)路，因此存在安全顧慮;另外由于帶電環(huán)境的工頻電流影響，一般采用線性掃頻模式，測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)，效率偏低，每只CT 的測(cè)試時(shí)間約為3～5 分鐘，加上恢復(fù)端子盒的時(shí)間，每只CT 的測(cè)量時(shí)間約6～8 分鐘，一個(gè)變電站通常有上百只CT，這些因素限制了OFRA 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的推廣應(yīng)用。

2 改進(jìn)方法

2.1 帶電夾鉗式測(cè)量模式

圖2 改進(jìn)型夾鉗測(cè)量式OFRA 原理

由圖2 所示，改進(jìn)型夾鉗測(cè)量式OFRA 比直接接入式OFRA 增加了兩路夾鉗，一路為電壓耦合注入信號(hào)用，另一路為回路響應(yīng)電流檢測(cè)用。通過(guò)檢測(cè)注入電壓和響應(yīng)電流來(lái)計(jì)算回路阻抗或?qū)Ъ{值，并繪制頻譜曲線作為分析CT 運(yùn)行狀態(tài)的圖譜。

2.2 帶電可操作性研究

通過(guò)試驗(yàn)比對(duì)發(fā)現(xiàn)，在低頻段，改進(jìn)型方波和正弦波的測(cè)量值和高斯OFRA－90 設(shè)備的測(cè)量值差距較小，與參考值有差距的原因主要是參考值來(lái)源于停電檢測(cè)值。方波和正弦波都采用了夾鉗模式進(jìn)行測(cè)量，且隨著頻率升高，與參考值的偏差越大，因此考慮對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，修正曲線如下:

圖3 導(dǎo)納校準(zhǔn)曲線(方波和正弦波對(duì)比)

經(jīng)校準(zhǔn)后，模擬匝間短路故障，分別采用直接接入式OFRA，正弦波雙鉗式，方波雙鉗式OFRA 設(shè)備的導(dǎo)納頻譜曲線對(duì)應(yīng)如下:

由圖4 可知，發(fā)生匝間絕緣的頻率點(diǎn)基本一致，且發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)納圖譜的陡增方向基本一致，說(shuō)明三種測(cè)量方法均具備檢測(cè)帶電電流互感器二次繞組匝間短路的能力，但由于夾鉗測(cè)量方式更方便現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，因此推薦在現(xiàn)場(chǎng)使用夾鉗測(cè)量方式。

圖4 匝間短路導(dǎo)納頻譜比對(duì)分析圖

通過(guò)分析，方波激勵(lì)所需的功率較低，且靈敏度較正弦信號(hào)略微偏高，并且由于方波本身具備統(tǒng)計(jì)特征，因此方波測(cè)量的意義可能高于正弦激勵(lì)模式。因此推薦現(xiàn)場(chǎng)采用方波激勵(lì)模式，但測(cè)量夾鉗的性能對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響也是不可忽略的，因此本次試驗(yàn)研究并不能全面描述和比較兩者的差異性和優(yōu)缺點(diǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

論文提出了雙鉗法測(cè)量模式用于改進(jìn)直接接入式OFRA 設(shè)備的應(yīng)用，討論了其應(yīng)用的特點(diǎn)，并進(jìn)行了模擬故障的比對(duì)，證實(shí)了雙嵌法測(cè)量的有效性。

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