智能變電站電子式互感器故障分析及建議

馬曉光

（國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司 固原供電公司，寧夏 固原 756000）

0 引 言

在我國(guó)傳統(tǒng)的電網(wǎng)運(yùn)行機(jī)制下，電磁式和電容式等常規(guī)類型的互感器在使用過(guò)程中相對(duì)比較穩(wěn)定。但是近年來(lái)，隨著智能變電站建設(shè)力度的逐漸增強(qiáng)，電子式互感器的應(yīng)用范圍逐漸增大，其優(yōu)秀的絕緣性能及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征逐漸體現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)具備相對(duì)比較寬的頻率控制范圍。由于電子式互感器的應(yīng)用運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)較為缺乏，因此在運(yùn)行應(yīng)用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)較多不同的故障和問(wèn)題，不僅會(huì)對(duì)智能變電站的建設(shè)造成負(fù)面影響，而且還有可能威脅到變電站工作人員的人身安全。為了建設(shè)智能變電站，就需要優(yōu)化電子式互感器的應(yīng)用機(jī)制，從常見(jiàn)的故障分析入手進(jìn)行全面優(yōu)化。

1 電子式互感器的基本分類和應(yīng)用技術(shù)

1.1 電子式互感器的分類

按照互感器的相關(guān)定義而言，電子式互感器主要分為電子式低功率電流互壓器（Low Power Current Transformer，LPCT）和電子式電流互感器（Electronic Current Transformer，ECT）。其中，電子式低功率電流互壓器主要利用光學(xué)材料或者電容-電阻分壓器為主要的一次傳感器，通過(guò)光纖信號(hào)進(jìn)行電流傳輸，對(duì)測(cè)量的電量信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理，從而實(shí)現(xiàn)電量信號(hào)模擬量或者數(shù)字量的輸出。電子式電流互感器則是通過(guò)光學(xué)材料、低功率線圈以及羅氏線圈組成一次性傳感器。當(dāng)電壓等級(jí)在66 kV及以上時(shí)，按照電子式互感器高壓傳感頭的部位是否包含源采集器又可以將電子式互感器分為有源電子式互感器和純光感互感器[1]。然而在電壓小于35 kV時(shí)，則需要采用專門的弱模小信號(hào)電子式互感器。電子式互感器的分類圖1所示。

圖1 電子式互感器的分類框

1.2 電子式互感器的應(yīng)用技術(shù)

有源型電子式電流互感器的基本制作原理是電磁感應(yīng)，在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題是直流分量的傳感不足以及非周期傳感力度較差。而且有源型電子式電流互感器的高壓側(cè)傳感器部分內(nèi)部包含電子電路，因此其使用壽命較難保證。一旦電子電路出現(xiàn)故障，就需要進(jìn)行停電維修，這是有源型電子式電流互感器的較大弊端[2]。

無(wú)源型純光感電子式電流互感器的運(yùn)行原理則來(lái)源于法拉第提出的磁光效應(yīng)。純光感電子式電流互感器的特點(diǎn)在于其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電量信號(hào)的動(dòng)態(tài)質(zhì)量檢測(cè)，同時(shí)使用壽命較長(zhǎng)，在維修的過(guò)程中不需要全面停電維修，能夠較為快速地檢測(cè)直流分量和非周期分量。然而，其測(cè)量的整體精度比較低，而且需要維持運(yùn)行溫度[3]。我國(guó)國(guó)產(chǎn)的純光感電子式互感器為了降低熔接成本，同時(shí)有效減少保偏光纖的使用長(zhǎng)度，會(huì)將互感器的采集器部分安裝到戶外。

在智能變電站的建設(shè)過(guò)程中，有源型電子式電流互感器的制造技術(shù)相對(duì)比較容易實(shí)現(xiàn)，而且其產(chǎn)品的試運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)比較豐富，試點(diǎn)站比較多，應(yīng)用技術(shù)相對(duì)比較成熟。與此同時(shí)，純光感型電子式電流互感器的應(yīng)用和試運(yùn)行時(shí)間還相對(duì)較短，實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不足，還需要更多的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行補(bǔ)充和改進(jìn)，并且測(cè)量精度較差[4]。綜合調(diào)查我國(guó)目前所建立的智能變電站運(yùn)行情況，分析各類電子電流互感器的應(yīng)用情況，得到如圖2所示的結(jié)果。

圖2 電子互感器的使用情況

2 電子式互感器在應(yīng)用過(guò)程中存在的主要故障問(wèn)題及建議

2.1 互感器的電流值突然增強(qiáng)

在智能變電站正常運(yùn)行的過(guò)程中，電子式互感器部位的電流值在整體上呈現(xiàn)基本穩(wěn)定，輕微波動(dòng)的運(yùn)行特點(diǎn)。但是當(dāng)電子式互感器發(fā)生故障時(shí)，智能變電站系統(tǒng)的整體電流值就很容易出現(xiàn)突然增長(zhǎng)的情況，從而導(dǎo)致電流值出現(xiàn)劇烈變化[5]。智能變電站系統(tǒng)出現(xiàn)電流值突然增長(zhǎng)的趨勢(shì)，往往是因?yàn)殡娮邮交ジ衅鞯木€圈電流出現(xiàn)了偏差。因此在一定的特殊情況下，測(cè)量線圈中的某一組很有可能發(fā)生故障問(wèn)題。例如，在進(jìn)行電子式互感器的運(yùn)行檢測(cè)過(guò)程中，如果以正常的電流值作為基礎(chǔ)，某組線圈的電流偏離量呈現(xiàn)了上百倍的劇烈變化，但是卻沒(méi)有對(duì)其他設(shè)備的運(yùn)行情況造成干擾時(shí)，首先需要停止互感器的運(yùn)行，之后全面檢測(cè)智能變電站的整個(gè)電路系統(tǒng)。其中最為關(guān)鍵的部分就是對(duì)直流電阻的測(cè)量。除此之外，如果并聯(lián)電阻的電阻值出現(xiàn)較大的變化，甚至達(dá)到了無(wú)窮大的狀態(tài)，就可以判斷并聯(lián)電阻系統(tǒng)的某個(gè)位置出現(xiàn)了中斷現(xiàn)象，此時(shí)就需要利用解體檢查的方法判斷具體的故障點(diǎn)。在對(duì)無(wú)感電阻進(jìn)行繞制時(shí)，金屬原材料本身可能存在一定的缺陷，導(dǎo)致電子式互感器在運(yùn)行過(guò)程中散發(fā)了過(guò)多的熱量[6]。另外，由樹(shù)脂澆注制成的部分設(shè)備在實(shí)際使用過(guò)程中也可能會(huì)不斷積累溫度，最終導(dǎo)致設(shè)備被燒壞。

2.2 電子互感器的發(fā)熱情況不均勻

在大多數(shù)故障情況下，電子式互感器都可能產(chǎn)生內(nèi)部發(fā)熱不均衡的問(wèn)題，造成該問(wèn)題的主要原因是其內(nèi)部的某些元件在持續(xù)發(fā)熱。利用紅外測(cè)溫的方法可以準(zhǔn)確判定發(fā)熱點(diǎn)。經(jīng)過(guò)一定的比較可以得知，三相設(shè)備在整體表現(xiàn)上具有較大的溫度差值[7]。造成這一問(wèn)題的原因是不同批次的電子式互感器的設(shè)備參數(shù)存在一定差異，從而導(dǎo)致了系統(tǒng)電流和系統(tǒng)功耗不斷增大。電子式互感器內(nèi)部各個(gè)零部件的實(shí)際散熱面積和零部件的尺寸都會(huì)隨著設(shè)備參數(shù)的變化而變化。為了從根本上解決電子式互感器的發(fā)熱不均衡問(wèn)題，就必須定期對(duì)關(guān)鍵零部件部位進(jìn)行溫度測(cè)量。在發(fā)現(xiàn)某些零部件部位的溫度突然提升之后，需要立刻利用專業(yè)的紅外成像方法，對(duì)有問(wèn)題的零部件部位進(jìn)行溫度測(cè)定工作。在必要的情況下，還需要將電子式互感器內(nèi)部出現(xiàn)溫度故障的零部件全部更換成全新的零部件，從隱患階段全面消除發(fā)生不均衡發(fā)熱問(wèn)題的原因[8]。

2.3 其他類型的綜合故障問(wèn)題

除了發(fā)熱不均衡和電流值突然增大等基本故障問(wèn)題，電子式互感器在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中還很容易出現(xiàn)電壓故障或者其他較多類型的電流故障。比如，電子式互感器的二次線圈部位會(huì)存在以特定比例構(gòu)成的并聯(lián)電阻系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，這一類內(nèi)部系統(tǒng)很容易出現(xiàn)斷裂問(wèn)題，這主要是因?yàn)殡娮邮交ジ衅飨到y(tǒng)本身在運(yùn)行過(guò)程中不能及時(shí)散熱[9]。如果電子式互感器的故障問(wèn)題影響到了智能變電站其他設(shè)備的正常運(yùn)行，那么就必須進(jìn)行及時(shí)地修理或者直接更換。在條件允許的情況下，電子式互感器的生產(chǎn)廠家還可以不對(duì)并聯(lián)電阻系統(tǒng)進(jìn)行澆注等處理，從而便于使用時(shí)隨時(shí)更換維修，但是這樣的處理方式卻在一定程度上增加了故障發(fā)生的概率[10]。

通過(guò)故障分析可以得出，二次短路問(wèn)題往往會(huì)直接影響電子式互感器的系統(tǒng)精度。為了全面排查電子式互感器的故障問(wèn)題，準(zhǔn)確定位發(fā)生故障的部位，還需要技術(shù)人員充分關(guān)注其內(nèi)部的接線方式。在必要的情況下，可以適當(dāng)改變電子式互感器內(nèi)部的布線方式，從而增強(qiáng)其穩(wěn)定性，有效杜絕發(fā)生二次短路問(wèn)題[11]。除此之外，電子式互感器處于運(yùn)行工作狀態(tài)時(shí)還需要定期進(jìn)行紅外測(cè)溫，保證其正常運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部的零部件溫度都處在正常范圍內(nèi)。對(duì)于溫度發(fā)生變化的零部件，定期的紅外測(cè)溫工作能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)其溫度的不正常變化，從而便于技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行及時(shí)處理。此外，在必要情況下還需要對(duì)電子式互感器的運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行一定的局放測(cè)試[12]。

3 結(jié) 論

隨著智能電網(wǎng)的全面建設(shè)，變電站逐漸開(kāi)始應(yīng)用新型互感器和電力發(fā)展技術(shù)，其中電子式互感器是最為典型，也是最容易投入實(shí)際應(yīng)用的互感器類型。其本身的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，而且內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較容易遭到破壞，因此在智能變電站的應(yīng)用過(guò)程中，電子式互感器非常容易發(fā)生故障。在實(shí)踐運(yùn)用的過(guò)程中，技術(shù)人員必須根據(jù)其性能特點(diǎn)開(kāi)展故障排查，盡可能發(fā)現(xiàn)故障隱患并及時(shí)消除，從而保障智能變電站的正常運(yùn)行。