电子式互感器可靠性分析研究

侯晓一+关焕新

摘 要：基于对电压、电流的精确测量，电子式互感器即是实现变电站运行实时信息数字化的主要设备之一，在电网动态观测、提高继电保护可靠性等方面具有重要作用，是提高电力系统运行控制整体水平的基础。现阶段，电子式互感器存在运行缺陷和故障问题，其中最为突出的是现场电磁环境影响问题。因此，本文提出几个电子式互感器电磁环境干扰问题的解决方法，提高电子式互感器运行的可靠性与稳定性。

关键词：智能变电站；电子式互感器；合并单元

从智能变电站的分层结构角度来看，电子式互感器作为整个结构中的关键设备，它的稳定性对于整个变电站运行的检测控制等关键性的作用，电子式互感器把高电压和大电流直接转化为可以测量的范围，并会传递到间隔层智能设备。鉴于电子式互感器的突出作用和重要性，国家电网公司从2011年起制定了性能检测试验，推动电子式互感器更快更好地发展。此试验标准要求更高，更加符合试验挂网运行的实际情况。

智能变电站是坚强智能电网的重要组成部分，电子式互感器是智能变电站的关键设备之一。据国家电网公司对电子式互感器的应用现状统计表明，电子式互感器仅占所有在运互感器的0.48%，运行可靠性问题严重，其中温度，湿度，现场电磁环境的适应问题，阻碍了电子式互感器的进一步推广。

电子式互感器具有高准确度、结构简单、暂态响应范围大、无磁饱和及铁磁谐振等传统电磁式互感器所不具备的优点。随着智能电网的发展，电子式互感器己成为智能变电站的关健设备，采用电子式互感器己成为智能变电站的重要特征之一。电子式互感器按传感原理可分为无源型和有源型两大类，其中包括基于Faraday磁光效应的无源型电子式电流互感器和基于Pockels电光效应的无源型电子式电压互感器，以及采用Rogowski线圈或LPCT线圈的有源型电子式电流互感器和采用分压器的有源型电子式电压互感器。若按结构分类，电子式电流互感器可分为支柱式、悬挂式、GIS型、套管型和浇注型；电子式电压互感器可分为支柱式、GIS型和浇注型。

电力设备的安全可靠运行是电力系统的基本要求，电子式互感器现阶段最为突出的仍是其可靠性的问题，采用新技术的电子式电压、电流互感器的可靠性还有待进一步分析研究。目前国内外对运行在电子式互感器的可靠性分析研究工作比较少。经过多年的试用实践，电子式互感器技术优势已在一些典型的电站上得到验证。但在技术进步效果明显的同时，扩展应用也面临新的问题，电子式互感器现阶段最为突出的是可靠性的问题，最集中的表现是在温度，湿度，振动及应对恶劣的电磁环境上。现今，国内外从标准体系，试验方法到设计规范，尚未完全意识到电站特殊电磁干扰的严重性，至今还没有专门针对高电压电站电磁干扰方面的系统试验和理论研究，导致的结果是电子式互感器的工业标准中缺少与电站实际操作等效的试验标准与评测方法。

下面介绍电子式互感器可靠性提高的几个关键问题。

（1）采取等电位屏蔽小电容分压器，进而改善EVT耐受暂态过电压的能力。提出带等电位梯度屏蔽结构的小容量EVT分压器结构，减少大气过电压、操作过电压对EVT二次系统的影响程度；有效降低EVT传感器电容量，提高主绝缘可靠性；减少系统暂态过程中通过耦合电容器的脉冲电流，降低因地电位升高导致的采集单元故障率；提高分压器有机绝缘件寿命和安全可靠性；提高EVT整体的可靠性，解决当前EVT运行过程中出现的故障问题，有利于电网的安全稳定运行。

（2）提高ECT暂态特性试验方法和能力建设，完善暂态特性试验。目前针对ECT的暂态特性试验己提出了ECT暂态特性合成试验方法，研制了TPE级电子式电流互感器暂态特性等安匝合成试验装置，其一次稳态电流为50kAT，一次暂态电流峰值为40kAT，一次时间常数为200ms。今后仍需大力开展电子式互感器检测关键技术研究工作，为电子式互感器的性能提升与稳定运行提供技术支撑。

（3）改善电子式互感器二次部分的可靠性与互换性。采用具有自校准功能的多冗余的采集器设计，改善电子式互感器的可靠性和互换性。采集器实现状态维护（热插接）的功能，可在线更换任何一个故障或工作异常的模块，非故障模块自动进入工作状态，不影响电子式互感器正常的计量、测量和保护功能。采集器在线实现自动调节与误差校定的功能模式，即实现二次系统更换后的正常功能恢复技术。

（4）完善合并单元检测可以进一步提高电子式互感器整体运行可靠性。在采集器与合并单元之间设置检测点，开展合并单元专业检测，增加电子式互感器整体试验中未覆盖到的检测项目，可以对电子式互感器整体试验形成有效补充，降低电子式互感器整体应用的风险。

对合并单元而言，插值算法、软件积分以及对输入信号异常的处理机制是影响其数据传变准确性的因素，具体的影响如下：

第一，插值算法的影响

合并单元负责接收多路采集器和级联的数据，多路数据是异步采集、异步传输，合并单元通过插值算法对其进行同步处理。插值同步是合并单元的一个重要技术环节，对合并单元最终的采样率、带宽、幅值、相位、时间特性、频率特性都产生直接影响。因此，需要对合并单元施加多路异步数据，考核合并单元多路采样数据的同步性，考核基波和高频信号的幅值误差、相位误差、频率误差和复合误差，为合并单元采用的各类插值算法进行把关。

第二，暂态信号的影响

电子式互感器合并单元对暂态信号的传变精度影响较大，针对合并单元展开暂态测试，保证其暂态信号传变能力，对控制电子式互感器整体暂态性能有所帮助。

罗氏线圈输出一次电流微分信号，需要通过积分还原信号。合并单元采用软件积分时会影响其暂态性能，需要对合并单元施加各类不同短路幅值、合闸角度、衰减时间常数、持续时间的暂态信号，以测试合并单元的暂态特性。

第三，高频信号的影响

当采集器的采样率高于合并单元的输出采样率（如80点每周波）时，数字量的传变会产生带宽变窄的情况，但合并单元需要保证最终输出信号不产生频率混叠。因此，需要对合并单元开展抗频率混叠试验。

第四，光强变化的影响

由于器件、光纤等的老化和环境的累积影响，电子式互感器采集器的输出光强会逐渐降低。合并单元在设计的光强范围内应能准确接收数据，需要开展光强裕度和灵敏度测试。

第五，数字信号异常的影响

当电子式互感器采集器由于硬件、软件、通信链路不稳定或其他原因发生瞬时或间断性异常时，可能造成数字报文出现错误帧、丢幀、粘帧或状态标变位等异常情况，需要模拟各种异常情况，测试合并单元的容错机制和异常判别机制。

第六，其他影响

根据积累的现场经验，也存在以下几种情况：

电子式互感器本体数据异常时合并单元的处理机制不同，采样数据品质位设置混乱。

电子式互感器存在电压与电流之间在级联后同步超差的情况。

合并单元的额定延时配置对电子式互感器整体绝对延时的影响。

就现阶段而言，针对合并单元开展测试可以完善和提升电子式互感器整体性能，提高电子式互感器现场运行的稳定性。

在开展合并单元测试和电子式互感器整体测试的同时，检测机构应积极沟通、互相配合，融合合并单元与电子式互感器的测试项目和测试方法，最终实现电子式互感器一体化测试，提升电子式互感器的性能和质量。endprint