電子式電流互感器輸出畸變原因及其處理技術(shù)研究

馬 元，徐 蕾

（1.國網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院，陜西 西安 710054；2.陜西省地方電力設(shè)計有限公司，陜西 西安 710100）

電子式電流互感器輸出畸變原因及其處理技術(shù)研究

馬 元1，徐 蕾2

（1.國網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院，陜西 西安 710054；2.陜西省地方電力設(shè)計有限公司，陜西 西安 710100）

文章通過分析電子式電流互感器結(jié)構(gòu)，尋找產(chǎn)生輸出電流波形畸變的原因，給出整改方案和處理技術(shù)措施，確保電子式電流互感器可靠運(yùn)行，本方法可推廣應(yīng)用于智能變電站電子式互感器的驗(yàn)收。

電子式電流互感器；波形畸變；誤差

作為智能電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)，電子式互感器是其中最關(guān)鍵的一次設(shè)備，其性能的可靠性和穩(wěn)定性關(guān)系到電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

目前電子式互感器現(xiàn)場試驗(yàn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)相對缺乏，在驗(yàn)收試驗(yàn)時電子式互感器常出現(xiàn)誤差不穩(wěn)定、丟幀、輸出數(shù)據(jù)與一次值不符、光供能不足、電流互感器輸出波形畸變等問題，本文通過對電子式互感器結(jié)構(gòu)及內(nèi)部線圈工作原理分析，結(jié)合理論計算和現(xiàn)場試驗(yàn)確定輸出波形發(fā)生畸變的原因，提出相應(yīng)的改造方案和處理技術(shù)措施，并在實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證方案的實(shí)施效果，較好地解決了電子式互感器現(xiàn)場驗(yàn)收工作中波形畸變誤差超差的問題。

1 電子式電流互感器結(jié)構(gòu)原理

有源式電子互感器的典型結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，其電流互感器保護(hù)繞組采用羅氏線圈，測量/計量繞組采用小功率鐵心線圈作為測量元件。傳感頭部件包括串行感應(yīng)分壓器、羅氏線圈、鐵心線圈、采集器等。傳感頭部件與電力設(shè)備的高壓部分等電位，傳變后的電流模擬量由采集器就地轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。采集器的電源由激光供給，采集器與合并單元間的數(shù)字信號傳輸及激光電源的能量傳輸全部通過光纖來進(jìn)行，另外許多產(chǎn)品也可以通過獲取一次高壓系統(tǒng)的能量作為采集器電源，從而延長激光電源的壽命，由于光纖的絕緣性能優(yōu)良，所以電子式互感器的絕緣結(jié)構(gòu)非常簡單。

電子式電流互感器模擬量輸出為二次電壓，其額定值的標(biāo)準(zhǔn)值以方均根值U表示為：22.5 mV，150 mV，200 mV，225 mV和4 V，其中額定二次電壓4 V僅用于測量目的。額定負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)值以電阻表示為：2 kΩ，20 kΩ，2 MΩ。

電子式互感器的數(shù)字量輸出，IEC60044-8規(guī)定由串行、單向、一發(fā)多收、點(diǎn)對點(diǎn)鏈路送出。發(fā)信的是合并單元，收信的可能有保護(hù)、測量儀表、監(jiān)控單元及過程總線等。通信接口基本技術(shù)與IEC60870-5-103相似。物理層為銅線或光纖，鏈路層采用IEC60870-5的FT-3幀格式。另外，IEC TC57頒布的IEC61850《變電站通信網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)》體系標(biāo)準(zhǔn)，其中IEC 61850-9為過程層（包括互感器及斷路器等）至間隔層的規(guī)定，IEC61850-9包括兩部分：IEC61850-9-1為點(diǎn)對點(diǎn)鏈路；IEC61850-9-2為過程總線。

2 電子式互感器現(xiàn)場驗(yàn)收試驗(yàn)方法

電子式互感器的現(xiàn)場驗(yàn)收除了互感器角比差試驗(yàn)、極性校核等項(xiàng)目，增加了二次光纖通信檢查、合并單元參數(shù)校核、合并單元輸出協(xié)議校核、輸出總延時測定等項(xiàng)目。

電子互感器現(xiàn)場測試原理如圖2所示，將標(biāo)準(zhǔn)互感器的模擬輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，使用網(wǎng)卡接收輸出的數(shù)字信號，通過專用程序使用直接比較法得出測量結(jié)果。

圖1 電子式互感器的結(jié)構(gòu)原理

圖2 電子式互感器現(xiàn)場測試原理

3 波形畸變成因分析及其對精度影響

在電子式電流互感器現(xiàn)場驗(yàn)收試驗(yàn)中存在的主要問題：誤差不穩(wěn)定、丟幀、輸出數(shù)據(jù)與一次值不符、激光供能和互感器供能線圈之間的問題、輸出波形發(fā)生畸變等。

如圖3所示，在某次現(xiàn)場試驗(yàn)中，互感器誤差不穩(wěn)定的問題尤為突出，誤差不合格且重復(fù)測量數(shù)據(jù)變化較大，最大變化量超過7%。輸出總延時給定值與實(shí)測值不符，同一產(chǎn)品不同相間最大差50微秒，折合互感器相位差54分。

圖3 電子式電流互感器現(xiàn)場輸出波形發(fā)生畸變

通過對互感器解體分析后確定導(dǎo)致誤差超差的主要原因是此電子式電流互感器采用羅氏線圈加低功耗線圈工作原理，在安裝的過程中，其高壓側(cè)外殼母線夾與母線沒有隔離，致使互感器中電流沒有完全從母線棒流過，互感器一次側(cè)對地產(chǎn)生分流。

在正常工作的電流互感器中，根據(jù)磁勢平衡原理有：

由于一般情況下誤差角δi很小，所以比值差可約等于：

當(dāng)互感器高壓側(cè)外殼母線夾與母線沒有隔離，互感器一次側(cè)對地產(chǎn)生分流，此時根據(jù)磁勢平衡原理有：

式中為一次側(cè)產(chǎn)生分流的電流。由此可得此時的比值差為：

同理，得到相位差為：

同時，根據(jù)電子式互感器的工作原理，傳感器采集所得電流為對線圈輸出進(jìn)行積分處理所得，互感器分流所產(chǎn)的電流差值由于積分過程產(chǎn)生放大，從而導(dǎo)致電流互感器現(xiàn)場輸出波形發(fā)生畸變。因此，必須采取措施解決好電子式電流互感器一次側(cè)對地分流問題，才能從源頭解決輸出波形畸變和誤差超差問題。

4 整改措施及實(shí)驗(yàn)論證

根據(jù)以上分析，現(xiàn)場采取了相應(yīng)的整改技術(shù)措施，徹底解決電子式電流互感器一次側(cè)對地分流問題：將高壓端母線夾與殼體隔開，為防止母線夾運(yùn)行松開后與殼體接觸，改變互感器安裝工藝，在高壓端母線夾增加非金屬擋圈。

此后，本文在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了兩種情況的對比測試，以驗(yàn)證上面理論分析和現(xiàn)場進(jìn)行的整改措施實(shí)施效果：（1）P2端母線夾不與殼體接觸，（2）P2端母線夾與殼體相連接觸，所得測試結(jié)果如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)室論證數(shù)據(jù)

從測試結(jié)果可看出，在P2端母線夾不與殼體接觸時，比值差和相位差均滿足0.2 S要求，隨一次電流升高變化很小；當(dāng)母線夾與殼體接觸時，比值差、相位差有很大偏離，且數(shù)值飄動很大。

5 結(jié)語

本文通過對電子式電流互感器的結(jié)構(gòu)分析與磁路計算，提出針對一次側(cè)分流正確的整改方案并在現(xiàn)場加以使用，從源頭解決了電子式電流互感器現(xiàn)場驗(yàn)收輸出波形畸變和誤差超差問題，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，確保了電子式電流互感器可靠運(yùn)行。此項(xiàng)處理技術(shù)措施大大增強(qiáng)了電子式電流互感器現(xiàn)場驗(yàn)收誤差的準(zhǔn)確性，可推廣應(yīng)用于智能變電站電子式互感器的驗(yàn)收工作。

[1]JJG 1021—2007.電力互感器檢定規(guī)程[S].2007.

[2]GB/T 20840.8—2007.互感器第8部分：電子式電流互感器[S].2007.

Study on cause and its treatment technology of electronic current transformer output distortion

Ma Yuan1, Xu Lei2
（1.State Grid Shaanxi Electric Power Research Institute, Xi’an 710054, China; 2.Shaanxi Provincial Electric Power Design Co., Ltd., Xi’an 710100, China）

By analyzing the structure of electronic current transformer and fi nding the cause of outputting current waveform distortion, the paper given recti fi cation program and treatment technical measures to ensure the operational reliability of electronic current transformer. The method can be applied to the acceptance testing of electronic transformer in intelligent substations.

electronic current transformer; output distortion; error

馬元（1983— ），男，陜西武功人，碩士，工程師；研究方向：電能計量，互感器計量誤差特性及量值溯源。