高壓電流互感器運行狀態檢測新技術及應用

劉巧玲

摘要：在電網運行中，電流互感器是重要的設備之一。及時掌握其設備運行狀態對整個電網的安全運行具有重要意義。目前，對其運行狀態的檢測主要包括預測試模式、在線監測和現場檢測。這些方法在電網設備狀態檢測中發揮了重要作用。但在工程實踐中，由于在線監測和現場檢測是在設備運行狀態下進行的，檢測設備的抗干擾能力，測量信號的獲取方法和測試設備的精度對電流互感器的狀態檢測結果影響很大，且對地工頻泄漏電流小，導致測量誤差大，無法進行現場檢測或無法獲得實際測量值。鑒于此，本文結合作者多年的工作經驗，對高壓電流互感器運行狀態檢測的新技術及應用提出了一些建議，僅供參考。

關鍵詞：高壓電流互感器;運行狀態;檢測新技術;應用

引言

關于高壓電流互感器運行狀態檢測新技術及應用方面的研究有許多，但是都各有優缺點，例如：在這些對電流泄漏的測量方法中，零泄漏電流高壓電流互感器測量方法具有一定的優越性。對電流泄漏的測量方法和消除方法進行研究，有利于提升對電流的監控管理質量。

1、電流互感器的工作原理

電流互感器通過把交流電路里流動的大電流轉換為小電流的方式，來實現泄漏電流測量和提供給繼電保護裝置。因為在電力運營，例如發電、變電、輸電或者配電的過程中，所使用的用電設備存在一定的差異，所以電流的強度也各不相同，有的電流強度可能低至幾十安培，有的電流強度可能高達幾萬安培。在電力工程維護中，經常需要使用電流傳感器監控和測量電路中的電流，避免因為高壓和高電流而引起安全事故。例如鉗形表中的鉗，就是一種穿心式的電流互感器。電磁感應原理是電流互感器的應用原理，電流互感器在工作時，其狀態類似于電流短路。電流互感器的保護回路的串聯線圈以及測量儀表的阻抗比較小，這是因為電流互感器有2條回路，而且這2條回路一直處于閉合狀態。在電流互感器狀態正常下，時常會出現所有電流流過一次繞組的情況。理論上，在使用電流互感器時，假設空載電流I0=0，則總磁動勢I0N0=0，依照能量守恒定律進行運算，二次繞組磁動勢和一次繞組磁動勢數值相同，則I1NI=﹣I2N2，即電流互感器的電流和電流互感器的匝數成反比，電流互感器的電流比就是一次電流和二次電流的比值，即I1/I2。如果能夠測算出二次電流，利用該電流比就可以求出一次電流的強度，在此種情況下，二次電流的相量與一次電流的相量之間的差值是180度。

2、差分法帶電檢測電容型電流互感器主絕緣電容量等效原理

（1）差分法簡述。差分法是在比較兩個分數大小時，用直除法或者化同法等其他速算方式難以解決時可以采取的一種速算方式。

（2）電容型高壓設備差分式帶電檢測裝置。該裝置由兩路交流電流測量回路，一路交流電壓測量回路和輸出顯示單元組成。其中：交流電流測量回路，由在電容型高壓設備（如：電容型高壓電流互感器、高壓套管）的末屏地線上獲取電流信號的末屏電流取樣單元，經差分放大單元進行信號放大、信號整流濾波單元進行信號整流濾波，再放大后輸出;交流電壓測量回路，由電壓取樣單元分別取得兩路電容型高壓器件的末屏端相應點的電壓，經差分放大單元進行信號放大、信號整流濾波單元進行信號整流濾波，再放大后輸出到顯示單元;輸出顯示單元，由工業單片機和一塊液晶屏組成。

（3）使用差分方式，對電容型高壓電流互感器設備主絕緣電容量帶電檢測新技術、缺陷診斷新方法，該測量原理和方法，具有檢測靈敏度高，抗干擾能力強，使用方便等特點，是開展電容型變電設備運行狀態檢測工作又一新方法。使用差分方式，對電容型變電設備主絕緣電容量帶電檢測，可對電容型變電設備，如電容型電流互感器、高壓套管等設備運行狀態進行快速綜合性評價，可降低預試人員現場測試的安全隱患、提高檢測的效率，降低了設備檢測成本。

3、電流互感器在線監測技術

本文提出采用SPM-2型容性設備在線監測裝置對電流互感器在線監測，該裝置在傳統監測技術基礎上，采用先進的分層分布式系統結構，提升了系統的抗干擾性能及測量的準確性和穩定性。具體工作流程如下：①設備狀態量數據采集，通過SPM-2/PT裝置將從電流互感器所連接母線段的電壓互感器二次側獲取電壓數據Un，再通過串聯電阻Rn將電壓變換成電流In;通過SPM-2/CT裝置從電流互感器下端末屏引出線處采集設備運行電壓下的電流Ix;②數據同步采集和交互，通過容性設備智能組件IED實現SPM-2/PT和SPM-2/CT2個測量單元同步采集電流互感器監測數據采集;③特征量獲取，將采集到的數據利用快速傅里葉變化FFT后，可輸出Un和Ix相對于220V工作電源Us的基波相位Ph（n-s）和Ph（x-s），讀取SPM-2/PT、SPM-2/CT采集數據的相位信息從而得出Ix相對于母線電壓Un的相位差Ph，最終得出電流互感器介質損耗tanδ和電容量Cx狀態值。經在線監測裝置獲取的電流互感器介質損耗tanδ和電容量Cx實時狀態值，采用“縱比為主，橫比為輔”手段進行數據分析，其中“縱比”是指將實時狀態值與歷史在線監測值比較，“橫比”是指與將實時狀態值與同電壓等級下同類型電流互感器實時在線監測值進行比較。若實時狀態值經“縱比”發現數據出現持續增長、突變時，表明電流互感器主絕緣可能存在某種潛伏性缺陷，再通過“橫比”比較同間隔下不同相的實時狀態值和規程要求的標準值，從而進一步評估該相電流互感器是否存在故障，并初步判定存在何種潛伏性故障。當電流互感器應用在線監測技術發現監測數據存在異常，評估電流互感器內部可能存在潛伏性缺陷時，應縮短該設備檢測周期，繼續跟蹤監測，并通過油色譜分析、紅外測溫等帶電測試手段進一步診斷，確保設備和電網安全。

4、一種新型電流互感器壓力監測系統的研發與應用

新型互感器壓力監測系統在某變電站現場應用中，對壓力傳感器量程、壓力及溫度準確度、抗電場干擾及傳輸進行全方位的測試，測試結果表明，傳感器的量程、精度可滿足現場電流互感器現場壓力測試的要求，抗電磁干擾可滿足750kV及以下電壓等級安裝的要求，能夠滿足不同電壓等級的變電站應用。新型互感器壓力監測系統的應用表明，該系統能夠有效縮短預警時間，增強預警準確性，從而減少因設備故障引起的停電事故，縮短停電時間和非計劃檢修次數，提高供電的可靠性，具有明顯的經濟效益和社會效益。

結束語

綜上所述，針對當前電流互感器監測日益難以滿足電網的安全性發展要求，充分利用先進的傳感技術和無線網絡技術，研發了一種新型的電流互感器監測系統。該系統能夠對電流互感器缺陷劣化發展過程中引起的油氣壓力變化，進行直接監測，并經通信網絡，將傳感信息傳送到變電站層和主站層進行深入分析和預警。新型電流互感器監測系統的應用，為減少電網因電流互感器事故造成損失提供有力的技術手段，增強了智能電網對突發事故的預警能力和防御能力，提高了電網安全運行水平。

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