智能變電站電子式互感器故障分析及建議

馬曉光

（國網寧夏電力有限公司 固原供電公司，寧夏 固原 756000）

0 引 言

在我國傳統的電網運行機制下，電磁式和電容式等常規類型的互感器在使用過程中相對比較穩定。但是近年來，隨著智能變電站建設力度的逐漸增強，電子式互感器的應用范圍逐漸增大，其優秀的絕緣性能及動態響應特征逐漸體現出來，同時具備相對比較寬的頻率控制范圍。由于電子式互感器的應用運行經驗較為缺乏，因此在運行應用過程中會出現較多不同的故障和問題，不僅會對智能變電站的建設造成負面影響，而且還有可能威脅到變電站工作人員的人身安全。為了建設智能變電站，就需要優化電子式互感器的應用機制，從常見的故障分析入手進行全面優化。

1 電子式互感器的基本分類和應用技術

1.1 電子式互感器的分類

按照互感器的相關定義而言，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材料或者電容-電阻分壓器為主要的一次傳感器，通過光纖信號進行電流傳輸，對測量的電量信號進行相應處理，從而實現電量信號模擬量或者數字量的輸出。電子式電流互感器則是通過光學材料、低功率線圈以及羅氏線圈組成一次性傳感器。當電壓等級在66 kV及以上時，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，則需要采用專門的弱模小信號電子式互感器。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 電子式互感器的應用技術

有源型電子式電流互感器的基本制作原理是電磁感應，在運行過程中經常出現的問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傳感器部分內部包含電子電路，因此其使用壽命較難保證。一旦電子電路出現故障，就需要進行停電維修，這是有源型電子式電流互感器的較大弊端[2]。

無源型純光感電子式電流互感器的運行原理則來源于法拉第提出的磁光效應。純光感電子式電流互感器的特點在于其能夠實現對電量信號的動態質量檢測，同時使用壽命較長，在維修的過程中不需要全面停電維修，能夠較為快速地檢測直流分量和非周期分量。然而，其測量的整體精度比較低，而且需要維持運行溫度[3]。我國國產的純光感電子式互感器為了降低熔接成本，同時有效減少保偏光纖的使用長度，會將互感器的采集器部分安裝到戶外。

在智能變電站的建設過程中，有源型電子式電流互感器的制造技術相對比較容易實現，而且其產品的試運行經驗比較豐富，試點站比較多，應用技術相對比較成熟。與此同時，純光感型電子式電流互感器的應用和試運行時間還相對較短，實際應用經驗不足，還需要更多的實驗進行補充和改進，并且測量精度較差[4]。綜合調查我國目前所建立的智能變電站運行情況，分析各類電子電流互感器的應用情況，得到如圖2所示的結果。

圖2 電子互感器的使用情況

2 電子式互感器在應用過程中存在的主要故障問題及建議

2.1 互感器的電流值突然增強

在智能變電站正常運行的過程中，電子式互感器部位的電流值在整體上呈現基本穩定，輕微波動的運行特點。但是當電子式互感器發生故障時，智能變電站系統的整體電流值就很容易出現突然增長的情況，從而導致電流值出現劇烈變化[5]。智能變電站系統出現電流值突然增長的趨勢，往往是因為電子式互感器的線圈電流出現了偏差。因此在一定的特殊情況下，測量線圈中的某一組很有可能發生故障問題。例如，在進行電子式互感器的運行檢測過程中，如果以正常的電流值作為基礎，某組線圈的電流偏離量呈現了上百倍的劇烈變化，但是卻沒有對其他設備的運行情況造成干擾時，首先需要停止互感器的運行，之后全面檢測智能變電站的整個電路系統。其中最為關鍵的部分就是對直流電阻的測量。除此之外，如果并聯電阻的電阻值出現較大的變化，甚至達到了無窮大的狀態，就可以判斷并聯電阻系統的某個位置出現了中斷現象，此時就需要利用解體檢查的方法判斷具體的故障點。在對無感電阻進行繞制時，金屬原材料本身可能存在一定的缺陷，導致電子式互感器在運行過程中散發了過多的熱量[6]。另外，由樹脂澆注制成的部分設備在實際使用過程中也可能會不斷積累溫度，最終導致設備被燒壞。

2.2 電子互感器的發熱情況不均勻

在大多數故障情況下，電子式互感器都可能產生內部發熱不均衡的問題，造成該問題的主要原因是其內部的某些元件在持續發熱。利用紅外測溫的方法可以準確判定發熱點。經過一定的比較可以得知，三相設備在整體表現上具有較大的溫度差值[7]。造成這一問題的原因是不同批次的電子式互感器的設備參數存在一定差異，從而導致了系統電流和系統功耗不斷增大。電子式互感器內部各個零部件的實際散熱面積和零部件的尺寸都會隨著設備參數的變化而變化。為了從根本上解決電子式互感器的發熱不均衡問題，就必須定期對關鍵零部件部位進行溫度測量。在發現某些零部件部位的溫度突然提升之后，需要立刻利用專業的紅外成像方法，對有問題的零部件部位進行溫度測定工作。在必要的情況下，還需要將電子式互感器內部出現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生不均衡發熱問題的原因[8]。

2.3 其他類型的綜合故障問題

除了發熱不均衡和電流值突然增大等基本故障問題，電子式互感器在實際運行過程中還很容易出現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存在以特定比例構成的并聯電阻系統，在實際運行的過程中，這一類內部系統很容易出現斷裂問題，這主要是因為電子式互感器系統本身在運行過程中不能及時散熱[9]。如果電子式互感器的故障問題影響到了智能變電站其他設備的正常運行，那么就必須進行及時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廠家還可以不對并聯電阻系統進行澆注等處理，從而便于使用時隨時更換維修，但是這樣的處理方式卻在一定程度上增加了故障發生的概率[10]。

通過故障分析可以得出，二次短路問題往往會直接影響電子式互感器的系統精度。為了全面排查電子式互感器的故障問題，準確定位發生故障的部位，還需要技術人員充分關注其內部的接線方式。在必要的情況下，可以適當改變電子式互感器內部的布線方式，從而增強其穩定性，有效杜絕發生二次短路問題[11]。除此之外，電子式互感器處于運行工作狀態時還需要定期進行紅外測溫，保證其正常運行時，內部的零部件溫度都處在正常范圍內。對于溫度發生變化的零部件，定期的紅外測溫工作能夠及時發現其溫度的不正常變化，從而便于技術人員對其進行及時處理。此外，在必要情況下還需要對電子式互感器的運行系統進行一定的局放測試[12]。

3 結 論

隨著智能電網的全面建設，變電站逐漸開始應用新型互感器和電力發展技術，其中電子式互感器是最為典型，也是最容易投入實際應用的互感器類型。其本身的結構較為復雜，而且內部結構比較容易遭到破壞，因此在智能變電站的應用過程中，電子式互感器非常容易發生故障。在實踐運用的過程中，技術人員必須根據其性能特點開展故障排查，盡可能發現故障隱患并及時消除，從而保障智能變電站的正常運行。