一種帶預警功能的在線監測電流互感器在電力安全監控領域的應用

廣西電網有限責任公司柳州供電局 譚華章 胡競湘

隨著社會經濟的發展，配電網不停電運行技術得到了迅速的發展和廣泛應用，以旁道設備為主的不停電工程也得到了廣泛的應用。提高配電網停電運行技術，提高配電網停電運行的安全性和效率，開展能夠進行智能監控的新型側路操縱裝置技術的研發成為當務之急。

在現有專利文件中，除了開放式剩余電流傳感器外，電流互感器還包括固定板、上固定柱、下固定柱、上固定螺釘和下固定螺釘等。剩余電流傳感器的空芯可以輕松快速地打開，如果是被測導線，則被測導線可以直接進入環形變壓器，連接電源外殼，正常操作剩余電流傳感器。通過上述方案，在試驗線路上設置多個剩余電流傳感器間隔，通過人員檢查、巡邏測量是否存在安全風險。因不是實時的，并不能迅速找到故障位置，所以需要大量人力。因此，有必要提供具有警報功能的在線監測電流傳感器。本文解決了現有側路系統設備不具備電流檢測功能的問題，使操作員無法快速找到故障位置。

1 電子式電流互感器發展現狀

電流互感器基本原理是從電磁感應原理中開發出來的，由閉合的鐵心及繞組構成的。在設備運轉接近短路時，可以將一次高壓的大電流按照設定好的數值轉成低壓小電流，然后給二次儀表，繼電保護提供能量進行測量[1]。電流互感器傳感元件既能夠選擇光學傳感器器件，也可選擇空心輸入線圈或低功率的鐵心線圈。這種裝置不但能夠完成高低壓側的電氣隔離，而且還會產生很大的抗電磁干擾。而二次變換器的主要任務是把光信息轉換成和被測量電流電壓大小成比率的消息，產生和放大的、能夠用來通信的數字信號，并提供保護和檢測之用。修理請求（MR）則是表明裝置必須修理時的必要訊息。二次電源是指二次轉換器的供電（可能與一個開關電源合流，或與其他互感器的電源合并）。

現階段，我國電流互感器發展中存在的問題主要有以下幾點：

第一，由于電流互感器絕緣隔離部分厚薄相對較大，有的絕緣隔離層上也有小皺褶，所以真空處理效果較差，空氣浸漬也不能完全產生含空氣的真空腔，導致局部放電。

第二，電容屏的規格與配置不滿足市場需求。如由于電容的極板光滑平整度較低，且電容屏放置過少，電容損壞或錯位，從而損害了電流互感器的均電壓功能。所以，當在電流互感器的固體上絕緣的電場技術強度超過規定值后，就可能產生強烈的放電性。

第三，由于絕緣材質的不清潔性或含水率偏高，電流互感器表面上或許會出現沿面的放電電流。在端子引線沿焊盤表面放電時，此類情形比較普遍。

第四，由于電子式電流互感器的金屬部分有浮動電位，接線容易松動，從而產生火花現象放電。因此，若初級繞組的支撐螺栓松開，就會引起端極屏蔽導線的接觸，初級繞組屏蔽鋁箔電位懸空，或連接錯誤，又或者斷開，從而導致電流互感器出現故障。

第五，電流互感器的阻力增加和內部過熱故障通常是由端屏連接螺栓松動、絲錐固定螺栓松動以及連接螺母、螺栓、夾板松開等所造成的。另外，若現場維修或處理方式不當也應引起重視。

2 在線監測電流互感器介紹

2.1 電流互感器原理

電流互感器在電力系統設備中起著非常重要的作用，其可將電流轉換為次級電流以測量、保護或控制儀表。電流傳感器工作可靠性直接關系到電網的安全穩定工作，目前動力電網廣泛使用電流互感器，這種裝置主要使用10kV油浸式電流變壓器。若改設備發生故障，液體絕緣介質會引起設備爆炸和火災，嚴重危害電網的安全穩定工作。

在電力系統中，電流互感器發揮著關鍵作用，其可以對電網系統的電流信號進行直接轉換，將大電流信號轉為標準的小電流信號（1A或5A)，這對電力系統有著較好的保護作用。當前，隨著科技的快速發展，納米材料的出現引起了人們的興趣。與傳統鐵材料相比，納米合金芯有著較好優勢，即較高的相對磁導率、較低的黏合力、較小的自損耗等，這些優勢可延長電流互感器的使用壽命。

電流傳感器是通常使用的電流轉換設備，其中以特定比例將電流轉換成小電流是用于收集輸出參數的電力系統的重要設備，并且是用于輸出控制、輸出測量和繼電器保護裝置的重要信號源。變壓器的精度影響保護器件的測量精度和性能。傳統電流傳感器的設計基于工作頻率。電流傳感器的頻率特性可以在高頻信號下變化。當信號頻率超過電流傳感器的頻率范圍時，二次電流波形是不現實的，對測量結果有較大影響。嚴重時，應拒絕繼電保護裝置的動作，因此拒絕動作或引起錯誤。在測量電路中，變壓器的次級側環與測量電路串聯，次級側線圈與測量電路連接。

2.2 在線監測電流互感器的內部結構

本發明的在線監測電流互感器具有較好的報警功能，具體內容如下：

第一，變壓器主體主要由底座和分解罩組成。底座底面有橡膠墊，底座另一側有連接塊，兩塊上有連接孔。底座和蓋子通過圓形塊連接，兩個圓形塊和孔會聚在中心軸上[2]。圓形設置在環形塊的端部，環形塊的油漆端與兩根電線電連接。

第二，警報單元。主要由電流檢測模塊、微處理器和安裝在蓋子上的警報模塊組成。警報單元帶有靜音按鈕的蜂鳴器，用于關閉警報聲音。警報單元還包括設置在蓋子上的顯示模塊和存儲模塊，兩者都由微處理器和電力連接。微處理器分別將電流檢測模塊和警報模塊連接起來。其中，連接電流檢測模塊和漆環線路電。通過電流檢測模塊檢測漆環承受的電流負載，用于微處理器控制報警模塊[3]。

第三，支架的右側連接到鉸鏈。支架另一側通過掛鉤板安裝，支架另一側安裝與掛鉤板一致的限位塊。

第四，在封裝頂部安裝裝載插槽。能量存儲裝置、微處理器以及顯示模塊安裝在安裝盒中。報警模塊固定在安裝插槽一側的頭罩上部。安裝插槽的入口固定蓋封裝在安裝有能量存儲模塊、微處理器及顯示模塊的插槽中，并插入玻璃鏡頭。

3 具體實施方式

下文結合附件來具體講述本發明的優選適用例，簡單闡述本發明的基本原則以及本發明的適用范圍。

本發明提供了一種具有報警功能的在線監測電流互感器。包括變壓器主體和報警第單元，報警單元安裝在變壓器主體上，通過報警第單元測量電路是否出現故障，并將故障信號發送給操作人員，以避免安全事故。具體來講，變壓器主體包括連接到機座和兩個環機座的可拆卸擋板，在機座和擋板之間形成，連接孔和環形螺釘，連接到兩個連接部件（如圖1所示）。

圖1 電流互感器正面圖

在本具體實施例中，底座和擋板的另一側用鉸鏈連接，連接環安裝在擋板的另一側，底座的另一側安裝與連接環兼容的定位限制裝置塊。擋板安裝在頂部，安裝板和帶有玻璃透鏡的蓋子上。需要注意的是，當氣座固定在擋板上時，兩個半圓環塊處的連接墊相互接觸，使兩條漆包線連接在一起[4]。為了便于電流傳感器飽和體的組裝，在底座的下方安裝連接塊，在第二連接塊上安裝連接孔。傳感器體與螺釘匹配，可以固定，并在底座的下面貼上橡膠墊（如圖2所示）。

圖2 電流互感器整體圖

另外，警報第單元檢測漆包線承受的電流負載，具體來講，在警報系統中，是蜂鳴器，蜂鳴器是關閉警報信號的噪音抑制按鈕。當然，警報模塊可能是警告燈，警告燈的顏色取決于當前負載大小[5]（如圖3、4所示）。

圖3 半圓環形

圖4 電流互感器側面圖

基于上述方案，警告第二單元包括安裝在安裝插槽中的顯示模塊和存儲模塊，存儲模塊包括連接到微處理器的。具體來講，存儲模塊、微處理器、顯示模塊從安裝插槽按從下到上的順序排列，警告模塊固定在安裝插槽一側的覆蓋件上方。存儲模塊、微處理器和顯示模塊用安裝版密封。

4 實施效果

本發明是一個帶警示功能的現場測試式電壓互感器，通過將電壓測量模組、微處理器和警示模組安裝在揭棋上，微處理器部分和電流測量模組、警示模組的電性聯接，并利用電壓檢驗功能測量漆包線卷導線上所接受的電壓負載，供于微處理器控制警示模塊進行報警，作業人員可根據警示模塊發出的報警信號快速確定故障的位置，對故障位置進行檢修，避免出現安全事故。

上述規定，僅是對本發明較佳的措施辦法，而對本發明的保護范圍也并不僅限于如此，凡是熟悉本技術范疇的科技人員，在本發明所揭露的技術范疇內，能輕松做到的變更或更新技術，均應當包括在本發明的保護范圍之中。

5 結語

通過對本發明分析可得知，由于絕緣問題發展中總有一定的潛伏時期，停電例檢試驗期一般較長，且持續時間也較為穩定，因此無法及時發現設備的早期缺陷，而應用在線測試技術可以做到及時、精確地反映電氣設備內的絕緣情況，為安全工作提供了可靠保證。