電子式電壓互感器采樣數據異常因素分析

溫永亮，張浩

（國網黃山供電公司，安徽 黃山 245000）

近年來，隨著智能電網的不斷發展，電網的電壓等級越來越高，傳統的互感器已經無法適應智能電網的發展要求。由于網絡通信技術的快速發展和變電站自動化技術的快速應用，傳統變電站正逐步朝數字化變電站方向發展。電子式互感器作為數字化變電站的重要元器件，對于變電站的有效運行十分重要。因此，有必要對電子式互感器與變電站的運行關系進行深入研究。

1 電子式電壓互感器

電子式互感器輸出小電壓模擬信號或數字信號。由于輸出模擬信號的電子式互感器仍舊存在傳統互感器所固有的缺點，故當前應用較為普遍的新式電子式互感器通常都采用光纖輸出數字信號。電子式互感器與傳統互感器的本質區別是不具有帶負載的能力。

電子式互感器具有結構緊湊、絕緣性能好、抗電磁干擾能力強、抗飽和能力強、易于數字信號傳輸等優點，不但可降低變電站的運行成本，更重要的是可大幅度提高系統內保護裝置及計量裝置的計量精度和動作可靠性，對保證電網的安全和有效提高計量回路的整體精度意義重大。

2 電子式電壓互感器采樣異常情況描述

某地區新一代數字化變電站內采用110kV電壓等級的電壓互感器，屬支柱式電子式電壓互感器（EVT）。該電子式電壓互感器在投入運行約5－50分鐘時間段內，全部投入運行的8只電子式電壓互感器中的3只出現了輸出波形異常現象，過后自動恢復正常，異常波形如圖1所示。

圖1 電子式電壓互感器輸出異常波形圖

3 電子式電壓互感器采樣異常原因分析

電子式電壓互感器的一次側包含電容分壓器和低壓臂分壓電容，其額定輸出值為100V，電容兩端的并聯變比為100：4，電壓變換器的輸出作為采集器的輸入，其電路原理圖如圖2所示。

圖2 電子式電壓互感器電路原理圖

根據電子式電壓互感器在現場的實際運行情況，并結合電子式電壓互感器的工作原理進行深入分析，該電子式電壓互感器產生輸出波形異常的原因可能是低壓側電壓變換器的鐵芯在受到沖擊電壓及直流偏置電壓影響時出現了鐵芯飽和現象而導致的。

4 驗證方案

為了對上述分析進行驗證，隨機選取多個同型號的在用電壓變換器和一個未用的電壓變換器，對其進行勵磁特性測試，并判斷其磁飽和程度。電壓變換器勵磁特性曲線圖如圖3所示。

圖3 電壓變換器勵磁特性曲線圖

圖中的 1＃、3＃、16＃ 為在用的電壓變換器，都存在勵磁低飽和現象，并沒有達到2倍的額定電壓就進入了磁飽和區，而未用的電壓變換器在2倍額定電壓值以下基本上呈現線性狀態，未進入到飽和區。

4．1 故障復現

從測試過在用的電壓轉換器中選取磁飽和速度最慢和最快的兩個和未用的電壓轉換器進行深入測試。通過在電子式電壓互感器的高壓側施加不同等級的電壓，并通過斷路器對高壓側電壓進行分合閘操作，對變電站現場的異常波形進行復現，然后觀察在使用同一電容分壓器時，對使用在用電壓變換器和未用電壓變換器兩種情況下的輸出波形進行研究。

用飽和特性較差的在用電壓變換器進行試驗，一次施加額定電壓，斷路器合閘時若干個周波出現飽和，波形與現場異常波形一致，但在數個周波內即可恢復。

一次施加1．1倍額定電壓，斷路器合閘時出現飽和，波形與一次施加額定電壓時一樣，持續時間達到5S左右。

一次施加1．2倍額定電壓，斷路器合閘時出現飽和，波形與一次施加額定電壓時一樣，持續5min以上未恢復正常。當一次電壓從76kV降至70kV時立刻恢復正常，此時鐵芯退磁。

在電子式電壓互感器高壓側旁邊并接負載電容，其電容值為5000pF。重復上述試驗過程，飽和持續時間無明顯變化，這說明異常情況與系統容性負載大小關聯程度不大。

4．2 電子式電壓互感器差異性測試

變電站現場共8臺電子式電壓互感器，其中3臺出現波形異常，這說明現場的電子式電壓互感器存在個體差異性，為驗證電壓變換器的磁飽和特性差異性與電子式電壓互感器輸出差異的關聯關系，用飽和特性較好的在用電壓轉換器重復上述試驗過程。

在額定電壓下和1．2倍額定電壓下進行試驗，兩組電壓轉換器的試驗結果基本一致。而當一次施加1．1倍額定電壓時，斷路器合閘時出現飽和時間下降到約2個周波，相對使用飽和特性較差的電壓變換器時出現5S左右飽和時間。

4．3 未用電壓變換器測試

依次施加一次額定電壓、1．1倍額定電壓、1．2倍額定電壓和1．5倍額定電壓，斷路器合閘時前幾個周波出現波形異常，隨后波形完全恢復正常，波形測試結果如圖4所示。這說明未用電壓轉換器設計的磁飽和倍數更高。

圖4 未用電壓變換器測試結果

4．4 研究性測試

為了進一步驗證導致電子式電壓互感器異常輸出的原因，本文設計了三組測試，即通過示波器分別監測外加電容分壓器二次端、電子式電壓互感器分壓器輸出端、電子式電壓互感器電壓變換器輸出端等三個測試點進行電壓研究性測試。

在第一組試驗中，電子式電壓互感器為完整結構，在1．3倍額定電壓下開合斷路器，示波器采集波形如圖5所示。從結果可看出外接分壓器輸出信號良好，而電子式電壓互感器100V、4V端口均出現波形畸變，其中4V端口畸變波形與互感器最終輸出波形一致。

圖5 完整結構電子式電壓互感器采集波形

在第二組試驗中，去掉采集單元，僅保留電容分壓器與電壓轉換，進行同樣試驗，測試波形和圖5一樣。這第二組試驗波形結果與上述第一組試驗波形結果完全一致，可排除采集單元導致的異常。

在第三組試驗中，去掉采集單元與電壓轉換器，僅保留電容分壓器，進行同樣試驗，測試波形如圖6所示。這第三組試驗中異常波形消失了，可判斷分壓器輸出無異常，故障由電壓轉換器導致。

圖6 去掉采集單元與電壓轉換器后采集波形

5 結論

通過本文的試驗分析可知，某新型智能變電站現場電子式電壓互感器投運時出現的波形畸變原因是由于電壓變換器磁飽和倍數設計裕度不足所導致的。同時，由于電壓變換器存在個體差異，元器件入廠檢測缺失而導致了現場8臺電子式電壓互感器中3臺出現了異常。使用飽和倍數更高的新的電壓轉換器即可解決電子式電壓互感器投運時波形畸變的問題。