智能电网中电子式互感器应用性研究

智能电网中电子式互感器应用性研究　罗超　（国网湖北省电力公司武汉供电公司湖北武汉４３００１５）　摘要：当前电力系统中广泛采用电磁式互感器对电网的电流、电压信号进行测量。但是随着用户对电能需求的日益增长，电力　系统电压等级的不断提高，传输容量不断增大，对电流和电压互感器提出了许多新的和更加严格的要求。　关键词：电子式互感器；故障诊断；必要性　中图分类号：ＴＭ４５　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００４—７３４４（２０１３）１９－００７３—０２　１传统电磁式互感器运用及面临的问题　站建、改造工程中广泛使用。　目前，电力系统中仍然广泛采用电磁式互感器对电网的电流、电压　由于电子式互感器中采用了一些光学器件和电子器件等相对易耗　的信号进行测量。然而伴随着电网的智能化升级，各用户对电能的需求　的元件，与电磁式互感器在实现原理上有很大差异，其可靠性也会呈现　越来越多，电力系统电压的等级不断提升，传输容量持续增长，对电流与　出一些新的特点。在当前的实际挂网运行的电子式互感器中，普遍运行　电压互感器提出了更多严格的新要求，这就使得传统电磁式互感器在运　时间不长，存在一定的故障发生率（尚处于产品的早期故障阶段），且尚　行中显现出一系列的问题：　无有效手段对运行中的互感器进行在线监测和故障诊断，若其状态出现　（１）绝缘的结构复较为杂，体积笨重，造价也高。尤其是用在超高压　异常，将直接影响到站内二次设备功能的实现，所以当前进行电子式互　系统，并且还要满足大短路容量的动稳定和热稳定要求；　感器的故障诊断研究具有重大意义的。　（２）电流互感器测量饱和与电压互感器铁磁谐振问题；　２．２电子式互感器功能应用　（３）随着电流、电压互感器引起二次保护测控设备电缆会对变电站　现代电力系统正走向数字化、智能化，智能变电站作为智能电网的　内的电子设备产生严重的电磁干扰；　重要组成部分，智能变电站需要互感器能直接输出数字信号，且借用光　（４）绝缘采用油浸纸等易燃易爆的材料，安全性差。　纤传送给站内二次设备。传感准确化、传输光纤化与输出数字化的互感　２电子式互感器开发与应用　器主流趋势必定会致使电子式互感器的诞生。随着时间的流逝，在电子　２．１电子式互感器优缺点　式互感器方面的研究已取得重大突破，但由于各种不同测量原理的电子　电子式互感器（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）即当前智能变电站　式互感器应运而生，以下因素大大促进了电子式互感器的开发和应用：　中使用的一种设备，它的功能是借电子测量与光纤传感技术从而实现电　（１）伴随以微处理器作为基础数字式保护装置和及发电机励磁控制　力系统电流和电压的测量，以此来供给保护、控制设备和其他相似二次　装置与电网运行监视控制系统等在电力系统中广泛应用，二次设备功率　设备的使用。和传统互感器比较，电子式互感器具有绝缘简单、重量轻、　消耗很非常小，使互感器的输出容量要求变低。可是二次设备的低电平　体积小、电流互感器动态范围宽、、电压互感器无谐振现象和无磁饱、电　对抗电磁干扰提出了更严格的要求；　流互感器二次输出可以开路等优点，普遍受到关注，并不断在智能变电　（２）断路器和数字测量系统、隔离开关等一些装置的智能化、集成化　分类：按所用材料可分为铝线、铜线、铝合金线、架空绝缘导线、架空　雷电灾害引起的，在出现故障之后，要及时科学地进行检修，并要提高线　绝缘电缆、橡皮绝缘电线等类。　路的防雷能力，可以通过更换高质量的绝缘子和安装避雷器的方法来施　４＿３杆塔　行。据调查和统计，１０ｋＶ配电上所采用的大多是针式绝缘子，而针式绝　杆塔是架空配电线路的主要组成部件，按材料不同可分为钢筋混凝　缘子恰恰是故障发生的集中点，实践表明悬式绝缘子在遇到雷电灾害时　土电杆、铁塔和钢管杆三种。目前所用的电杆多数为钢筋混凝土电杆，钢　发生故障的情况非常少见，进一步提高绝缘子的防雷水平可以一定程度　筋混凝土电杆又分为普通钢筋混凝土电杆和预应力钢筋混凝土电杆。按　上保护１０ｋＶ配电线路的安全。在空旷的１０ｋＶ架空线路上安装线路型带　类型分为耐张杆塔、直线杆塔、转角杆塔、终端杆塔、特殊杆塔、高压同杆　脱离器的氧化锌避雷器，新安装的配网设备如配变、柱上开关、电缆头等　架设杆塔。在１０ｋＶ配电线路设计过程中，应当尽可能地选用较为典型的　也必须安装氧化锌避雷器，以加强对１０ｋＶ线路及设备的防雷保护。　设计方案，或者经施工和实践考验的成熟杆塔型式。一般而言，杆塔型式　６结语　选择过程中，一定要说明利用直线杆塔、承力杆塔的正当理由，其中主要　在１０ｋＶ配电线路设计阶段，要求对每个部分都要进行合理的安排　是指杆塔型式特点、材料钢材以及适用区域和混凝土量等经济和技术指　和配置，这样才能使得整个电力工程更好的实施和运行，确保电力建设　标，通过综合考虑各种基础和线路所占用的走廊等因素，对经济技术加　质量。　强综合考虑和对比，从而选择最合适的杆塔型式。　４－４绝缘子　参考文献　在架空配电线路的组成元件中，绝缘子用来支持或悬挂导线，并使　［１１杨丽嫒．浅析输配电线路的安全运行管理『Ｊ］．企业技术开发，２０１１（１９）：　之与杆塔绝缘，它由绝缘材料制成，需要有足够的电气和机械强度，同时　４５～４６．　对化学侵蚀有足够的抵抗能力，还要适应周围大气温度、湿度的变化，架　［２］董玉芳．对输配电线路安全运行的探讨［Ｊ］．商品与质量，２０１１（２Ｏ）：３６～　空配电线路的绝缘子主要有针式、悬式和瓷横担绝缘子三种。直线杆一　３７．　般采用针式绝缘子或瓷横担；耐张杆、转角转宜采用蝶式或线轴式绝缘　［３］闵华光．浅析输配电线路运行管理【Ｊ】＿中国高新技术企业，２００９（２４）：　子；悬式绝缘子用于高压配电线路。　８２～８３．　５防雷设计及相关措施　［４］杨建强．配电线路故障主因分析及应对措施　．科学之友，２０１１（２４）．　雷击１０ｋＶ架空线路针式绝缘子，导致绝缘子爆裂事故，引起１０ｋＶ　［５】马静波．浅析变电站的故障分析和防范措施［Ｊ］．机电信息，２０１　１（１５）．　线路接地或相间短路是最多见的配网设备雷害事故，造成这类事故的原　因除了本地区雷暴日多之外，将绝缘子绝缘水平提高，可以增强耐雷水　收稿日期：２０１３—９—４　平。设计时将普通常用的ｘ一４．５和Ｐ一１５的绝缘子更改为Ｘ一７和Ｐ一２０　作者简介：吴凯（１９８７一），专科，毕业于三峡大学，发电厂及电力系统专　的绝缘子，提高绝缘子的耐雷水平。１０ｋＶ配电线路故障是由于遭受一些　业，从事１０ｋＶ配电线路设计工作。　要求互感器体积较小并且重量轻，要把数字信号输出；　（３）智能变电站的应用，需要互感器输出数字化，而且要求直接接入　过程总线，从而实现变电站的站内信息冗余和信息共享；　（４）数字技术与光通信技术的快速发展，使互感器的输出信号方便　地转化成数字信号，从而通过光纤的传输，解决高压设备的绝缘与电磁　干扰问题。　在错能变电站系统中，使用电子式互感器来进行母线电压的测量，　但是因电子式互感器运行的不稳定性，导致在实际运行过程中，现场母　线电压并没彳『。Ｆ降的情况下测量到母线电压下降，从而导致了保护误动　作引起停电事故，给电力系统的稳定运行带来了一定的隐患。此问题为　由电ｆ式互感器故障所造成的后果，因此，为减少因电子式互感器类似　的故障而造成的电网故障问题，对智能变电站电子式互感器的运行故障　进行分析，对故障诊断的算法和对预防故障发生的策略进行研究，从而　提高电网系统的稳定性和安全性。　２Ｉ３电子式互感器检测和诊断研究　电子式互感器比常规互感器有多方面的优势，更加适应电网发展需　求。但是较常规互感器大约一个世纪的实际运行经验来说，电子式互感　器还只是一个比较新的生物，其可靠性分析、使用寿命预计和连续运行　数据分析及电磁兼容等方面，有待深入地进行工作。　目前对电子式互感器可靠性的研究仅限于事前分析阶段，缺乏有效　手段对其进行在线的检测和诊断。故障诊断指在一定工作环境下系统被　查明导致其某种功能失调的原因或性质，判断劣化状态发生部位或部　件，及预测状态劣化的发展趋势等。从本质上来说，故障诊断是借用被诊　断系统运行中的一些信息状态和已经存在的各种知识进行信息的综合　处理，从而得到关于故障状况与系统运行状况的综合评价的过程。诊断　技术与故障检测在很多领域都具有深入的研究与广泛应用，如：航天领　域，核电系统，化工领域，以及高速公路系统等　电气设备故障的诊断技　术是保障其安全运行的措施之一，它可以在电气设备故障初期对故障发　展情况作出分析预测。目的在于充分掌握电气设备实际状况的基础上，　制定合理的维修策略，以便在允许的条件下充分的挖掘设备潜力，延长　其服役期限与使用寿命。　现在对电ｆ式互感器的故障诊断方面研究还处于初级阶段。ＩＥＣ一　相关标准对电子式互感器可靠性的问题做出了明确表述，其说明电子　式互感器可靠性应与变电站所用的电子设备可靠性同等对待。电子式互　感器不存在磁饱和、绝缘、二次侧开路等问题，对其可靠性起决定性作用　的主要是内部大量的采用电子元器件和光学器件。这些器件都是比较易　耗的元件，它们的可靠性对电子式互感器的可靠性起决定作用。所以，电　圈１电子式互感器测试图　式互感器校验仪１台，主要包括安装有校验软件的计算机ｌ台，校验软　件１套：③上海三基ＥＭＣ秒脉冲发生器１台：④型号为Ｃ２０００ＭＤＩＡ的　ＲＳ４８５模块信号转电压模拟量采集器３套，共；⑤安装有ＮＰＩ测试软件　和ＩＥＣ６１８５０报文监控分析软件的计算机ｌ台。　３电子式互感器的发展前景　无源式电子互感器一次侧不需供电电源，具有较大的优势，但光学　装置的制作工艺比较繁琐，其稳定性也不方便控制，且有源式电子互感　器目前的研究也比较成熟、实际运行也比较多并进行大量的现场运行经　验，从而有望首先进行推广和使用。　国际电工委员会对电子式互感器的标准已经出炉，我国的电子式互　感器国家标准已基本完成，在近段时间将会公示。国家电子式互感器检　测中心已经建立研究所，使得电子式互感器产品化应用已经具备了行业　规范，也为其市场发展提供了基础平台。　近年来不少企业对电子式瓦感器制造领域进行投资，在实验室和现　场挂网方面都积累了一定的经验，推动了产品化、市场化的进程。在未来　的几年内，会在各种电压等级中将会大量安装和使用。电子式互感器是　满足电网动态可观测性、提高继电保护可靠性和数字电力系统建设的基　础设备。它的推广和应用，将对电力系统特别是变电站的二次设备产生　极其深远的影响，加速变电站智能化进程。　４结语　电子式互感器的应用在国内发展比较迅速，但目前所使用的电子式　互感器产品都存在缺点和限制，给其工程应用造成困难，因此，电子式互　子式互感器的故障诊断有许多新的问题尚待解决。依据电子式互感器自　感器在目前的工程上推广应用还是需要一个比较漫长的过程，只有依靠　身结构的特点制定一套有效的故障诊断方案已经成为电子式互感器进　技术上的不断进步，才能开发研究出更实用更先进的电子式互感器产　行故障诊断的迫切要求。　品，更好地服务于电力系统。　通过对电子式互感器的原理进行研究，分析出其存在的安全隐患，　针对存在的安全隐患，进行故障诊断算法和对预防故障发生的策略进行　研究，从而达到减少故障发生的目的。　为了有针对性的进行研究，因此需要对电子互感器相关的故障情况　进行调查研究，总结出常见的故障原因：为了对故障情况进行诊断，需要　收稿日期：２０ｌ３—８—２９　作者简介：罗超（１９８７一），男，本科，助理工程师，主要从事远动自动化工　作。　进行故障诊断算法的研究；此外，为了实现故障诊断，就需要进行硬件系　统和软件系统的研究；为了对电予式互感器进行现场的研究，就需要进　行现场试验的研究。　在本课题的研究中，所涉及到的实验主要为对电子式互感器的测　量，依据高压部分是否有供电电源，将电子互感器分为有源互感器和无　源互感器。但是技术和材料限制比较大，所以现在无源式电子互感器的　应用较少，通常采用的是有源式电子互感器。有源式电子互感器的一次　高压侧有电子电路，其供给电源的方式有两种：①光供电，即由控制室内　激光源发出的光经光纤送至高压侧，再经光电变换器转为电能供电路工　作；②利用取能线圈直接从高压线路上获取电能供电路工作。　电子式互感器测试系统图如图１所示。电子互感器内部的采集器将　测量元件测得的电压信号转换为光信号由光纤输送到合并器。测试时，　将合并器输出的光电信号输入到测试计算机。　测试中使用如下设备：①Ｔｓ（Ｊ）Ａ型油浸自冷感应调压器ｌ台；②武　汉恒新国仪科技有限公司的电子式互感器校验装置ｌ套，主要包括电子　２０１３年９月　撞圃