电阻取样传感器在电容型设备在线监测系统中的应用

韩 月,高 强,张军阳

（东北电力科学研究院有限公司,辽宁 沈阳 110006）

电力系统高压电力设备按绝缘结构分类,电容型设备占有很大部分[1-2],其中包括电流互感器、套管、耦合电容器、电容式电压互感器等。目前,电容型设备在变电站占40%～50%,其安全运行直接影响电力系统的安全、稳定和经济运行。

根据相关统计数据,近年来随着电网电压等级和设备容量的增大,电容型设备中电流互感器和套管的故障率明显增高,如何在状态检修模式下真实、可靠地实时在线监测电容型设备的绝缘状态已受到广泛关注。

随着计算机技术和数字测量技术的不断发展,很多设备的在线监测技术已逐渐走向成熟。多年来电容型设备在线监测系统普遍采用穿心式电流传感器来测量介损和电容量。由于测量精度要求苛刻、现场电磁场、温度、湿度等干扰因素的影响,被测信号极易受到干扰,测量结果一直不理想。尽管目前可以通过相对介损和趋势判断排除一部分外界干扰,但并未解决实质性问题。选择精度高、稳定度好、抗干扰能力强的取样传感器仍是目前在线监测研究的方向。

1 传统穿心式取样传感器

监测电容型设备绝缘情况必须采集设备末屏的泄漏电流信号[3],通过对泄漏电流信号取样进一步监测介损等其他绝缘参数。泄漏电流信号非常微弱,一般为mA级。目前国内主要采用传统穿心式电流传感器来测量泄漏电流。为了不改变设备原有的接线方式,现场安装时直接将穿心式电流传感器套装在被测设备的末屏回路中。这类传感器的设计原理与变压器相似,一次绕组和二次绕组电流之比近似地与其匝数成反比,如图1所示。

图1 穿心式电流传感器示意图

穿心式电流传感器的优点是采用信号提取方式将测量电路与主电路隔开（不直接连接）,使二次测量设备及计算机免受主电路中过电压的直接冲击。但穿心式电流传感器存在铁心磁阻,在传变电流过程中消耗部分电流用于激磁使铁心磁化,造成电流传感器一次电流和二次电流之间存在相角差。由于高压电容型设备绝缘参数的介质损耗角小于1°,正切值为0.2%～0.3%。该相角差会对高压电容型设备绝缘参数的监测产生很大影响。

为了使泄漏电流输出和输入信号间的误差尽量小,采用了多种误差补偿方式,希望穿心式电流互感器的磁通接近0。但由于穿心式电流传感器长期工作在强电磁场环境中（多应用在户外）,容易受电磁场、温度、湿度等因素干扰,很难达到理想的抗电磁干扰能力。

目前,泄漏电流取样传感器的性能已成为影响电容型设备绝缘参数测量精度及绝缘状态分析诊断可靠性的主要瓶颈。

2 电阻取样传感器结构

鉴于穿心式电流传感器存在的缺陷,本文设计了一种高性能泄漏电流取样传感器,彻底解决了模拟信号在采样过程中的失真问题。

电阻取样传感器对电容型设备的末屏电流信号采用电阻取样（在电容型设备的末屏与地之间串联取样电阻Rs）。电阻取样传感器主要由1个铸铝盒和1块取样电路板组成。固定在铸铝盒内部的取样电路板由取样电路和保护电路并联构成,如图2所示。当电容型设备泄漏电流信号取样时,将刀闸拉开后通过取样电路板获取泄漏电流。正常运行时合上短路接地刀闸即可。

3 电阻取样传感器保护电路设计

为保证被测设备的安全、防止末屏开路,取样电路采用2～3个线绕式大功率电阻与取样电阻Rs并联,并加装了通流能力较强的陶瓷气体放电管。

变电站内的电气设备（特别是变压器）在投切操作期间,将产生较强的对地冲击电流,接地电位瞬间升高,不同的接地位置之间存在较高电压。为保证取样电阻能够承受过电压和过电流的冲击,保护电路采取了浪涌抑止和吸收装置等安全措施。保护电路包括二级、三级,气体放电管一般放在线路输入端,作为一级保护器件,承受较大的浪涌电流。二级保护器件采用TVS（Transient Voltage Suppresser）,在皮秒级时间内对浪涌电压产生响应,把瞬间过电压控制在一定水平。

4 电阻取样传感器现场应用

目前,电容型设备电阻取样传感器已在东北地区4个变电站的变电设备在线监测系统中应用,实现了对电流互感器和套管等电容型设备的介损、电容量、泄漏电流等参数的监测。经过2年多现场应用,取样电路板放电管动作多次,未发生电阻开路的情况,能够很好地承受过电压和过电流的冲击,抗干扰能力强,证明了该种取样方式的有效性和安全性,符合现场实际应用的要求。

2008年安装的万宝变电站电容型设备在线监测均采用了电阻取样方式。2009年3月16日～4月16日,监测系统获得220 kV宝兰线电流互感器的电容量和绝对介损波动范围为：A相（835～840 pF;0.45～0.6）,B相（846～851pF;0.17～0.37）,C相（839～843 pF;0.07～0.23）。如图3、图4所示。

通过对现场多个变电站电容型设备的实际应用,证明了这种电阻取样方式的有效性、安全性和可靠性。

[1] 李亚伟,刘 念,潘志强,等.电容型设备的故障诊断技术[J].四川电力技术,2006,（10）：57-60.

[2] 梁国文,刘文举.电容型设备在线监测装置现状分析及建议[J].华北电力技术,2002,（10）：41-44.

[3] 单 平,罗勇芬,李彦明,等.零磁通型高精度微电流传感器[J].高电压技术,2002,28（5）：28-29.