全光纤电子式互感器现场极性检查及误差测试方法

朱胜龙 陈贵亮 张佳庆 郑 浩 曹元远

（1. 国网安徽省电力公司电力科学研究院，合肥 230601；2. 国网安徽省电力公司滁州供电公司，安徽 滁州 239000；3. 国网安徽省电力公司，合肥 230061）

220kV泓济变位于安徽省滁州市，是安徽省首座新一代智能变电站。目前，该变电站已经将电子式互感器全面普及，包括全光纤电子式电流互感器和电子式电压互感器。而电子式电压互感器不可利用传统检测方法校验，因此，研究电子式电流、电压互感器的校验方法是十分必要的，在新一代智能变电站调试中具有重要意义[1]。

1 电子式互感器的工作原理

1）该变电站安装的电流互感器是全光纤电子式的。这种电子式电流互感器采用新开发的光学电子式测量用传感器，该互感器的光路为全光纤式，设计制造原理为磁-光效应与安培环路定理，其工作原理如下：基于法拉第磁光效应，电流光纤敏感环中的光束受到电磁场作用后，产生偏振返回光电模块，光电模块根据偏振角度计算一次电流值大小。电流值以数字信号模式传输至合并单元，由合并单元将电流值以IEC 61850协议传输至测量、保护和计量等装置[2]。具体工作原理如图1所示。

2）该变电站使用电子式电压互感器进行电压检测，其工作原理如下：①利用电容分压装置实现电压信号的获取、处理和识别；②利用远端模块将电压信号进行全方位处理并以光信号输出至合并单元；③由合并单元将计量、保护和测控等装置[2]。具体工作原理如图2所示。

图1 电子式电流互感器工作原理图

图2 电子式电压互感装置工作原理图

2 电子式互感器的现场校验

电子式互感器有别于传统互感器的检测方式，这是由其输出信号的特性所决定的[3]。下面就电子式互感器现场极性检查和误差测试两方面进行讨论。

2.1 极性检查

1）电子式电流互感器的极性检查

众所周知，传统式的电流电感器是基于电磁感应定律进行工作的，其电压、电流、能量的变化都是基于一、二次侧通过相同磁通量链路而产生的，因此，在相关工作中，可采取干电池“点极性法”进行极性检查。而电子式电流互感器的数字量输出使得一般仪表不能对其进行测量，极性校验需采用新的方法。

随着科技的进步发展，目前在相关工作中通常使用大功率直流源加至被校验电子式互感器两端，取代传统极性校验的“点极性法”进行检验工作，输出的相关数据信息则采用专门的系统进行专业化的全方位整理和分析[4]。大功率直流源可以是具有大功率直流电流输出的继电保护测试仪，也可以是便携式大功率直流恒流源。

现场校验接线图如图3所示。

图3 极性检测接线原理图

将大功率直流源 DC正极和电子式互感器的一次侧P1相连，把大功率直流源DC负极与电子式互感器的一次侧 P2相连。同时，将大功率直流源 DC的输出保持在一定的范围内，并利用电子式互感器校验仪接入合并单元，以校验电子式互感器极性是否正确，此法为直流法。

2）电子式电压互感器的极性检查

一般情况下，PT的极性检查与CT的极性检查的方式方法类似，是通过施加直流电压的方式来进行测定。

3）极性调整手段

在检测的过程当中，工作人员若发现装置存在极性错误，就需要在第一时间对其进行调整。并且，值得注意的是，在调整过程中，不可更改二次输出接线（电子式互感器二次输出为数字信号，二次侧只有光纤，所以不能更改二次输出接线来改变极性），只可更改互感器一次接线（即将互感器一次侧本体旋转180°，或将互感器的一次接线颠倒，如原来互感器一次侧P1级朝向母线，需要改变为一次侧P2级朝向母线），或修改数据采集模块、合并单元、后端应用等相关的数据处理算法来改变其极性。

但是对电子式 CT而言，以上的几种处理方法也存在一定的弊端，例如，改变互感器一次接线过程较为复杂，而修改合并单元或后端应用的数据处理算法亦会对今后的检修和设备更换工作带来难度，基于此，可修改电子式 CT数据采集模块的数据处理算法，进而达到更高效、便捷的改变极性的需求[5]。

对于电子式PT，一般通过修改合并单元数据处理算法来改变极性。

2.2 误差测试

在工作中，若相关的电子式电流、电压互感器为新购入或新维修的，则需工作人员对其进行误差测试[6]。

1）电子式电流互感器误差检测

对电子式电流互感器应利用电流发生器（升流设备）、标准电流互感器、校验仪等设备按照图4进行一次通流测试。

图4 误差检测接线原理图

根据图4所示，电流发生器经标准电流互感器接入电子式电流互感器，电子式互感器校验仪接入电子式互感器的合并单元和标准电流互感器。调节电流发生器分别升流至1%（对S级）、5%、20%、100%和 120%额定电流，校验仪将检测到的标准电流互感器输出的电流值（真值）和电子式电流互感器输出的电流值（测量结果）通过数据线传输至上位机进行比对分析。

在测试过程中，要始终严格把控，检测1%（对S级）、5%、20%、100%和120%额定电流时的测量结果偏离真值的程度，检测额定一次电流之下的标准差[6]。

2）电子式电压互感器误差检测

对电子式电压互感器应利用工频调压器、标准互感器、校验仪等设备按照图5进行误差检测[7]。

图5 误差检测接线原理图

根据图5所示，工频调压器并接在标准互感器和电子式电压互感器的两端，电子式互感器校验仪接入电子式互感器的合并单元和标准互感器。调节工频调压器升压，校验仪将检测到的标准互感器输出的电压值（真值）和电子式电压互感器输出的电流值（测量结果）通过数据线传输至上位机进行比对分析。

对电子式电压互感器进行误差检测时，应按照表1所列条件进行。

表1 误差检测标准

按上述方法测试出电子式互感器的运行状态，再根据其运行状态确定其是否满足现场运行要求，如不满足再进行处理，以确保其安全运行[8]。

3 现场需注意的问题

1）校验仪是否接入合并单元的问题

一般情况下，在进行电子式互感器现场校验时，工作人员会使用合并单元，也可不使用合并单元，进行接线工作。

在不使用合并单元进行校验时，工作人员会把控制系统输出的模拟量直接接入校验仪。

而在使用合并单元进行校验时，控制系统输出的模拟量首先要经过合并单元转换作数字量，再接入校验仪。

目前现场一般采用使用合并单元进行校验的方法。

2）校验过程中的对时问题

现场校验时，使用合并单元时，有两种对时方式：①固定延时方式，②采用外部同步方式[9]。

采用固定延时方式时，无需接对时线，利用校验仪和合并单元自身固有时钟进行校验。

在采用外部同步方式时，对时光纤是接线环节中被利用到的一种必不可少的材料。在实现同步对时的同时，相关工作人员需将电子式电流、电压互感器接口装置的时钟输入端口和校验仪的时钟输出端口用该光纤连接。校验时，若未检测到相关内部同步信号，则需利用外部信号进行替代。

目前现场校验一般采用外部同步对时方式。

4 结论

近年来，随着全光纤电子式互感器在智能变电站中逐步应用普及，对其进行现场极性检查和误差测试就显得非常必要。目前电子式互感器的生产厂家和型号较多，现场校验方法还没有实现完全统一。本文提出的全光纤电子式互感器的现场极性检查和误差测试方法，适应了电子式互感器与传统互感器的变化，满足了现场对其进行极性检查和误差测试的要求，并在220kV泓济变新建工程全光纤电子式互感器现场验收阶段大量应用，及时发现了互感器由于安装造成的极性、光纤接线问题和误差精确度问题，保证了该变电站安全顺利投运，且设备投运至今运行良好。此外，本文还提出了现场测试时需注意的问题，以期能为智能变电站中全光纤电子式互感器的验收、调试工作提供有益参考。

参考文献

[1] 白春涛. 数字化变电站的调试和校验[J]. 电工电气,2013(1): 50-52.

[2] 姚宁. 电子式互感器的原理及应用[J]. 实验室科学,2013(4): 189-191.

[3] 卜强生, 王建明, 袁宇波. 电子式互感器极性校验系统的设计与应用[J]. 江苏电机工程, 31(5): 32-35.[4] 王裕喜. 电流互感器变比和极性的测试方法[J]. 云南水力发电, 2008(6): 103-105.

[5] 于旭, 姜瀚书, 王汉杰. 电子式电流互感器测试方法研究[J]. 吉林电力, 2014(1): 37-40.

[6] 曹建. 全光纤电流互感器在 GIS中的应用[J]. 电工电气, 2012(2): 48-50.

[7] 周开友. 光电式电流互感器试验方案研究[J]. 山区开发, 1989(4): 66-67.

[8] 胡适宜. 树立“实化”安全管理理念强化安全文化落地[J]. 植物学报, 1997(1): 3-8.

[9] 侯晓凤. 电子式电流互感器在数字化变电站中的应用刍议[J]. 科协论坛: 下半月, 2010(11): 22-24.