智能变电站电子式互感器故障分析及建议

马晓光

（国网宁夏电力有限公司 固原供电公司，宁夏 固原 756000）

0 引 言

在我国传统的电网运行机制下，电磁式和电容式等常规类型的互感器在使用过程中相对比较稳定。但是近年来，随着智能变电站建设力度的逐渐增强，电子式互感器的应用范围逐渐增大，其优秀的绝缘性能及动态响应特征逐渐体现出来，同时具备相对比较宽的频率控制范围。由于电子式互感器的应用运行经验较为缺乏，因此在运行应用过程中会出现较多不同的故障和问题，不仅会对智能变电站的建设造成负面影响，而且还有可能威胁到变电站工作人员的人身安全。为了建设智能变电站，就需要优化电子式互感器的应用机制，从常见的故障分析入手进行全面优化。

1 电子式互感器的基本分类和应用技术

1.1 电子式互感器的分类

按照互感器的相关定义而言，电子式互感器主要分为电子式低功率电流互压器（Low Power Current Transformer，LPCT）和电子式电流互感器（Electronic Current Transformer，ECT）。其中，电子式低功率电流互压器主要利用光学材料或者电容-电阻分压器为主要的一次传感器，通过光纤信号进行电流传输，对测量的电量信号进行相应处理，从而实现电量信号模拟量或者数字量的输出。电子式电流互感器则是通过光学材料、低功率线圈以及罗氏线圈组成一次性传感器。当电压等级在66 kV及以上时，按照电子式互感器高压传感头的部位是否包含源采集器又可以将电子式互感器分为有源电子式互感器和纯光感互感器[1]。然而在电压小于35 kV时，则需要采用专门的弱模小信号电子式互感器。电子式互感器的分类图1所示。

图1 电子式互感器的分类框

1.2 电子式互感器的应用技术

有源型电子式电流互感器的基本制作原理是电磁感应，在运行过程中经常出现的问题是直流分量的传感不足以及非周期传感力度较差。而且有源型电子式电流互感器的高压侧传感器部分内部包含电子电路，因此其使用寿命较难保证。一旦电子电路出现故障，就需要进行停电维修，这是有源型电子式电流互感器的较大弊端[2]。

无源型纯光感电子式电流互感器的运行原理则来源于法拉第提出的磁光效应。纯光感电子式电流互感器的特点在于其能够实现对电量信号的动态质量检测，同时使用寿命较长，在维修的过程中不需要全面停电维修，能够较为快速地检测直流分量和非周期分量。然而，其测量的整体精度比较低，而且需要维持运行温度[3]。我国国产的纯光感电子式互感器为了降低熔接成本，同时有效减少保偏光纤的使用长度，会将互感器的采集器部分安装到户外。

在智能变电站的建设过程中，有源型电子式电流互感器的制造技术相对比较容易实现，而且其产品的试运行经验比较丰富，试点站比较多，应用技术相对比较成熟。与此同时，纯光感型电子式电流互感器的应用和试运行时间还相对较短，实际应用经验不足，还需要更多的实验进行补充和改进，并且测量精度较差[4]。综合调查我国目前所建立的智能变电站运行情况，分析各类电子电流互感器的应用情况，得到如图2所示的结果。

图2 电子互感器的使用情况

2 电子式互感器在应用过程中存在的主要故障问题及建议

2.1 互感器的电流值突然增强

在智能变电站正常运行的过程中，电子式互感器部位的电流值在整体上呈现基本稳定，轻微波动的运行特点。但是当电子式互感器发生故障时，智能变电站系统的整体电流值就很容易出现突然增长的情况，从而导致电流值出现剧烈变化[5]。智能变电站系统出现电流值突然增长的趋势，往往是因为电子式互感器的线圈电流出现了偏差。因此在一定的特殊情况下，测量线圈中的某一组很有可能发生故障问题。例如，在进行电子式互感器的运行检测过程中，如果以正常的电流值作为基础，某组线圈的电流偏离量呈现了上百倍的剧烈变化，但是却没有对其他设备的运行情况造成干扰时，首先需要停止互感器的运行，之后全面检测智能变电站的整个电路系统。其中最为关键的部分就是对直流电阻的测量。除此之外，如果并联电阻的电阻值出现较大的变化，甚至达到了无穷大的状态，就可以判断并联电阻系统的某个位置出现了中断现象，此时就需要利用解体检查的方法判断具体的故障点。在对无感电阻进行绕制时，金属原材料本身可能存在一定的缺陷，导致电子式互感器在运行过程中散发了过多的热量[6]。另外，由树脂浇注制成的部分设备在实际使用过程中也可能会不断积累温度，最终导致设备被烧坏。

2.2 电子互感器的发热情况不均匀

在大多数故障情况下，电子式互感器都可能产生内部发热不均衡的问题，造成该问题的主要原因是其内部的某些元件在持续发热。利用红外测温的方法可以准确判定发热点。经过一定的比较可以得知，三相设备在整体表现上具有较大的温度差值[7]。造成这一问题的原因是不同批次的电子式互感器的设备参数存在一定差异，从而导致了系统电流和系统功耗不断增大。电子式互感器内部各个零部件的实际散热面积和零部件的尺寸都会随着设备参数的变化而变化。为了从根本上解决电子式互感器的发热不均衡问题，就必须定期对关键零部件部位进行温度测量。在发现某些零部件部位的温度突然提升之后，需要立刻利用专业的红外成像方法，对有问题的零部件部位进行温度测定工作。在必要的情况下，还需要将电子式互感器内部出现温度故障的零部件全部更换成全新的零部件，从隐患阶段全面消除发生不均衡发热问题的原因[8]。

2.3 其他类型的综合故障问题

除了发热不均衡和电流值突然增大等基本故障问题，电子式互感器在实际运行过程中还很容易出现电压故障或者其他较多类型的电流故障。比如，电子式互感器的二次线圈部位会存在以特定比例构成的并联电阻系统，在实际运行的过程中，这一类内部系统很容易出现断裂问题，这主要是因为电子式互感器系统本身在运行过程中不能及时散热[9]。如果电子式互感器的故障问题影响到了智能变电站其他设备的正常运行，那么就必须进行及时地修理或者直接更换。在条件允许的情况下，电子式互感器的生产厂家还可以不对并联电阻系统进行浇注等处理，从而便于使用时随时更换维修，但是这样的处理方式却在一定程度上增加了故障发生的概率[10]。

通过故障分析可以得出，二次短路问题往往会直接影响电子式互感器的系统精度。为了全面排查电子式互感器的故障问题，准确定位发生故障的部位，还需要技术人员充分关注其内部的接线方式。在必要的情况下，可以适当改变电子式互感器内部的布线方式，从而增强其稳定性，有效杜绝发生二次短路问题[11]。除此之外，电子式互感器处于运行工作状态时还需要定期进行红外测温，保证其正常运行时，内部的零部件温度都处在正常范围内。对于温度发生变化的零部件，定期的红外测温工作能够及时发现其温度的不正常变化，从而便于技术人员对其进行及时处理。此外，在必要情况下还需要对电子式互感器的运行系统进行一定的局放测试[12]。

3 结 论

随着智能电网的全面建设，变电站逐渐开始应用新型互感器和电力发展技术，其中电子式互感器是最为典型，也是最容易投入实际应用的互感器类型。其本身的结构较为复杂，而且内部结构比较容易遭到破坏，因此在智能变电站的应用过程中，电子式互感器非常容易发生故障。在实践运用的过程中，技术人员必须根据其性能特点开展故障排查，尽可能发现故障隐患并及时消除，从而保障智能变电站的正常运行。