電磁式電流互感器帶電狀態(tài)檢測技術(shù)綜述

電磁式電流互感器帶電狀態(tài)檢測技術(shù)綜述

0試驗方法及缺陷作為測量的重要部分，電子磁強(qiáng)計經(jīng)常被用作測量保護(hù)電路。由于在操作過程中無法打開，因此在操作過程中的測量方法受到一定的技術(shù)限制。目前，常用的技術(shù)有以下幾個方面。(1)二次回路瞬時參量測試。技術(shù)原理為伏安法,涉及二次負(fù)荷測試、二次電流等。該方法簡單,可操作性強(qiáng),能夠快速發(fā)現(xiàn)明顯故障,缺點是判斷隱藏故障以及故障定位能力差,無法給出趨勢性測試結(jié)論;(2)帶電誤差測試。采用大電流傳感器件采集一次電流,與之同時二次回路電流進(jìn)行比對換算,得出實負(fù)荷下的誤差參數(shù)。該方法準(zhǔn)確度較高,能達(dá)到0.1級標(biāo)準(zhǔn),但操作難度大,需要接觸一次高壓線路,而且僅能針對互感器本身傳變特性進(jìn)行測試,即使發(fā)現(xiàn)誤差超限,無法肯定是負(fù)荷引發(fā)還是互感器內(nèi)部引發(fā)所致。從應(yīng)用效果看,該測試方法在負(fù)荷波動較大的條件下效果欠佳;(3)回路阻抗分析法。測試安全簡單,無需動用一次線路,通過回路阻抗和回路電流診斷運行狀態(tài),可用于趨勢分析,并結(jié)合負(fù)荷測試數(shù)據(jù),可對二次回路進(jìn)行有效拆分,進(jìn)一步對故障特征進(jìn)行定位。本篇重點介紹回路阻抗測試原理及其應(yīng)用效果。1磁極傳感器的抗阻性1.1次回路阻抗導(dǎo)納電流互感器在線性工作區(qū)域被看作一個內(nèi)阻無窮大的恒流源,二次端的輸出電流不受二次負(fù)載阻抗變化的影響。當(dāng)二次阻抗繼續(xù)增大,使得二次勵磁電壓達(dá)到電流互感器飽和點的時候,互感器進(jìn)入非線性區(qū)域,勵磁阻抗下降導(dǎo)致勵磁電流急劇上升,二次負(fù)荷端的電流逐漸被勵磁回路分流。從電流互感器等效電路出發(fā),可以得出以下誤差理論公式:式中Rct為二次回路直流電阻;x2′為二次等效漏抗。根據(jù)圖1,有負(fù)載阻抗和勵磁導(dǎo)納為:式中φ為功率角。由此可見,影響二次回路阻抗(導(dǎo)納)大小的因素主要由負(fù)載阻抗、二次線路阻抗、接地阻抗和互感器勵磁特性決定。由于正常情況下,負(fù)載阻抗、二次線路阻抗基本保持不變,勵磁阻抗(導(dǎo)納)隨二次勵磁電壓(E2=Es=is(Rct+jx2+zb))的變化近似成線性變化,直到互感器飽和進(jìn)入非線性區(qū)域。1.2次線路狀態(tài)電流互感器非線性特性主要指線性區(qū)域到拐點的過度區(qū)域、拐點區(qū)域和完全飽和區(qū)域。關(guān)于非線性區(qū)域的研究,主要有誤差特性、動態(tài)特性、響應(yīng)時間等。由于互感器進(jìn)入非線性區(qū)域通常意味著一次負(fù)荷陡增或者二次阻抗陡增(開路),回路電流并非正弦狀態(tài),通過頻譜分析、時域分析能夠在一定時效范圍診斷出一次線路狀態(tài)。在非線性區(qū)域的工作特性有定性要求的是保護(hù)用電流互感器,用于保證一次線路過流狀態(tài)提供及時、準(zhǔn)確的狀態(tài)信息,從而觸發(fā)保護(hù)裝置的動作。由于描述非線性特性的模型主要采用信號分析法,目前存在較多爭議之處,且不是本文重點,因此不再對非線性模型進(jìn)行過多描述。1.3復(fù)合誤差特性不論電流互感器工作在線性區(qū)域還是非線性區(qū)域,嚴(yán)格來講,受到電網(wǎng)非線性負(fù)荷影響,互感器正常傳變的信號并非正弦波型,因此帶電運行狀態(tài)的互感器誤差特性應(yīng)歸類到復(fù)合誤差范疇。正因為涉及電能質(zhì)量因素,用于帶電誤差檢測的技術(shù)難度較大,運行狀態(tài)的互感器誤差并無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試、比對,所以在實際負(fù)荷下的誤差測試通常采用等效阻抗分析法。但由于阻抗法難以接觸到一次線路,因此測試結(jié)果目前局限于負(fù)載誤差特性,目前僅見到文獻(xiàn)對該算法有簡要概述。2測量測試方法阻抗測試法的常用技術(shù)原理是歐姆法和電橋法。二次負(fù)荷測試能夠有效快速得出互感器負(fù)荷端的阻抗值,根據(jù)不同測量準(zhǔn)確度的要求,測試有以下幾種方法:(1)感應(yīng)式直接測量法。無需動用二次回路,直接用電流開口夾鉗和電壓夾鉗在二次端部進(jìn)行測量。由于該方法受夾鉗精度制約,誤差較大。一般僅能做到1級標(biāo)準(zhǔn)。(2)注入電流法。將互感器二次端部短接,即讓二次負(fù)荷處于無源停電狀態(tài),然后將測試線串聯(lián)接入負(fù)荷回路,采用歐姆定律或電橋法計算回路阻抗,即為負(fù)荷阻抗。測試準(zhǔn)確度受注入信號源的穩(wěn)定度影響,且會造成計量損失。如用在保護(hù)回路,容易引起保護(hù)裝置預(yù)警。(3)信號疊加法。也稱異頻法,可有效去除工頻干擾,能夠借助隱故障的高頻特性變化響應(yīng)速度快的特點,較早發(fā)現(xiàn)回路阻抗異常,并以此作為后續(xù)趨勢判斷、誤差分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。如圖2所示。需要說明的是,該測試方法需要帶電將測試設(shè)備串入二次回路,操作時需要嚴(yán)格按照安全標(biāo)準(zhǔn),防止二次回路開路。測試過程應(yīng)保證二次回路總阻抗不超過電流互感器負(fù)荷承受極限,防止破壞電流互感器過熱損壞。3通過測量和分析direction錯誤電流互感器帶電測量重點是故障特性和誤差特性,從應(yīng)用角度看,主要分為三個領(lǐng)域:運行初期調(diào)試階段、周期巡檢或監(jiān)測、后期大修調(diào)試。(1)國外應(yīng)用分析該階段線路負(fù)荷穩(wěn)定,可以通過調(diào)整測試條件,評價誤差和故障特性。國外應(yīng)用較多的是帶電勵磁特性測試,用于定位互感器線性區(qū)域和非線性區(qū)域。帶電勵磁測試的原理主要是二次電壓抬高法,即采用負(fù)荷變動原理帶動負(fù)荷電壓上升,從而逼近電流互感器拐點的方法。(2)循環(huán)檢查和沉積物測試實際負(fù)荷運行階段,波動特性明顯?？赏ㄟ^負(fù)荷測試、回路阻抗測試等,將數(shù)據(jù)整合,得出趨勢性評估報告。文獻(xiàn)和文獻(xiàn)對此有較為詳細(xì)的描述。(3)周期巡檢和東南角調(diào)值線路停電狀態(tài),主要通過施加信號源仿真工作狀態(tài)和停電阻抗測試法。仿真信號法主要用于誤差測試,停電阻抗測量法主要用于直流電阻、回路電阻測量。綜上所述,周期巡檢和大修調(diào)試是狀態(tài)維護(hù)的主要工作,其中由于實際維護(hù)人力物力的限制,通過周期性大修并不能準(zhǔn)確反映工作狀態(tài)信息,因此周期巡檢往往起到更為重要的角色。而針對隱故障和趨勢性判斷,往往能夠起到防范未然、及時發(fā)現(xiàn)事故隱患的目的。從應(yīng)用技術(shù)層面上看,帶電阻抗測試法能夠更深入的分析回路狀態(tài),是值得研究的新領(lǐng)域,下面重點介紹阻抗法在帶電測試中的特點及應(yīng)用。4電壓計技術(shù)的原理4.1次放電狀態(tài)通過式(1)可知,在電網(wǎng)無重大污染的條件下,影響電流互感器誤差的因素主要是勵磁、負(fù)荷特性兩大方面。其中勵磁回路的非線性特性是決定誤差的關(guān)鍵參量。將電流互感器等效為內(nèi)阻無窮大的恒流源,參考文獻(xiàn),回路阻抗可描述為:式中Z′line為一次折算到二次的阻抗,即等效回路恒流源內(nèi)阻,由于數(shù)值很大,可以將其忽略。針對二次測試信號源,采用異頻法可將二次看做開路停電接入狀態(tài),所以:式中Z′是直接測量所得;通過負(fù)荷測試后Zb為已知參數(shù);ZM是關(guān)鍵參數(shù),分三個方面考慮對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理:(1)忽略漏抗?？梢灾苯咏频贸鯶′M;(2)忽略一次負(fù)荷變化;(3)忽略其他快速變化并影響測量結(jié)果的因素。如果直接忽略以上因素,測量結(jié)果將有很大誤差,如表1所示。表1中勵磁電壓和勵磁電流是停電勵磁曲線測試數(shù)據(jù),參考值為勵磁曲線近似換算,換算的誤差在此忽略不計。修正前的測試值是帶電狀態(tài)二次測試電壓Utest與響應(yīng)電流Iresp的計算值,即:由于(5)直接忽略了漏抗,恒流源內(nèi)阻影響和直流電阻壓降,需要進(jìn)行適當(dāng)修正。4.2基于空間的測量算法從表1看出,如果直接忽略漏抗、恒流源內(nèi)阻影響,測量結(jié)果將出現(xiàn)較大偏差,而且數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。因此需要采取措施進(jìn)行修正、補(bǔ)償,文獻(xiàn)采用了線性近似法:步驟1:通過下面方程組確定狀態(tài)空間:式中A、B為經(jīng)驗參數(shù),通常為直接測量值上下變化50%。即采用兩條直線近似逼近真實曲線,確定因故障引起狀態(tài)變化的空間。步驟2:通過改變疊加信號強(qiáng)度或者頻率,起到人為調(diào)整工作狀態(tài)的目的。然后重復(fù)式(6)至式(8),計算新的空間量值,并求取兩空間的交集,如圖3所示。算法:修正后的數(shù)據(jù)如表1第三欄所示,雖然仍舊存在較大誤差,但本算法在忽略恒流源內(nèi)阻的條件下較直接測量計算已經(jīng)進(jìn)一步接近參考值。由于將回路關(guān)鍵參數(shù)勵磁阻抗鎖定在一定范圍,可以據(jù)此通過長期觀察、三相比對等方法進(jìn)行故障判斷、故障定位和趨勢分析[1~3]。4.3狀態(tài)診斷時的一般要求通過測試數(shù)據(jù)反映,測量值和參考值之間仍舊存在10%左右的誤差,因此在狀態(tài)診斷時應(yīng)該預(yù)留一定的測試和計算誤差。同時,狀態(tài)空間交集的理論建立在線性區(qū)域,對于因負(fù)荷原因、其他故障特性造成互感器飽和時,則不能采用線性近似法。忽略一次線路折算到二次的內(nèi)阻效應(yīng)也會帶來計算誤差。5進(jìn)一步鎖定故障空間本篇綜合分析了帶電測試電流互感器及二次回路狀態(tài)的