電磁式電流互感器帶電狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)綜述

電磁式電流互感器帶電狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)綜述

0試驗(yàn)方法及缺陷作為測(cè)量的重要部分，電子磁強(qiáng)計(jì)經(jīng)常被用作測(cè)量保護(hù)電路。由于在操作過(guò)程中無(wú)法打開，因此在操作過(guò)程中的測(cè)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(gè)方面。(1)二次回路瞬時(shí)參量測(cè)試。技術(shù)原理為伏安法,涉及二次負(fù)荷測(cè)試、二次電流等。該方法簡(jiǎn)單,可操作性強(qiáng),能夠快速發(fā)現(xiàn)明顯故障,缺點(diǎn)是判斷隱藏故障以及故障定位能力差,無(wú)法給出趨勢(shì)性測(cè)試結(jié)論;(2)帶電誤差測(cè)試。采用大電流傳感器件采集一次電流,與之同時(shí)二次回路電流進(jìn)行比對(duì)換算,得出實(shí)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(jí)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(duì)互感器本身傳變特性進(jìn)行測(cè)試,即使發(fā)現(xiàn)誤差超限,無(wú)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(cè)試方法在負(fù)荷波動(dòng)較大的條件下效果欠佳;(3)回路阻抗分析法。測(cè)試安全簡(jiǎn)單,無(wú)需動(dòng)用一次線路,通過(guò)回路阻抗和回路電流診斷運(yùn)行狀態(tài),可用于趨勢(shì)分析,并結(jié)合負(fù)荷測(cè)試數(shù)據(jù),可對(duì)二次回路進(jìn)行有效拆分,進(jìn)一步對(duì)故障特征進(jìn)行定位。本篇重點(diǎn)介紹回路阻抗測(cè)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(gè)內(nèi)阻無(wú)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(lì)磁電壓達(dá)到電流互感器飽和點(diǎn)的時(shí)候,互感器進(jìn)入非線性區(qū)域,勵(lì)磁阻抗下降導(dǎo)致勵(lì)磁電流急劇上升,二次負(fù)荷端的電流逐漸被勵(lì)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(lì)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(lì)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(lì)磁阻抗(導(dǎo)納)隨二次勵(lì)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(diǎn)的過(guò)度區(qū)域、拐點(diǎn)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(dòng)態(tài)特性、響應(yīng)時(shí)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(guò)頻譜分析、時(shí)域分析能夠在一定時(shí)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(guò)流狀態(tài)提供及時(shí)、準(zhǔn)確的狀態(tài)信息,從而觸發(fā)保護(hù)裝置的動(dòng)作。由于描述非線性特性的模型主要采用信號(hào)分析法,目前存在較多爭(zhēng)議之處,且不是本文重點(diǎn),因此不再對(duì)非線性模型進(jìn)行過(guò)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(lái)講,受到電網(wǎng)非線性負(fù)荷影響,互感器正常傳變的信號(hào)并非正弦波型,因此帶電運(yùn)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?yàn)樯婕半娔苜|(zhì)量因素,用于帶電誤差檢測(cè)的技術(shù)難度較大,運(yùn)行狀態(tài)的互感器誤差并無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試、比對(duì),所以在實(shí)際負(fù)荷下的誤差測(cè)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(cè)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(duì)該算法有簡(jiǎn)要概述。2測(cè)量測(cè)試方法阻抗測(cè)試法的常用技術(shù)原理是歐姆法和電橋法。二次負(fù)荷測(cè)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(cè)量準(zhǔn)確度的要求,測(cè)試有以下幾種方法:(1)感應(yīng)式直接測(cè)量法。無(wú)需動(dòng)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(cè)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(jí)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(wú)源停電狀態(tài),然后將測(cè)試線串聯(lián)接入負(fù)荷回路,采用歐姆定律或電橋法計(jì)算回路阻抗,即為負(fù)荷阻抗。測(cè)試準(zhǔn)確度受注入信號(hào)源的穩(wěn)定度影響,且會(huì)造成計(jì)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(hào)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(diǎn),較早發(fā)現(xiàn)回路阻抗異常,并以此作為后續(xù)趨勢(shì)判斷、誤差分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。如圖2所示。需要說(shuō)明的是,該測(cè)試方法需要帶電將測(cè)試設(shè)備串入二次回路,操作時(shí)需要嚴(yán)格按照安全標(biāo)準(zhǔn),防止二次回路開路。測(cè)試過(guò)程應(yīng)保證二次回路總阻抗不超過(guò)電流互感器負(fù)荷承受極限,防止破壞電流互感器過(guò)熱損壞。3通過(guò)測(cè)量和分析direction錯(cuò)誤電流互感器帶電測(cè)量重點(diǎn)是故障特性和誤差特性,從應(yīng)用角度看,主要分為三個(gè)領(lǐng)域:運(yùn)行初期調(diào)試階段、周期巡檢或監(jiān)測(cè)、后期大修調(diào)試。(1)國(guó)外應(yīng)用分析該階段線路負(fù)荷穩(wěn)定,可以通過(guò)調(diào)整測(cè)試條件,評(píng)價(jià)誤差和故障特性。國(guó)外應(yīng)用較多的是帶電勵(lì)磁特性測(cè)試,用于定位互感器線性區(qū)域和非線性區(qū)域。帶電勵(lì)磁測(cè)試的原理主要是二次電壓抬高法,即采用負(fù)荷變動(dòng)原理帶動(dòng)負(fù)荷電壓上升,從而逼近電流互感器拐點(diǎn)的方法。(2)循環(huán)檢查和沉積物測(cè)試實(shí)際負(fù)荷運(yùn)行階段,波動(dòng)特性明顯。可通過(guò)負(fù)荷測(cè)試、回路阻抗測(cè)試等,將數(shù)據(jù)整合,得出趨勢(shì)性評(píng)估報(bào)告。文獻(xiàn)和文獻(xiàn)對(duì)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(guò)施加信號(hào)源仿真工作狀態(tài)和停電阻抗測(cè)試法。仿真信號(hào)法主要用于誤差測(cè)試,停電阻抗測(cè)量法主要用于直流電阻、回路電阻測(cè)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(shí)際維護(hù)人力物力的限制,通過(guò)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(duì)隱故障和趨勢(shì)性判斷,往往能夠起到防范未然、及時(shí)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(cè)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(diǎn)介紹阻抗法在帶電測(cè)試中的特點(diǎn)及應(yīng)用。4電壓計(jì)技術(shù)的原理4.1次放電狀態(tài)通過(guò)式(1)可知,在電網(wǎng)無(wú)重大污染的條件下,影響電流互感器誤差的因素主要是勵(lì)磁、負(fù)荷特性兩大方面。其中勵(lì)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(wú)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(duì)二次測(cè)試信號(hào)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(cè)量所得;通過(guò)負(fù)荷測(cè)試后Zb為已知參數(shù);ZM是關(guān)鍵參數(shù),分三個(gè)方面考慮對(duì)測(cè)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(cè)量結(jié)果的因素。如果直接忽略以上因素,測(cè)量結(jié)果將有很大誤差,如表1所示。表1中勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁電流是停電勵(lì)磁曲線測(cè)試數(shù)據(jù),參考值為勵(lì)磁曲線近似換算,換算的誤差在此忽略不計(jì)。修正前的測(cè)試值是帶電狀態(tài)二次測(cè)試電壓Utest與響應(yīng)電流Iresp的計(jì)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(cè)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(cè)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(guò)下面方程組確定狀態(tài)空間:式中A、B為經(jīng)驗(yàn)參數(shù),通常為直接測(cè)量值上下變化50%。即采用兩條直線近似逼近真實(shí)曲線,確定因故障引起狀態(tài)變化的空間。步驟2:通過(guò)改變疊加信號(hào)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(jì)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(cè)量計(jì)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(lì)磁阻抗鎖定在一定范圍,可以據(jù)此通過(guò)長(zhǎng)期觀察、三相比對(duì)等方法進(jìn)行故障判斷、故障定位和趨勢(shì)分析[1~3]。4.3狀態(tài)診斷時(shí)的一般要求通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)反映,測(cè)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(shí)應(yīng)該預(yù)留一定的測(cè)試和計(jì)算誤差。同時(shí),狀態(tài)空間交集的理論建立在線性區(qū)域,對(duì)于因負(fù)荷原因、其他故障特性造成互感器飽和時(shí),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(huì)帶來(lái)計(jì)算誤差。5進(jìn)一步鎖定故障空間本篇綜合分析了帶電測(cè)試電流互感器及二次回路狀態(tài)的