电子式电压互感器采样数据异常因素分析
时间：2023-04-10 13:30:03 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
温永亮，张浩
（国网黄山供电公司，安徽 黄山 245000）
近年来，随着智能电网的不断发展，电网的电压等级越来越高，传统的互感器已经无法适应智能电网的发展要求。由于网络通信技术的快速发展和变电站自动化技术的快速应用，传统变电站正逐步朝数字化变电站方向发展。电子式互感器作为数字化变电站的重要元器件，对于变电站的有效运行十分重要。因此，有必要对电子式互感器与变电站的运行关系进行深入研究。
电子式互感器输出小电压模拟信号或数字信号。由于输出模拟信号的电子式互感器仍旧存在传统互感器所固有的缺点，故当前应用较为普遍的新式电子式互感器通常都采用光纤输出数字信号。电子式互感器与传统互感器的本质区别是不具有带负载的能力。
电子式互感器具有结构紧凑、绝缘性能好、抗电磁干扰能力强、抗饱和能力强、易于数字信号传输等优点，不但可降低变电站的运行成本，更重要的是可大幅度提高系统内保护装置及计量装置的计量精度和动作可靠性，对保证电网的安全和有效提高计量回路的整体精度意义重大。
某地区新一代数字化变电站内采用110kV电压等级的电压互感器，属支柱式电子式电压互感器（EVT）。该电子式电压互感器在投入运行约5－50分钟时间段内，全部投入运行的8只电子式电压互感器中的3只出现了输出波形异常现象，过后自动恢复正常，异常波形如图1所示。
图1 电子式电压互感器输出异常波形图
电子式电压互感器的一次侧包含电容分压器和低压臂分压电容，其额定输出值为100V，电容两端的并联变比为100：4，电压变换器的输出作为采集器的输入，其电路原理图如图2所示。
图2 电子式电压互感器电路原理图
根据电子式电压互感器在现场的实际运行情况，并结合电子式电压互感器的工作原理进行深入分析，该电子式电压互感器产生输出波形异常的原因可能是低压侧电压变换器的铁芯在受到冲击电压及直流偏置电压影响时出现了铁芯饱和现象而导致的。
为了对上述分析进行验证，随机选取多个同型号的在用电压变换器和一个未用的电压变换器，对其进行励磁特性测试，并判断其磁饱和程度。电压变换器励磁特性曲线图如图3所示。
图3 电压变换器励磁特性曲线图
图中的 1＃、3＃、16＃ 为在用的电压变换器，都存在励磁低饱和现象，并没有达到2倍的额定电压就进入了磁饱和区，而未用的电压变换器在2倍额定电压值以下基本上呈现线性状态，未进入到饱和区。
4．1 故障复现
从测试过在用的电压转换器中选取磁饱和速度最慢和最快的两个和未用的电压转换器进行深入测试。通过在电子式电压互感器的高压侧施加不同等级的电压，并通过断路器对高压侧电压进行分合闸操作，对变电站现场的异常波形进行复现，然后观察在使用同一电容分压器时，对使用在用电压变换器和未用电压变换器两种情况下的输出波形进行研究。
用饱和特性较差的在用电压变换器进行试验，一次施加额定电压，断路器合闸时若干个周波出现饱和，波形与现场异常波形一致，但在数个周波内即可恢复。
一次施加1．1倍额定电压，断路器合闸时出现饱和，波形与一次施加额定电压时一样，持续时间达到5S左右。
一次施加1．2倍额定电压，断路器合闸时出现饱和，波形与一次施加额定电压时一样，持续5min以上未恢复正常。当一次电压从76kV降至70kV时立刻恢复正常，此时铁芯退磁。
在电子式电压互感器高压侧旁边并接负载电容，其电容值为5000pF。重复上述试验过程，饱和持续时间无明显变化，这说明异常情况与系统容性负载大小关联程度不大。
4．2 电子式电压互感器差异性测试
变电站现场共8台电子式电压互感器，其中3台出现波形异常，这说明现场的电子式电压互感器存在个体差异性，为验证电压变换器的磁饱和特性差异性与电子式电压互感器输出差异的关联关系，用饱和特性较好的在用电压转换器重复上述试验过程。
在额定电压下和1．2倍额定电压下进行试验，两组电压转换器的试验结果基本一致。而当一次施加1．1倍额定电压时，断路器合闸时出现饱和时间下降到约2个周波，相对使用饱和特性较差的电压变换器时出现5S左右饱和时间。
4．3 未用电压变换器测试
依次施加一次额定电压、1．1倍额定电压、1．2倍额定电压和1．5倍额定电压，断路器合闸时前几个周波出现波形异常，随后波形完全恢复正常，波形测试结果如图4所示。这说明未用电压转换器设计的磁饱和倍数更高。
图4 未用电压变换器测试结果
4．4 研究性测试
为了进一步验证导致电子式电压互感器异常输出的原因，本文设计了三组测试，即通过示波器分别监测外加电容分压器二次端、电子式电压互感器分压器输出端、电子式电压互感器电压变换器输出端等三个测试点进行电压研究性测试。
在第一组试验中，电子式电压互感器为完整结构，在1．3倍额定电压下开合断路器，示波器采集波形如图5所示。从结果可看出外接分压器输出信号良好，而电子式电压互感器100V、4V端口均出现波形畸变，其中4V端口畸变波形与互感器最终输出波形一致。
图5 完整结构电子式电压互感器采集波形
在第二组试验中，去掉采集单元，仅保留电容分压器与电压转换，进行同样试验，测试波形和图5一样。这第二组试验波形结果与上述第一组试验波形结果完全一致，可排除采集单元导致的异常。
在第三组试验中，去掉采集单元与电压转换器，仅保留电容分压器，进行同样试验，测试波形如图6所示。这第三组试验中异常波形消失了，可判断分压器输出无异常，故障由电压转换器导致。
图6 去掉采集单元与电压转换器后采集波形
通过本文的试验分析可知，某新型智能变电站现场电子式电压互感器投运时出现的波形畸变原因是由于电压变换器磁饱和倍数设计裕度不足所导致的。同时，由于电压变换器存在个体差异，元器件入厂检测缺失而导致了现场8台电子式电压互感器中3台出现了异常。使用饱和倍数更高的新的电压转换器即可解决电子式电压互感器投运时波形畸变的问题。
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