邓威，毛娟
（中山供电局，广东中山 528400）
摘要：电子式互感器是智能电网、数字化变电站的重要设备，其制造、运行及故障检修经验仍然不足。某变电站数字化改造3年后，部分电子式电压互感器二次电压值不稳定，电子式电流互感器二次电流值出现明显偏差。介绍了电子式互感器系统原理、设备结构，分析了设备异常、故障原因，进行了解体研究及实验验证，发现设备参数影响红外测温结果，电压互感器取能线圈短路可造成电压下降，电流互感器并联电阻开路可造成电流激增。最后对电子式互感器的设计制造、质量控制及运行维护提出了几点建议。
关键词：智能变电站：电子式；电压互感器：电流互感器；故障
0引言
传统的电磁式、电容式互感器运行稳定性好，积累了丰富的运行经验，国内外已有大量研究成果。但近年来，电子式互感器由于其绝缘性能优良、无饱和、动态响应好、频率范围宽等优点，在智能变电站和直流输电工程巾得以广泛应用。国内外许多学者对电子式互感器及其合并单元的设计、可靠性及校验方法等进行了大量深入研究。例如，文献[13]对方形骨架Rogowski线圈的性能进行了分析，文献[14]提出通过修改合并单元内部的比例系数来调节电子式互感器的误差。上述研究分析均取得了一定的成效。
然而，由于缺少技术指导及运维经验，实际应用中仍暴露出不少问题。某局220 kV变电站2009年完成数字化改造，3年后所采用的南京某光电公司生产的电子式互感器陆续出现电压、电流不稳定、线圈故障等缺陷，对电网安全运行造成较大困扰。如110 kV 2号TV A相电压值下降后又缓慢上升，更换后新设备表面温度较未更换的B.C两相高；220 kV 1号TV C相电压值由正常值下降10%后又反复升降；110 kV 1102开关TA A相一组测量线圈电流值与正常值偏差百倍。
本文基于电子式互感器系统及设备的结构原理，分析异常原因并进行了解体研究与论证。最后，对电子式互感器的设计制造、质量控制及运行维护等提出了若干建议。
1 电子式互感器结构原理
1.1 电子式互感器原理
电子式互感器按传感头部分是否需要供电电源分为有源型和无源型两大类。有源型设备包括采用Rogowski线圈或LPCT（低功率线圈）的有源型电子式电流互感器和采用分压器的有源型电子式电压互感器。无源型设备包括基于Faraday磁光效应的无源型电子式电流互感器和基于Pockels电光效应的无源型电子式电压互感器。
Rogowski线圈是一种特殊结构的空心线圈，将测量导线均匀地缠绕在截而均匀的非磁性材料的框架上，导线两端接上采样电阻。低功率线圈是电磁式电流互感器的一种改进，按照高阻抗设计，使常规电流互感器在很高的一次电流下的饱和特性得到改善。
电子式互感器系统包含了合并单元、传输系统、一次转换器以及电流或电压传感器。系统原理框图如图1所示。模拟电压、电流量由采集器就地转换成数字信号并通过光纤传送到合并器单元。合并器单元接收并转换成符合IEC 61850-9格式的数据通过光纤以太网提供给保护、测量等设备。采集器单元和合并器单元可以根据需要是一对一、一对多或多对一等组合形式。
1.2 电子式互感器结构
1.2.1 电子式电压互感器
采用串行感应分压器的有源型电子式电压互感器结构如图2所示，主要由头部铝铸件、串行感应分压器、底座、二次线圈组成。一次电压通过电抗器分压，二次电压由采集器就地转换成数字信号。
经查明，发生故障的原220 kV 1号TV C相属于此类。二次线圈含1个采样线圈和1个取能线圈。
1.2.2 电子式电流互感器
采用Rogowski线圈或低功率线圈的有源型电子式电流互感器结构如图3所示，主要由传感头部件（含二次线圈、采集器等）、信号柱、底座组成。信号柱由环氧筒构成支撑件，筒内填充绝缘脂。二次电流由采集器就地转换成数字信号。
经查明，发生故障的原110 kV 1102开关TA的A相属于此类。二次线圈含2个测量线圈、2个保护线圈和1个取能线圈。
2 电子式电压互感器发热不均衡分析
某变电站110 kV 2号TV A相故障后，选用同厂家、同型号但不同批次的备用电子式电压互感器临时替换。复电后进行红外测温，结果如图4所示。
相间比较发现三相设备最高温度值差异较大。其中，A相设备表面最高温度为34.2℃，比未更换的B、C两相最高温度（分别为28.5℃和27.9℃）高出6℃左右。
经分析，由于批次不同，新、旧设备设计参数不一致。新TV电抗器线圈匝数为原TV 2/3左右，运行电流增大，功耗增大。而设备尺寸、散热面积无明显变化，导致新设备额定运行时温度更高。
为对比验证，将A相TV与同批次生产的设备红外成像进行横向比较，结果如图5所示。设备本体最高发热温度基本一致，证明设备本体无异常。
3 电子式电压互感器电压值异常分析
某变电站220 kV 1号TV C相电压值由正常值下降10%后又反复升降。该设备计量、保护准确度等级分别为0.2级、3P级。退运后进行试验及检查。测量该TV电抗器总直流电阻与设备出厂值接近，未发现明显异常。
进行5 010～120%额定电压范围内的误差试验，结果如表1所示，误差不符合计量0.2级要求，但符合保护3P级要求。
进行局部放电测量，预加电压368 kV,试验电压175 kV，放电量为1 pC，没有发现显著的局部放电信号。
南于为间歇性故障，进行长时问持续误差试验。在额定电压下，进行了约0.5 h的持续误差试验，其比差由0.95%降至0.92%，误差无显著的变化，但依然不满足规程要求。
检查二次接线，发现其二次接线排上取能线圈线头裸露，如图6所示。电子式TV运行中，取能线圈为采集器提供备用电源，运行中应悬空。当接线盒内湿度过大或积尘严重时，可能造成取能线圈间歇性短路，去磁能力增大，导致磁通减小，二次输出电压反复升降。
将取能线圈短路，模拟短路故障进行分析，误差试验数据如表2所示。在额定电压下，TV二次电压值比正常值下降8%以上。
为查明故障，进行解体研究，如图7所示。检查线圈接头连接至二次接线排两根引线之间、与其余引线及地之间，以及线圈接头与铜箔屏蔽层之间，均未发现短路及其他异常情况。
由此推断，该间歇性故障极可能为二次接线排取能线圈线头裸露部分由于机械振动或脏污受潮引发问歇性短路导致。
4 电子式电流互感器电流值激增分析
某变电站原110 kV 1102开关间隔A相TA一组测量线圈电流值与正常值偏离上百倍，其他线圈电流正常。该设备计量、保护准确度等级分别为0.2 s级、STPE级。初步怀疑为一组测量线圈故障。退运后进行试验及检查。将二次线圈编号，并测量直流电阻，测量线圈1电阻值跟出厂值相比发生明显变化。
对测量线圈1、2进行5%～100%额定电流范围内的误差试验，结果如表3所示。测量线圈1误差不符合计量0.2 s级和保护STPE级要求：测量线圈2误差符合计量和保护要求。
为查明故障，进行解体研究，如图8所示。
测试测量线圈1、2各部分直流电阻值。测量线圈1线圈正常，并联电阻值无穷大：测量线圈2及并联电阻值无异常。解体后检查发现测量线圈1并联电阻内部断开，如图9所示。
由此推断，可能是由于无感电阻绕制工艺不良或金属材料存在缺陷，运行中发热。由于整体被树脂浇注，运行中散热不良，导致温度过高而断裂。
5结语
本文介绍了电子式互感器系统及设备结构原理，分别对电子式电压互感器、电子式电流互感器的几起异常现象进行了分析研究。针对电子式互感器的设计制造及变电站现场运行维护提出以下建议：
(1)电子式电流互感器二次线圈并联电阻被树脂浇注，运行中可能散热不良而断裂，严重影响设备可靠性，建议厂家不浇注并联电阻，便于后期维修及更换处理。
(2)电子式电压互感器二次短路将会严重影响设备精度，建议运行人员排查互感器二次同路接线是否良好，必要时可改变布线方式以消除短路隐患。
(3)由于预试规程暂未规定电子式互感器试验项目，而传统绝缘电阻、介损及电容量测试效果不佳。建议定期开展红外测温，有条件可开展AIS局放测试进行设备绝缘监督。
(4)建议加强对线圈并联无感电阻等二次电路电子元器件的质量控制。可通过对电子元器件的抽检、工厂监造、生产流程控制等加强对材料、工艺的质量管理。
(5)不同批次电子式互感器设计参数可能不一致，建议尽可能将同厂家、同型号、同批次设备试验结果进行横向比较，并结合厂家设计参数及出厂试验结果进行纵向比较。
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