韓 月,高 強,張軍陽

（東北電力科學(xué)研究院有限公司,遼寧 沈陽 110006）

電力系統(tǒng)高壓電力設(shè)備按絕緣結(jié)構(gòu)分類,電容型設(shè)備占有很大部分[1-2],其中包括電流互感器、套管、耦合電容器、電容式電壓互感器等。目前,電容型設(shè)備在變電站占40%～50%,其安全運行直接影響電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行。

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù),近年來隨著電網(wǎng)電壓等級和設(shè)備容量的增大,電容型設(shè)備中電流互感器和套管的故障率明顯增高,如何在狀態(tài)檢修模式下真實、可靠地實時在線監(jiān)測電容型設(shè)備的絕緣狀態(tài)已受到廣泛關(guān)注。

隨著計算機技術(shù)和數(shù)字測量技術(shù)的不斷發(fā)展,很多設(shè)備的在線監(jiān)測技術(shù)已逐漸走向成熟。多年來電容型設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)普遍采用穿心式電流傳感器來測量介損和電容量。由于測量精度要求苛刻、現(xiàn)場電磁場、溫度、濕度等干擾因素的影響,被測信號極易受到干擾,測量結(jié)果一直不理想。盡管目前可以通過相對介損和趨勢判斷排除一部分外界干擾,但并未解決實質(zhì)性問題。選擇精度高、穩(wěn)定度好、抗干擾能力強的取樣傳感器仍是目前在線監(jiān)測研究的方向。

1 傳統(tǒng)穿心式取樣傳感器

監(jiān)測電容型設(shè)備絕緣情況必須采集設(shè)備末屏的泄漏電流信號[3],通過對泄漏電流信號取樣進一步監(jiān)測介損等其他絕緣參數(shù)。泄漏電流信號非常微弱,一般為mA級。目前國內(nèi)主要采用傳統(tǒng)穿心式電流傳感器來測量泄漏電流。為了不改變設(shè)備原有的接線方式,現(xiàn)場安裝時直接將穿心式電流傳感器套裝在被測設(shè)備的末屏回路中。這類傳感器的設(shè)計原理與變壓器相似,一次繞組和二次繞組電流之比近似地與其匝數(shù)成反比,如圖1所示。

圖1 穿心式電流傳感器示意圖

穿心式電流傳感器的優(yōu)點是采用信號提取方式將測量電路與主電路隔開（不直接連接）,使二次測量設(shè)備及計算機免受主電路中過電壓的直接沖擊。但穿心式電流傳感器存在鐵心磁阻,在傳變電流過程中消耗部分電流用于激磁使鐵心磁化,造成電流傳感器一次電流和二次電流之間存在相角差。由于高壓電容型設(shè)備絕緣參數(shù)的介質(zhì)損耗角小于1°,正切值為0.2%～0.3%。該相角差會對高壓電容型設(shè)備絕緣參數(shù)的監(jiān)測產(chǎn)生很大影響。

為了使泄漏電流輸出和輸入信號間的誤差盡量小,采用了多種誤差補償方式,希望穿心式電流互感器的磁通接近0。但由于穿心式電流傳感器長期工作在強電磁場環(huán)境中（多應(yīng)用在戶外）,容易受電磁場、溫度、濕度等因素干擾,很難達到理想的抗電磁干擾能力。

目前,泄漏電流取樣傳感器的性能已成為影響電容型設(shè)備絕緣參數(shù)測量精度及絕緣狀態(tài)分析診斷可靠性的主要瓶頸。

2 電阻取樣傳感器結(jié)構(gòu)

鑒于穿心式電流傳感器存在的缺陷,本文設(shè)計了一種高性能泄漏電流取樣傳感器,徹底解決了模擬信號在采樣過程中的失真問題。

電阻取樣傳感器對電容型設(shè)備的末屏電流信號采用電阻取樣（在電容型設(shè)備的末屏與地之間串聯(lián)取樣電阻Rs）。電阻取樣傳感器主要由1個鑄鋁盒和1塊取樣電路板組成。固定在鑄鋁盒內(nèi)部的取樣電路板由取樣電路和保護電路并聯(lián)構(gòu)成,如圖2所示。當(dāng)電容型設(shè)備泄漏電流信號取樣時,將刀閘拉開后通過取樣電路板獲取泄漏電流。正常運行時合上短路接地刀閘即可。

3 電阻取樣傳感器保護電路設(shè)計

為保證被測設(shè)備的安全、防止末屏開路,取樣電路采用2～3個線繞式大功率電阻與取樣電阻Rs并聯(lián),并加裝了通流能力較強的陶瓷氣體放電管。

變電站內(nèi)的電氣設(shè)備（特別是變壓器）在投切操作期間,將產(chǎn)生較強的對地沖擊電流,接地電位瞬間升高,不同的接地位置之間存在較高電壓。為保證取樣電阻能夠承受過電壓和過電流的沖擊,保護電路采取了浪涌抑止和吸收裝置等安全措施。保護電路包括二級、三級,氣體放電管一般放在線路輸入端,作為一級保護器件,承受較大的浪涌電流。二級保護器件采用TVS（Transient Voltage Suppresser）,在皮秒級時間內(nèi)對浪涌電壓產(chǎn)生響應(yīng),把瞬間過電壓控制在一定水平。

4 電阻取樣傳感器現(xiàn)場應(yīng)用

目前,電容型設(shè)備電阻取樣傳感器已在東北地區(qū)4個變電站的變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)中應(yīng)用,實現(xiàn)了對電流互感器和套管等電容型設(shè)備的介損、電容量、泄漏電流等參數(shù)的監(jiān)測。經(jīng)過2年多現(xiàn)場應(yīng)用,取樣電路板放電管動作多次,未發(fā)生電阻開路的情況,能夠很好地承受過電壓和過電流的沖擊,抗干擾能力強,證明了該種取樣方式的有效性和安全性,符合現(xiàn)場實際應(yīng)用的要求。

2008年安裝的萬寶變電站電容型設(shè)備在線監(jiān)測均采用了電阻取樣方式。2009年3月16日～4月16日,監(jiān)測系統(tǒng)獲得220 kV寶蘭線電流互感器的電容量和絕對介損波動范圍為：A相（835～840 pF;0.45～0.6）,B相（846～851pF;0.17～0.37）,C相（839～843 pF;0.07～0.23）。如圖3、圖4所示。

通過對現(xiàn)場多個變電站電容型設(shè)備的實際應(yīng)用,證明了這種電阻取樣方式的有效性、安全性和可靠性。

[1] 李亞偉,劉 念,潘志強,等.電容型設(shè)備的故障診斷技術(shù)[J].四川電力技術(shù),2006,（10）：57-60.

[2] 梁國文,劉文舉.電容型設(shè)備在線監(jiān)測裝置現(xiàn)狀分析及建議[J].華北電力技術(shù),2002,（10）：41-44.

[3] 單 平,羅勇芬,李彥明,等.零磁通型高精度微電流傳感器[J].高電壓技術(shù),2002,28（5）：28-29.