电磁式电流互感器不稳定因素带电检测技术

钱永亮，唐明淑，朱洪明，季兴福

(云南电网有限责任公司文山供电局，云南 文山 663000)

0 前言

互感器是变电站重要的一次高压设备，其中电流互感器的故障率目前占比较高，主要故障表现为内部高温、放电导致爆炸，以及带负载能力不稳定导致保护系统误动作等。

由于电流互感器在线性工作区域时，二次电流和负载保持相对一致的波动，轻微的故障不易通过二次电流表现出来。电流互感器或电流互感器二次回路的运行特性不良导致的保护误动作的概率居高不下。寻找引起系统异常的原因和故障特征相对困难，主要表现为:温升是一定故障累积爆发的过程，而局放测量受现场环境噪音影响较为明显，紫外成像被认为是检测表面放电的有效技术，但对于设备内部是否出现绝缘缺陷，很难得出直接关系。

带电扫频测量技术是一种将高频信号注入到二次绕组回路的分析方法，将环路等效阻抗进行了量化，可通过等效网络阻抗的分析研究运行电流互感器的健康状态［1］。本文提出将扫频阻抗测试技术运用到运行工频环境的技术方案，研究宽频域范围的阻抗特征，并通过模拟故障获得的阻抗频谱跳变数据来印证阻抗频谱检测技术在带电运行互感器不稳定因素中的应用有效性。

1 带电扫频技术原理

1.1 电磁式电流互感器带电测试

CT 带电等效回路分为CT 一次，二次绕组，二次回路，电表等二次负载［1，4，5］，带电扫频测试分析(online frequency response analysis－OFRA)装置通过串联模式接入二次带电回路，构成二次回路的一部分［13］。其带电扫频测试原理图如图1所示。由于OFRA 设备内部采用了低阻设计，因此对二次回路整体负荷的影响可以忽略［13］。

图1 带电扫频测试原理图

测试时，OFRA 内部通过产生高频扫频信号源注入到二次回路，内部采集装置获取环路信号的电流或电压信息，最终绘制阻抗频谱和相位频谱曲线［13－14］。由于整个带电操作全部通过二次回路实现，因此无需接触一次高压。

1.2 OFRA 装置现状

实际应用中，由于直接接入的回路阻抗不高，因此OFRA 装置的输出功率较小，非常适用现场测量，但由于现场环境噪音的作用，OFRA 必须具备工频电流抑制功能。

带电操作时，尽管无需接触一次高压，但由于要操作二次端子开关才能将OFRA 装置串入带电二次回路，操作失误可能导致二次回路开路，因此存在安全顾虑;另外由于带电环境的工频电流影响，一般采用线性扫频模式，测试时间较长，效率偏低，每只CT 的测试时间约为3～5 分钟，加上恢复端子盒的时间，每只CT 的测量时间约6～8 分钟，一个变电站通常有上百只CT，这些因素限制了OFRA 现场测试的推广应用。

2 改进方法

2.1 带电夹钳式测量模式

图2 改进型夹钳测量式OFRA 原理

由图2 所示，改进型夹钳测量式OFRA 比直接接入式OFRA 增加了两路夹钳，一路为电压耦合注入信号用，另一路为回路响应电流检测用。通过检测注入电压和响应电流来计算回路阻抗或导纳值，并绘制频谱曲线作为分析CT 运行状态的图谱。

2.2 带电可操作性研究

通过试验比对发现，在低频段，改进型方波和正弦波的测量值和高斯OFRA－90 设备的测量值差距较小，与参考值有差距的原因主要是参考值来源于停电检测值。方波和正弦波都采用了夹钳模式进行测量，且随着频率升高，与参考值的偏差越大，因此考虑对该数据进行修正，修正曲线如下:

图3 导纳校准曲线(方波和正弦波对比)

经校准后，模拟匝间短路故障，分别采用直接接入式OFRA，正弦波双钳式，方波双钳式OFRA 设备的导纳频谱曲线对应如下:

由图4 可知，发生匝间绝缘的频率点基本一致，且发现的导纳图谱的陡增方向基本一致，说明三种测量方法均具备检测带电电流互感器二次绕组匝间短路的能力，但由于夹钳测量方式更方便现场应用，因此推荐在现场使用夹钳测量方式。

图4 匝间短路导纳频谱比对分析图

通过分析，方波激励所需的功率较低，且灵敏度较正弦信号略微偏高，并且由于方波本身具备统计特征，因此方波测量的意义可能高于正弦激励模式。因此推荐现场采用方波激励模式，但测量夹钳的性能对测试结果的影响也是不可忽略的，因此本次试验研究并不能全面描述和比较两者的差异性和优缺点。

3 结束语

论文提出了双钳法测量模式用于改进直接接入式OFRA 设备的应用，讨论了其应用的特点，并进行了模拟故障的比对，证实了双嵌法测量的有效性。

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