智能变电站电子式互感器异常分析与处理

丁津津， 黄少雄， 郝晶晶，　王　鹰， 王欣欣， 高　博， 李远松

(1.国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，安徽　合肥　230601；2.国网安徽省电力有限公司，安徽　合肥　230022；3.国网淮南供电公司， 安徽　淮南　232007)

1　引言

随着大批智能变电站的建成投运，大量的新设备和新技术被应用在变电站中。其中电子式互感器作为智能变电站的典型新设备，具有高低压侧完全隔离、安全性高、抗电磁干扰性能好、动态范围大、测量精度高、频率响应范围宽等优点[1-3]。但因为其结构和测量的变化，也同时带来了新的故障和异常隐患。本文分析一起由有源式电子互感器引发的异常，发现互感器采集器在低温下的异常输出是出现异常的可能原因。通过对采集器进行测试，确定故障原因在于稳压芯片的选型不当是电子式互感器异常的直接原因[4]，通过更换稳压芯片，找到解决异常的方法，避免再出现类似的故障，保障智能变电站的安全稳定运行[5]。

2　智能变电站基本情况

220kV某智能电站是安徽省第一座智能化变电站，于2011年11月23日建成投运，该变电站为两台主变运行。#1、#2主变系合肥ABB变压器有限公司产品，2011年7月出厂，容量180MVA，型号为OSSZ-180000/220三相自耦有载调压变压器。

220kV #2主变保护采用两套CSC-326型保护，110kV母差保护采用CSC-150型保护，110kV滨谢415线路保护采用CSC-161A型保护，#2主变2802开关间隔采用PSET6220CVDW型电子式电流电压组合型互感器，110kV滨谢415开关间隔采用PSET6110CVDW型电子式电流电压组合型互感器。

故障前，该站滨新2891线、顺滨2D61线、#1主变2801开关运行220kV I母线，220kV滨新2892线、顺滨2D62线、#2主变2802开关运行220kV Ⅱ母线，220kV Ⅰ、Ⅱ母线经母联2800开关环网运行，220kV滨繁2879开关冷备用，220kV Ⅰ母线通过#1主变2801开关供#1主变、220kV Ⅱ母线通过#2主变2802开关供#2主变，#1主变401开关供110kV Ⅰ母，#2主变402开关供110kV Ⅱ母，110kV Ⅰ、Ⅱ母分列运行，110kV滨学412、滨谢415、滨开416、滨纺420、滨亚421、滨双422线均运行于110kV Ⅱ母；35kV Ⅰ、Ⅱ母分列运行，分段300热备用；35kVⅠ母带滨峰3A5、#1站用变3A6(空载)、Ⅰ母压变运行；#1电容器3A1、#2电容器3A2、#3电容器3A3热备用于Ⅰ母；35kV Ⅱ母带#2站用变3B6(供站用负荷)、#5电容器3B2、Ⅱ母压变运行；#4电容器3B1、#6电容器3B3热备用于Ⅱ母。

3　异常情况及仿真分析

3.1　110kV滨谢415线保护动作及电流互感器情况

故障录波器记录，2016年1月24日6点15分41秒854毫秒，110kV滨谢415线路保护零序IV段出口跳开415开关三相，如图1所示。

图1　415滨谢线路动作波形图

线路动作后，经检查，一次侧无异常电流出现。分析后认定是415线路互感器B相输出了异常波形，具体波形如图2所示。

图2　415滨谢线路动作B相合并单元输出波形

选取其中的最后几个“周波”在Matlab中进行仿真与分析，可见原本应该输出正弦波形的B相输出了较大的异常电流。根据罗氏线圈的原理，E(t)为线圈输出的感应电压，即采集器获取的电压，其正比于所测电流的变化率，即：

(1)

因此，对合并单元得到的电流波形进行微分，模拟采集器的输出波形，如图3所示，可见原本应该为正弦的波形震荡剧烈且偏移坐标轴。

图3　415滨谢线路动作时B相合并单元输出波形与采集器输出波形

3.2　#2主变差动保护动作及电流互感器情况

故障录波器记录，2016年1月24日8点01分01秒757毫秒，#2主变第二套保护比率差动B、C相动作跳开#2主变2802、402、302开关，如图4所示。

图4　2#主变动作波形图

主变动作后，经检查，一次侧无异常电流出现。分析后认定是415线路互感器B相输出了异常波形，压缩后具体波形如图5所示。

图5　主变动作C相合并单元输出波形

选取其中的最后几个“周波”进行分析和仿真，可见原本应该输出正弦波形的C相输出了较大的异常电流。模拟采集器的输出如图6所示，可见原本应该为正弦的波形震荡剧烈且偏移坐标轴。

图6　2#主变动作时C相合并单元输出波形与采集器输出波形

3.3　110kV母差保护动作及电流互感器情况

2016年1月24日8点07分27秒716毫秒，亚星焦化余热发电机组系统频率下降，110kV低频、低压减载装置低频动作跳开110kV滨亚421开关，110kV Ⅱ母失压，1月24日8点08分55秒867毫秒，110kV母差保护差动保护动作，跳开110kV Ⅱ母上所有开关。这期间单只电流互感器未发现大的波动，但因电压闭锁开放外加差流越限，导致了母线保护动作。

3.4　110kV滨谢415线电流互感器情况

2016年1月25日0点至8点05分56秒，在110kV滨谢415线路一次开关分位的情况下，该线路B相合并单元多次输出异常波形，导致415线路保护动作，波形如图7、图8所示。

图7　415线路动作波形图

图8　415线路B相合并单元输出波形与采集器输出波形

综合现场发生的动作情况和异常情况，初步分析怀疑是该站电子式互感器所用采集器在低温环境下工作异常，且合并单元没有及时发出采样异常信息，未及时闭锁保护，导致了保护装置动作。

4　电子式互感器采集器检测情况

设备跳闸后，省电科院相关人员对#2主变电子式互感器C相采集器1、采集器2及415线路电子式互感器A相采集器3、B相采集器4、C相采集器5进行试验，并从厂家取来一块新采集器6进行比对试验。

4.1　高温试验情况

高温试验中，在达到最高温度70℃的过程中，各采集器均能正常工作，合并单元输出波形角差、比差符合标准要求。

4.2　低温试验情况

低温试验中，在温度降至零下9℃左右时，采集器2、采集器4对应的合并单元通道向外输出异常波形，如图9至图12所示。

图9　低温试验主变C相B套合并单元输出异常波形

图10　低温试验主变C相B套采集器2输出异常波形

图11　低温试验415线路B相合并单元输出异常波形

图12　低温试验415线路B相采集器4输出异常波形

在零下9℃低温情况下，采集器2、采集器4均不能正常工作。但此时试验所用的合并单元比现场实际合并单元软件版本更新，因此在接收到采集器的异常数据后，合并单元将采样数据判定为无效，保护装置接收到这种数据后会闭锁，避免发生误动作。

继续降温至零下20℃时，合并单元对应的采集器1～采集器5均不再输出，仅有参考采集器6正常工作，波形如图13所示。

图13　-20℃低温试验时采集器1～采集器5均不再输出波形

4.3　常温试验情况

1月30日进行的常温试验中，在常温下，各采集器均恢复正常工作，合并单元输出波形角差、比差符合标准要求。

5　试验分析及结论

分析本文进行的试验，可以得知，在现场多次输出异常波形、导致保护动作的采集器2和采集器4在零下9℃时出现了异常，无法正常工作。剩余三个，采集器1、采集器3、采集器5在零下20℃时也出现了异常，无法正常工作。由此可见，从该站现场送检的采集器1～采集器5均不满足QGDW 424-2010《电子式电流互感器技术规范》中要求户外正常工作温度-40℃～+70℃的要求。另外，依据《电子式电流互感器技术规范》4.2.8，合并单元应能保证在电源中断、电压异常、采集单元异常等情况下不误输出，分析认为该变电站现场的合并单元不满足要求。

本文分析电子式互感器在低温下出现的异常，对关键部件——电子式互感器的采集器进行试验验证和故障复现，指出低温下采集器的采样输出异常是电子式互感器异常的根本原因。为防止再次出现类似异常，提出相应的整改意见：

(1)在该站电子式互感器改造项目未实施前，制定针对性的运行方式和应急措施，针对低温情况下采集器可能出现的异常故障做好巡视工作并准备应急处理预案。

(2)更新合并单元软件，确保采集器异常时能闭锁合并单元误输出，避免保护装置误动作。

随着智能变电站和新一代智能变电站的大规模推广，带来了大量电子式互感器的运维问题。目前电子式互感器的异常定位和故障分析正逐步成为一个新的热点研究方向，在平常工作中要注意运维经验的积累，积极开展专项试验，尽早发现隐患，避免其对生产实际造成影响，确保智能电网运行的平稳、有序。

参考文献：

[1] 徐先勇,欧朝龙,陈福胜,等.110kV智能变电站复杂环境下电子式互感器校验方法[J].湖南大学学报(自然科学版),2012,39(6):63- 68.

[2] 苏波,何旭亮,莫颖生.智能变电站中电子式互感器的应用[J].新技术新工艺,2014,10(10):92-94.

[3] 姜圣菲,江启人,沈冰,等.泸定智能变电站电子式电流电压互感器的异常处理[J].华东电力,2014,42(6):1246-1249.

[4] 杨晓西,曾翔君,任伟,等.智能变电站电子式互感器的误差特性及校验问题的研究[J].电测与仪表,2015,52(23):97-104.

[5] 邓威,毛娟.智能变电站电子式互感器故障分析及建议[J].中国电力,2016,49(2):180-184.