有源电子式电流互感器在线监测技术研究

有源电子式电流互感器在线监测技术研究
发表时间：2019-03-27T15:57:51.243Z 来源：《电力设备》2018年第30期作者：胡玉松
[导读] 摘要：为进一步研究有源电子式电流互感器的功能激光器是否即将失效或者已经失效，对一种非接触式在线监测技术进行了深入研究，根据非接触测量功能激光器所处合并单元的电源电流，并联合目前以此电流值视为判定依据，通过Bayesian方法对供能激光器工作状态进行判别。

（云南电网有限责任公司昆明供电局云南昆明 650000）
摘要：为进一步研究有源电子式电流互感器的功能激光器是否即将失效或者已经失效，对一种非接触式在线监测技术进行了深入研究，根据非接触测量功能激光器所处合并单元的电源电流，并联合目前以此电流值视为判定依据，通过Bayesian方法对供能激光器工作状态进行判别。

以此对变电站中在线监测系统长时间运行状况进行测试，并分析功能及运行数据。

监测结果如下：3台电子式互感器中，第一台供能激光器逐步恶化，相比于初始电流，工作电流提高1.2倍，判定结果提示失效；第二台供能激光器正常；第三台供能激光器于开始监测后第87天出现拒启动故障，符合实际状况。

结果提示，处于复杂环境中的监测系统可以对激光器工作状态进行准确辨别，及早发现已经失效的激光器，对未失效的激光器寿命进行评估。

关键词：监测技术；失效；供能激光器；有源电子式电流互感器
“坚强智能电网”理念中相对重要一项内容即为在线监测和状态维修关键设备。

根据统一坚强智能电网建设需求，进一步对状态在线监测技术在关键设备中的应用进行研究，目的是确保电力主设备运动安全，并为其建立一条安全预防线路[1]。

智能变电站中的在线监测系统包括氧化锌避雷器、气体绝缘开关设备及主变压器等，关于电子式互感器的在线监测研究相对较少，主要针对有源电子式电流互感器在线监测技术进行研究。

一、非接触在线监测技术原理
（一）高压侧供能原理及其故障
一般情况下，复合供能系统是有源电子式电流互感器高压侧重要组成成分之一，其包括大功率激光器、取能TA，具体如下图1：
图1 有源电子式互感器结构古河供能系统
由上述图1分析可知，空心线圈主要用于保护传感电源，一般情况下，低功率电流互感器主要针对传感器单元进行检测，取能TA即供能激光器分别处于高压侧母线位置与低压侧合并单元。

如果一次电流过高，那么取能TA则源于采集器电能，基于此该环境，激光器工作停止；如果一次电流位于死区电流，则需要替换激光供能，以此达到无缝连接的目的。

通常情况下，高压侧供电故障包括供能激光器失效与供能方式切换控制障碍两种，前者，供能激光器无效，正常功能系统转变为激光供能系统后，准确供电受限，该故障占比较高；后者，供能方式切换故障，致使拒切换或者误切换的发生。

拒切换故障指的是因激光器无效后造成死区部位电子式互感器工作停止；虽然误切换后果较小，但是其造成供能激光器工作时间增加，缩短了使用年限，通过在线监测技术能够将故障及早展现出来[2]。

（二）利用激光器工作对基本原理及难点进行判别
根据图1可知，合并单元是有源电子式互感器供能激光工作主要区域，在供能激光器工作期间，相比于激光器未工作时，合并单元内的电源电流更高。

对供电激光器所处合并单元内的电源电流进行检测，能够对供能激光器所处工作状态进行间接诊断。

实验室中，将合并单元视为测试对象，与此同时，增加激光供能系统控制按钮，并将纹波系数<1%的直流电源视为合并单元工作电源。

通过电流表密切监测工作电流，时间大约是10分钟，在此过程中，不断关闭、启动供能及激光器，对电流进行检测，具体数据如下图2：
图2 合并单元电源电流数据
虽然进行了各项操作，但是如果在现场只根据合并单元电源电流测量数据对供能激光器工作进行判断，则会增加判断难度。

首先，由于采用非接触式测量方法，造成准确度、灵敏度比于直接测量差异较大；其次，电子电阻在合并单元内的工作状态变化明显，相比于实验室稳定环境，现场运行过程中，具有较高的功能损耗随机性；最后，现场环境复杂、繁琐，尤其是位于户外的合并单元，极易受电源电流的影响。

所以，如果只通过现场对合并单元电源电流进行检测，则增加了功能激光器功能状态判定难度。

（三）信号状态判别与处理方法
为了进一步将相关问题等解决，首先，则需要合理检测消音处理，并对其电源电流信号进行检测，根据目前一次电流值，通过Bayesian方法对激光器工作状态进行判断。

通过收集并分析位于合并单元内电源电流信号可知，噪声主要包括两种，即白噪声和较大的工频。

而常用噪音消除方法包括小波变换法、自相关法和平均值滤波法等，其中，平均值滤波法具有操作简单、算法容易等特点[3]，实现难度较小，但是噪音消除效果不佳；小波变化发消除噪音效果明显，但是操作难度较大；自相关噪音消除效果较好，但是实现难度较高。

二、运行测试与分析
通过分析上述理论，已经达到有源电子式电流互感器供能激光器在线监测系统，并于变电站中进行长时间运行测试。

（一）实现在线监测系统
有源电子式电流互感器供能激光器包括三部分，也就是数据处理分析、合并单元电源电流测量及一次侧电流获取。

具体见图3：
图4 第一台合并单元监测数据
以变电站具体状况为依据，将合并单元供电电源电压设置为直流220V。

开启供能激光器合并单元电流为40mA，将关闭电流设置为40mA，一般情况下，利用开启式霍尔电流传感器有效测试合并单元电源电流，带电安装，在此过程中，并未进一步影响合并单元正常应用。

根据合并单元获取一次电流值。

根据数据处理平台分析数据，并准确判定供能激光器工作状态及使用时间。

（二）测试在线监测系统运行状况
将监测系统分别安装于变电站内部3条不同线路上的有缘电子式电流互感器中，分别在不同间隔内部安装3台合并单元。

获得90d原始数据如下图4-6：
图6 第3台合并单元监测数据
由图4-图6可知，由于本次实验涉及以试验站为主，因此，大部分应用时间无负载，而且多为供电激光器，前两台为正常运行的供能激光器。

最后一台于一段时间后产生启动问题。

（三）评估供能激光器寿命
对有源电子式电流互感器电力互感器供能激光器进行在线监测，能够将已经失效的供能激光器反应出来，对并未失效的激光器寿命进行准确评估，通过大量数据构建功能激光器可靠性模型。

结束语：
由于有源电子式电流互感器稳定性不足，再加之可靠性欠缺，致使其无法有效替换传统互感器，在线监测系统不仅能够对监测设备的运行状态进行实时监测，及早发现运行问题，同时也能够长时间提供设备运行数据。

通过对有源电子式电流互感器结构进行深入研究，并联合功能系统特点，获得功能激光器非接触式在线监测技术。

通过对合并单元内部电源电流进行检测，并联合一次电流与Bayesian方法对一次电流进行准确判别。

以激光器工作电流为依据，对使用时间进行评估。

经实验显示，在线监测系统能够对激光器是否有效进行检测。

经实验获得大量数据后，可为激光器模型建立提供数据，以便解决其他问题。

参考文献：
[1] 王铁钢，辛守乔. 电子式电流互感器的技术研究进展[J]. 电工电气，2017（2）：7-12.
[2] 马元，徐蕾. 电子式电流互感器输出畸变原因及其处理技术研究[J]. 无线互联科技，2017（16）：67-68.
[3] 张杰，叶国雄，刘翔，等. 保护用电子式电流互感器暂态特性试验关键技术及装置研制[J]. 高电压技术，2017（12）：3884-3891.。