數(shù)字化變電站半電子式電流互感器角差異常原因分析

姜瀚書，王佳穎，于 旭

(國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長春 130021)

數(shù)字化變電站是由智能化的一次設(shè)備(電子式互感器、智能化開關(guān)等)和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備在IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上分層構(gòu)建，能夠?qū)崿F(xiàn)站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站［1］。IEC61850將數(shù)字化變電站分為過程層、間隔層和站控層3層，各層內(nèi)部及各層之間采用高速網(wǎng)絡(luò)通信。與常規(guī)變電站相比，數(shù)字化變電站間隔層和站控層的設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)連接只是接口和通信模型發(fā)生了變化，而過程層卻要進(jìn)行較大的改變。由傳統(tǒng)的電流、電壓互感器、一次設(shè)備以及一次設(shè)備與二次設(shè)備之間的電纜連接，逐步改變?yōu)殡娮邮交ジ衅?、智能化一次設(shè)備、合并單元(MU)、光纖連接等。過程層各設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換遵循IEC61850-9-1/2或IEC60044-8標(biāo)準(zhǔn)的要求，而電子式互感器是數(shù)字化變電站中的關(guān)鍵設(shè)備。

電子式電流互感器［2-3］是將處于一次側(cè)的電流變換、傳輸?shù)降蛪簜?cè)，經(jīng)處理后輸出符合標(biāo)準(zhǔn)要求的模擬量或數(shù)字量，供頻率為15～100 Hz的電子測量儀器和繼電保護(hù)裝置使用。本文所測試的半電子式電流互感器由常規(guī)互感器與可接入模擬量的合并單元組合而成，該配置模式在國內(nèi)的數(shù)字化變電站中占有一定的比例，也是目前對傳統(tǒng)變電站進(jìn)行數(shù)字化改造常用的方法，合并單元做為過程層設(shè)備，采集來自常規(guī)互感器的模擬量，經(jīng)過同步、重采樣以及模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理后通過以太網(wǎng)接口(光纖)給保護(hù)、測控、數(shù)字化電能表、數(shù)字式錄波儀等多個(gè)二次設(shè)備提供同步的采樣數(shù)據(jù)。本文重點(diǎn)研究在半電子式電流互感器測試過程中出現(xiàn)的角差異常問題，并提出具體措施，以保證計(jì)量裝置的準(zhǔn)確性。

1 半電子式電流互感器測試方法

半電子式互感器的誤差檢測與傳統(tǒng)互感器存在很大差別，原因在于被試電流互感器二次側(cè)輸出的模擬信號進(jìn)入與其配合的合并單元后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，無法與標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次輸出直接比對，因此，必須將標(biāo)準(zhǔn)或被試的輸出信號轉(zhuǎn)換為可以比較的信號，通過相應(yīng)的算法得出比差和角差。半電子式電流互感器測試接線如圖1所示［4］。由于采用直接測量方式，此時(shí)對校驗(yàn)裝置的準(zhǔn)確度要求較高(采樣變換回路與標(biāo)準(zhǔn)互感器整體準(zhǔn)確度等級應(yīng)不低于0.05S級)

圖1 半電子式電流互感器測試接線

半電子式互感器的比值誤差定義與常規(guī)互感器的誤差定義一致，即對半電子式互感器測量時(shí)出現(xiàn)的誤差是由于實(shí)際變比不等于額定變比而產(chǎn)生的。對數(shù)字量輸出的電流互感器誤差百分?jǐn)?shù)用下式表示:

式中:Krd為標(biāo)準(zhǔn)額定變比;Ip為標(biāo)準(zhǔn)二次側(cè)電流有效值;Is為被試一次側(cè)電流值。

半電子互感器相位差定義為一次端子某一電流的出現(xiàn)瞬時(shí)，與所對應(yīng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集在合并單元輸出傳輸時(shí)刻，兩者時(shí)間之差。由于合并單元內(nèi)部數(shù)據(jù)處理和傳輸過程中產(chǎn)生的延時(shí)，半電子互感器的相位誤差等于相位差減去由于合并單元額定相位偏移φor和額定延遲時(shí)間tdr所構(gòu)成的偏移量φdr，即

式中:φ為一次電流相量和二次輸出相量的相位之差;tdr為額定延遲時(shí)間;f為額定頻率。

本次測試的互感器的最高準(zhǔn)確度為0.2S級，測試采用的標(biāo)準(zhǔn)互感器為 0.01S級，為滿足 JJG 1021—2007《電力互感器檢定規(guī)程》要求，采用的電子式互感器校驗(yàn)儀的準(zhǔn)確度應(yīng)不低于0.04S級。

半電子式互感器輸出信號為數(shù)字信號，難以和標(biāo)準(zhǔn)互感器輸出的模擬量作比對，因此，本次測試采用將標(biāo)準(zhǔn)互感器輸出的模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后與被測互感器輸出比較。

2 半電子式電流互感器角差值異常分析

在現(xiàn)場調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)線路側(cè)電子式電流互感器角差值異常。各測量點(diǎn)比差值都在合格范圍之內(nèi)，角差值在低于80%額定一次電流值的情況下超差，當(dāng)一次電流值高于80%的額定電流時(shí)恢復(fù)正常。以某線路側(cè)A相為例，實(shí)測誤差數(shù)據(jù)見表1。

表1 某線路側(cè)A相數(shù)字信號實(shí)測誤差數(shù)據(jù)

由表1數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)一次電流值接近80%額定電流時(shí)，角差值在合格范圍之內(nèi);當(dāng)一次電流值低于80%額定電流時(shí)，角差超出合格范圍。

由于現(xiàn)場電子式電流互感器是由傳統(tǒng)電流互感器跟合并單元配合運(yùn)行的，出現(xiàn)角差異?，F(xiàn)象需要從傳統(tǒng)互感器故障導(dǎo)致的角差異常和合并單元故障導(dǎo)致的角差異常兩方面考慮?，F(xiàn)場對傳統(tǒng)式電流互感器單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn)，將接入合并單元的二次模擬信號接入現(xiàn)場校驗(yàn)儀進(jìn)行測試(見圖2)。實(shí)測誤差數(shù)據(jù)見表2。

圖2 常規(guī)電流互感器測試接線

表2 某線路側(cè)A相模擬信號實(shí)測誤差數(shù)據(jù)

由表2數(shù)據(jù)可以看出傳統(tǒng)式電流互感器誤差在合格范圍之內(nèi)，故將故障問題鎖定在合并單元本體上。現(xiàn)場常規(guī)電流互感器變比為1200/5，采用標(biāo)準(zhǔn)功率源輸出二次電流值為5 A的標(biāo)準(zhǔn)電流，將標(biāo)準(zhǔn)信號接入合并單元，測試合并單元輸出的光信號(數(shù)字信號)(見圖1)。實(shí)測誤差數(shù)據(jù)見表3。

表3 某線路側(cè)A相合并單元實(shí)測誤差數(shù)據(jù)

由表3數(shù)據(jù)可以看出，導(dǎo)致角差異常的原因是合并單元本體的故障所造成的。合并單元插件存儲交流插件對應(yīng)通道的內(nèi)部標(biāo)變系數(shù)，由于交流插件的各通道輸入類型為可變的，測量電流、保護(hù)電流、電壓和外接電壓通道的標(biāo)變系數(shù)均不同，如:電壓(電壓互感器變比:100 V/3.3 V)標(biāo)變系數(shù)為10300;保護(hù)電流(電流互感器變比:30 A/3.9 V)標(biāo)變系數(shù)為701;測量電流(電流互感器變比:1.2/3.9 V)標(biāo)變系數(shù)為17450。由于標(biāo)變系數(shù)與實(shí)際裝置的合并單元插件、A/D插件和交流插件配合時(shí)存在細(xì)微變化，導(dǎo)致測試時(shí)角差出現(xiàn)異常。

3 解決方法

合并單元本體由不同功能插件組合到一起配合使用，進(jìn)入合并單元的模擬量由交流插件采集傳送到A/D插件進(jìn)行采樣，A/D的原始采樣數(shù)據(jù)發(fā)送合并單元插件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)流向如圖3所示。

更換合并單元問題插件，并進(jìn)行刻度調(diào)整，以使合并單元插件存儲的標(biāo)變系數(shù)能與相關(guān)插件配合，精確調(diào)整到位，保證精度。更換插件后實(shí)測誤差數(shù)據(jù)見表4。由表4數(shù)據(jù)可以看出，測試出的結(jié)果均在合格誤差范圍內(nèi)。

圖3 裝置內(nèi)部插件數(shù)據(jù)流向

表4 某線路側(cè)A相數(shù)字信號調(diào)整后實(shí)測誤差數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

目前，由于電子式互感器實(shí)際運(yùn)行時(shí)間較短，因而故障率較高(尚處于產(chǎn)品的早期故障階段)。對于電子式互感器準(zhǔn)確性的研究僅限于事前和事中分析階段。本文針對半電子式電流互感器在現(xiàn)場調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的角差異常問題的分析具有典型代表意義，為同類故障分析提供了理論依據(jù)，提出的解決方法對于解決現(xiàn)場類似故障具有指導(dǎo)作用。

［1］李九虎，須雷，羅蘇南，等.電子式互感器在數(shù)字化變電站的應(yīng)用［J］.江蘇電機(jī)工程，2007，26(Z):44-47.

［2］IEC 60044—1999.Instrument transformers part 7 electronic voltage transformers［S］.

［3］IEC 60044—2002.Instrument transformers part 8 electronic current transformers［S］.

［4］于旭，姜翰書，王漢杰.電子式電流互感器測試方法研究［J］.吉林電力，2014，42(1):33-36.