变电站用电力互感器在线校准系统的研究

胡远军

摘要：对于变电站检查而言，以往多以常规检查方法为主，即通过电流互感器离线检定，这种检测方法不仅工作量巨大、浪费时间，而且往往会受到外界环境的影响，经常会导致检定不足的问题，因此研发变电站用电流互感器在线校准系统显得极为重要。本文基于自我研发的在线校准系统，首先对该校准系统的主要组成功能单元的结构特点、实现方案、以及性能测试结果进行了说明；最后以某110kV变电站现场电流互感器校准的实验为案例，对整个系统进行了模拟试验。结果表明，该系统不仅能够较好的完成变电站电流互感器的在线校准，还能对电流互感器实际运状态进行准确的评估。

关键词：变电站；电流互感器；误差；在线校准；标准器；开口式；带电接入

引言：

众所周知，目前我国电力系统中拥有大量的电力互感器，电力互感器离线校准也是目前我国变电站检测的主要检测方法。这种检测方法不仅工作量巨大、浪费时间，而且往往会受到外界环境的影响，经常会导致检定不足的问题，同时不能很好的测得三相带电状态下的真实数据。因此研发变电站用电流互感器在线校准系统显得极为重要。

对于110～220kV等级的电压关口计量点的计量，因为现有的全自动实时常规在线校准用互感器体积巨大、笨重的问题，往往会导致变电站的在线校准功能很难实现。基于这一现状，通过对标准电压电流互感器进行工艺改造，来实现容易安装、体终轻盈轻目的。本文基于目前研究现状，通过运用低功耗、高速、高精度的数据采集装置，然后将标准电压电流互感器输出的信号转化为数字信号利用光纤导线进行数据远距离传输，这样不仅能够使得信号具有足够的精度以及实时性，同时还能进行数据的长途传输，进而实现变电站额的现场在线校准。

1.系统方案设计难点及构架

现在变电站的标准电流互感器和数据采集装置一般都会安装在高压线上，环境比较恶劣，因此目前存在两个比较大的难点[1]：

（1）对于数据采集装置而言，为了便于安装，往往需要降低标准电流互感器及数据采集装置的体积和重量，然而目前的电流互感器及数据采集装置由于技术限制体积与重量都很难有实质性的降低，供电问题成为一大难点。同时因为母线的电流大小是很难确定的，电力互感器的单独安装和摘取往往需要带电操作，而这对于实际操作而言很难实现；同时母线取电往往会导致谐波电流，致使电流测量值和实际运行的情况产生了出入，所以运用高压母线对数据采集装置进行供电的方案是很难实现的。现有技术可以采用激光供电或者太阳能电池供电，但是目前激光供电的功率很小，电路非常复杂，同时价格高昂；另一方面，太阳能电池往往受到阳光和体积的较多限制，因此也不太适用于现场带电操作。

（2）对于目前关口计量用电能计量装置的精确度等级一般为0.2级，同时标准电能校准系统的测量精度规范要求不低于万分之五，方可对关口电能计量装置进行在线校准。如上文所述，对于数据采集装置而言，由于其一般安装在高压线路附近，电磁环境非常恶劣，同时容易受到温度和湿度等因素的影响，所以较强的抗电磁干扰能力是数据采集装置的必备特性。

通过对市场上的数据采集装置的长时间调研发现，现有所有装置都很难满足本项目的要求。因此本文通过对高精度数据采集装置的研究，分析了数据采集装置的工作原理和设备结构，然后与标准电压表3458进行比较，发现数据采集装置能够满足目标要求。

本数据采集装置由四大结构部分组成，自动AGC（Automatic Gain Control）、滤波电路、AD转换单元、ARM数据处理平台和光电通讯接口。其工作原理为：首先，标准电压或电流互感器将微弱的信号输入到自动AGC及滤波电路，然后利用前级滤波电路对信号的信噪比进行提高，其次，通过自动增益放大和滤波，使输出的信号电压幅度达到AD转换平台的最佳输入电压。由于对现场的线路来说，一般在较短的时间内输出的负荷很少出现波动，一般很难出现较小的测量信号幅度的情况，所以仅设置1/10倍两档的AGC变换电路，就能达到现场检定的要求。AD转换平台具备外部触发控制和零点自动修正功能，每次测量前自动调零并较正温漂，在接到外部采样触发信号后，立即启动电压保持器并进行模数转换。

2 .在线校准系统设计构架

由于变电站内具有大量的电压互感器，互感器之间的距离较远，从抗干扰角度来说，分布式测量系统和现场总线技术需要远距离引入电压互感器二次输出电压信号，在电磁兼容复杂环境下即使采用小电流平衡测量原理也非常容易受到干擾，与模拟信号进行比较，发现也会出现模拟信号远距离传输受到干扰影响的情况。与此同时，全线同步监测系统会对每台被监测设备的信号利用电压传感器就地进行模数转化，利用光纤传输的方式进行信号传输，可以很好的避免模拟信号在长途传输过程中受到的干扰，然后利用多台数据处理单元来进行联网。从测量角度而言，因为被检电压互感器的二次输出信号是利用采集板进行采样、同步等功能，所以也会出现和标准信号的采样存在转化时间和延时的同样问题。所以，在数据处理方面不推荐使用差值法而采用直接比较法，即对同一时刻电压互感器和电压比例装置的电压绝对值进行比较计算误差。从互感器输出接口来看，接收电压互感器二次信号的合并单元将同一时刻不同协议规定的电压互感器的计量、测量、保护端子输出，共 3 路信号按标准规定的数据格式组成帧内容，以特定的格式发送给工控机。通过合并单元输出的数字信号有两种以太网输出方式，分别为按照 IEC60044-8 中所述的 FT3 格式采用曼切斯特编码发送方式和采IEC61850-9-1 所述的IEEE8802.3的发送方式。前者传输速率为 2.5 Mbps，后者的传输速率达到 100 Mbps。

如图1所示，电力电压互感器在线群通过数台被检电压互感器的二次输出信号来模拟电压信号，利用采集板进行模数转化之后通过光纤传输至合并单元，合并单元收到多组数字量后进行打包，然后等待同步时钟发出同步信号，收到同步信号之后以规定的格式将数字量传递到测量通道采集单元，与同时收到同步采集信号的标准通道信号采集单元同时将数据传递到数字处理单元[8-10]。在变电站拥有较多的电压互感器的情况时，可利用合并单元的采集通道数量来配置多台合并单元[2，3]。

在线群校准环境要求

对于在线误差的校准而言，一般都会与实验室校准误差存在差别。而对于在线群校准而言，往往需要考虑电力电压互感器实际运行情况对信号测量的影响。首先，由于一次导体上通过一次电流便会产生电感，因此在进行在线监测时必须将一次电流的潮流方向进行准确的标识。其次，由于变压器输出侧可以利用GIS管道或分裂导线进入各台电压互感器的长度获得，因此利用μA级钳形电流表可以得到电流值，可以通过计算得到一次导体的感抗值。此外，GIS 管道对外壳之间的容升效应可达数十伏，实际运行情况导致电压标准器与被检电压互感器的一次电压值有时会相差几十伏。因此，在进行在线群校准系统测试之前有必要对一次电流潮流方向、一次压降、二次压降、二次负荷进行实际测量。标注测量环境参数，结合标准器实际情况实际对在线校准数据进行限定，提高电压互感器在线群校准数据的可靠性。

结束语：

本文通过应用全站同步监测系统，实现了在短时间内对全站在运电压互感器的多路信号进行采集、数据处理的能力。同时提出了根据电压互感器的实际运行情况，对被检电压互感器的一次压降、二次压降及包含测量系统后的二次负荷进行测量，将测量数据作为群校准方法获得的被检电压互感器误差的限定条件。当限定条件超出在线误差校准技术规定时，应对测量的误差进行修正或者考虑调整外界条件重新测量。

参考文献：

[1]李鹤，李前，胡浩亮，等. 变电站用电流互感器在线校准系统的研制[J]. 电测与仪表，2013，50（12）：5-8.

[2]章述汉，雷民，熊前柱，等. 电力互感器在线校准用数据采集装置的研制[J]. 电测与仪表，2012，49（12）：82-85.

[3]项琼，王欢，杜硏，等. 电力电压互感器在线群校准技术研究[J]. 电测与仪表，2016，53（3）：32-37.