胡遠(yuǎn)軍

摘要：對(duì)于變電站檢查而言，以往多以常規(guī)檢查方法為主，即通過(guò)電流互感器離線檢定，這種檢測(cè)方法不僅工作量巨大、浪費(fèi)時(shí)間，而且往往會(huì)受到外界環(huán)境的影響，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致檢定不足的問(wèn)題，因此研發(fā)變電站用電流互感器在線校準(zhǔn)系統(tǒng)顯得極為重要。本文基于自我研發(fā)的在線校準(zhǔn)系統(tǒng)，首先對(duì)該校準(zhǔn)系統(tǒng)的主要組成功能單元的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)方案、以及性能測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了說(shuō)明；最后以某110kV變電站現(xiàn)場(chǎng)電流互感器校準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)為案例，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了模擬試驗(yàn)。結(jié)果表明，該系統(tǒng)不僅能夠較好的完成變電站電流互感器的在線校準(zhǔn)，還能對(duì)電流互感器實(shí)際運(yùn)狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估。

關(guān)鍵詞：變電站；電流互感器；誤差；在線校準(zhǔn)；標(biāo)準(zhǔn)器；開(kāi)口式；帶電接入

引言：

眾所周知，目前我國(guó)電力系統(tǒng)中擁有大量的電力互感器，電力互感器離線校準(zhǔn)也是目前我國(guó)變電站檢測(cè)的主要檢測(cè)方法。這種檢測(cè)方法不僅工作量巨大、浪費(fèi)時(shí)間，而且往往會(huì)受到外界環(huán)境的影響，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致檢定不足的問(wèn)題，同時(shí)不能很好的測(cè)得三相帶電狀態(tài)下的真實(shí)數(shù)據(jù)。因此研發(fā)變電站用電流互感器在線校準(zhǔn)系統(tǒng)顯得極為重要。

對(duì)于110～220kV等級(jí)的電壓關(guān)口計(jì)量點(diǎn)的計(jì)量，因?yàn)楝F(xiàn)有的全自動(dòng)實(shí)時(shí)常規(guī)在線校準(zhǔn)用互感器體積巨大、笨重的問(wèn)題，往往會(huì)導(dǎo)致變電站的在線校準(zhǔn)功能很難實(shí)現(xiàn)。基于這一現(xiàn)狀，通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓電流互感器進(jìn)行工藝改造，來(lái)實(shí)現(xiàn)容易安裝、體終輕盈輕目的。本文基于目前研究現(xiàn)狀，通過(guò)運(yùn)用低功耗、高速、高精度的數(shù)據(jù)采集裝置，然后將標(biāo)準(zhǔn)電壓電流互感器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)利用光纖導(dǎo)線進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸，這樣不僅能夠使得信號(hào)具有足夠的精度以及實(shí)時(shí)性，同時(shí)還能進(jìn)行數(shù)據(jù)的長(zhǎng)途傳輸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)變電站額的現(xiàn)場(chǎng)在線校準(zhǔn)。

1.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)難點(diǎn)及構(gòu)架

現(xiàn)在變電站的標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和數(shù)據(jù)采集裝置一般都會(huì)安裝在高壓線上，環(huán)境比較惡劣，因此目前存在兩個(gè)比較大的難點(diǎn)[1]：

（1）對(duì)于數(shù)據(jù)采集裝置而言，為了便于安裝，往往需要降低標(biāo)準(zhǔn)電流互感器及數(shù)據(jù)采集裝置的體積和重量，然而目前的電流互感器及數(shù)據(jù)采集裝置由于技術(shù)限制體積與重量都很難有實(shí)質(zhì)性的降低，供電問(wèn)題成為一大難點(diǎn)。同時(shí)因?yàn)槟妇€的電流大小是很難確定的，電力互感器的單獨(dú)安裝和摘取往往需要帶電操作，而這對(duì)于實(shí)際操作而言很難實(shí)現(xiàn)；同時(shí)母線取電往往會(huì)導(dǎo)致諧波電流，致使電流測(cè)量值和實(shí)際運(yùn)行的情況產(chǎn)生了出入，所以運(yùn)用高壓母線對(duì)數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行供電的方案是很難實(shí)現(xiàn)的。現(xiàn)有技術(shù)可以采用激光供電或者太陽(yáng)能電池供電，但是目前激光供電的功率很小，電路非常復(fù)雜，同時(shí)價(jià)格高昂；另一方面，太陽(yáng)能電池往往受到陽(yáng)光和體積的較多限制，因此也不太適用于現(xiàn)場(chǎng)帶電操作。

（2）對(duì)于目前關(guān)口計(jì)量用電能計(jì)量裝置的精確度等級(jí)一般為0.2級(jí)，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電能校準(zhǔn)系統(tǒng)的測(cè)量精度規(guī)范要求不低于萬(wàn)分之五，方可對(duì)關(guān)口電能計(jì)量裝置進(jìn)行在線校準(zhǔn)。如上文所述，對(duì)于數(shù)據(jù)采集裝置而言，由于其一般安裝在高壓線路附近，電磁環(huán)境非常惡劣，同時(shí)容易受到溫度和濕度等因素的影響，所以較強(qiáng)的抗電磁干擾能力是數(shù)據(jù)采集裝置的必備特性。

通過(guò)對(duì)市場(chǎng)上的數(shù)據(jù)采集裝置的長(zhǎng)時(shí)間調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有所有裝置都很難滿足本項(xiàng)目的要求。因此本文通過(guò)對(duì)高精度數(shù)據(jù)采集裝置的研究，分析了數(shù)據(jù)采集裝置的工作原理和設(shè)備結(jié)構(gòu)，然后與標(biāo)準(zhǔn)電壓表3458進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集裝置能夠滿足目標(biāo)要求。

本數(shù)據(jù)采集裝置由四大結(jié)構(gòu)部分組成，自動(dòng)AGC（Automatic Gain Control）、濾波電路、AD轉(zhuǎn)換單元、ARM數(shù)據(jù)處理平臺(tái)和光電通訊接口。其工作原理為：首先，標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流互感器將微弱的信號(hào)輸入到自動(dòng)AGC及濾波電路，然后利用前級(jí)濾波電路對(duì)信號(hào)的信噪比進(jìn)行提高，其次，通過(guò)自動(dòng)增益放大和濾波，使輸出的信號(hào)電壓幅度達(dá)到AD轉(zhuǎn)換平臺(tái)的最佳輸入電壓。由于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的線路來(lái)說(shuō)，一般在較短的時(shí)間內(nèi)輸出的負(fù)荷很少出現(xiàn)波動(dòng)，一般很難出現(xiàn)較小的測(cè)量信號(hào)幅度的情況，所以僅設(shè)置1/10倍兩檔的AGC變換電路，就能達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)檢定的要求。AD轉(zhuǎn)換平臺(tái)具備外部觸發(fā)控制和零點(diǎn)自動(dòng)修正功能，每次測(cè)量前自動(dòng)調(diào)零并較正溫漂，在接到外部采樣觸發(fā)信號(hào)后，立即啟動(dòng)電壓保持器并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

2 .在線校準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)架

由于變電站內(nèi)具有大量的電壓互感器，互感器之間的距離較遠(yuǎn)，從抗干擾角度來(lái)說(shuō)，分布式測(cè)量系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)需要遠(yuǎn)距離引入電壓互感器二次輸出電壓信號(hào)，在電磁兼容復(fù)雜環(huán)境下即使采用小電流平衡測(cè)量原理也非常容易受到干擾，與模擬信號(hào)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)也會(huì)出現(xiàn)模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸受到干擾影響的情況。與此同時(shí)，全線同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)對(duì)每臺(tái)被監(jiān)測(cè)設(shè)備的信號(hào)利用電壓傳感器就地進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化，利用光纖傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行信號(hào)傳輸，可以很好的避免模擬信號(hào)在長(zhǎng)途傳輸過(guò)程中受到的干擾，然后利用多臺(tái)數(shù)據(jù)處理單元來(lái)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。從測(cè)量角度而言，因?yàn)楸粰z電壓互感器的二次輸出信號(hào)是利用采集板進(jìn)行采樣、同步等功能，所以也會(huì)出現(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的采樣存在轉(zhuǎn)化時(shí)間和延時(shí)的同樣問(wèn)題。所以，在數(shù)據(jù)處理方面不推薦使用差值法而采用直接比較法，即對(duì)同一時(shí)刻電壓互感器和電壓比例裝置的電壓絕對(duì)值進(jìn)行比較計(jì)算誤差。從互感器輸出接口來(lái)看，接收電壓互感器二次信號(hào)的合并單元將同一時(shí)刻不同協(xié)議規(guī)定的電壓互感器的計(jì)量、測(cè)量、保護(hù)端子輸出，共 3 路信號(hào)按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)格式組成幀內(nèi)容，以特定的格式發(fā)送給工控機(jī)。通過(guò)合并單元輸出的數(shù)字信號(hào)有兩種以太網(wǎng)輸出方式，分別為按照 IEC60044-8 中所述的 FT3 格式采用曼切斯特編碼發(fā)送方式和采IEC61850-9-1 所述的IEEE8802.3的發(fā)送方式。前者傳輸速率為 2.5 Mbps，后者的傳輸速率達(dá)到 100 Mbps。

如圖1所示，電力電壓互感器在線群通過(guò)數(shù)臺(tái)被檢電壓互感器的二次輸出信號(hào)來(lái)模擬電壓信號(hào)，利用采集板進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化之后通過(guò)光纖傳輸至合并單元，合并單元收到多組數(shù)字量后進(jìn)行打包，然后等待同步時(shí)鐘發(fā)出同步信號(hào)，收到同步信號(hào)之后以規(guī)定的格式將數(shù)字量傳遞到測(cè)量通道采集單元，與同時(shí)收到同步采集信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)通道信號(hào)采集單元同時(shí)將數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)字處理單元[8-10]。在變電站擁有較多的電壓互感器的情況時(shí)，可利用合并單元的采集通道數(shù)量來(lái)配置多臺(tái)合并單元[2，3]。

3.在線群校準(zhǔn)環(huán)境要求

對(duì)于在線誤差的校準(zhǔn)而言，一般都會(huì)與實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)誤差存在差別。而對(duì)于在線群校準(zhǔn)而言，往往需要考慮電力電壓互感器實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)信號(hào)測(cè)量的影響。首先，由于一次導(dǎo)體上通過(guò)一次電流便會(huì)產(chǎn)生電感，因此在進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)時(shí)必須將一次電流的潮流方向進(jìn)行準(zhǔn)確的標(biāo)識(shí)。其次，由于變壓器輸出側(cè)可以利用GIS管道或分裂導(dǎo)線進(jìn)入各臺(tái)電壓互感器的長(zhǎng)度獲得，因此利用μA級(jí)鉗形電流表可以得到電流值，可以通過(guò)計(jì)算得到一次導(dǎo)體的感抗值。此外，GIS 管道對(duì)外殼之間的容升效應(yīng)可達(dá)數(shù)十伏，實(shí)際運(yùn)行情況導(dǎo)致電壓標(biāo)準(zhǔn)器與被檢電壓互感器的一次電壓值有時(shí)會(huì)相差幾十伏。因此，在進(jìn)行在線群校準(zhǔn)系統(tǒng)測(cè)試之前有必要對(duì)一次電流潮流方向、一次壓降、二次壓降、二次負(fù)荷進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。標(biāo)注測(cè)量環(huán)境參數(shù)，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)器實(shí)際情況實(shí)際對(duì)在線校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行限定，提高電壓互感器在線群校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的可靠性。

結(jié)束語(yǔ)：

本文通過(guò)應(yīng)用全站同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在短時(shí)間內(nèi)對(duì)全站在運(yùn)電壓互感器的多路信號(hào)進(jìn)行采集、數(shù)據(jù)處理的能力。同時(shí)提出了根據(jù)電壓互感器的實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)被檢電壓互感器的一次壓降、二次壓降及包含測(cè)量系統(tǒng)后的二次負(fù)荷進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量數(shù)據(jù)作為群校準(zhǔn)方法獲得的被檢電壓互感器誤差的限定條件。當(dāng)限定條件超出在線誤差校準(zhǔn)技術(shù)規(guī)定時(shí)，應(yīng)對(duì)測(cè)量的誤差進(jìn)行修正或者考慮調(diào)整外界條件重新測(cè)量。

參考文獻(xiàn)：

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