零序电流互感器及其二次回路不停电智能检测装置研制_罗海鑫.pdf

零序电流互感器及其二次回路不停电智能检测装置研制罗海鑫，李新海，王振刚，邱天怡，袁拓来（广东电网有限责任公司中山供电局，广东 中山 ）摘要：变电站 间隔的零序电流互感器及其二次回路正常运行时长期处于无电流状态，存在零序电流互感器变比失准，零序回路接触不良、接线松动甚至断线等情况无法及时发现，停电排查零序回路工作量大且有盲区等问题。针对上述问题，研制了一种零序电流互感器及其二次回路不停电智能检测装置。该装置基于高频电流发生技术和自适应正弦滤波技术，通过向正常工作的零序电流互感器原边注入高频电流信号并采集副边的响应电流，智能诊断零序电流互感器变比、极性的正确性以及零序回路连接可靠性，并生成检测报告。该装置实现了零序电流互感器及其二次回路的不停电智能检测和告警，提高了 配电网运行的可靠性。关键词：变电站 间隔；零序电流互感器；不停电检测；智能诊断中图分类号：，（，）：，：；收稿日期：引言零序电流保护是一种重要的接地短路保护，具有原理简单、灵敏度高、动作速度快等特点，在 线路保护装置中应用广泛。零序电流互感器作为零序电流保护的核心器件，其工作特性、变比设置、极性选择和相关二次回路连接的正确可靠，是保证零序电流保护正常工作的基础。由于 线路正常运行时三相电流对称，不存在零序电流，因此零序电流互感器及其二次回路在线路正常运行的长期时间内均处于无电流流通的状态。在长期正常运行过程中，如果出现零序电流互感器老化失准，零序二次回路接触不良、接线松动甚至断线等情况，那么零序电流采样值将保持为零，保护装置无法识别上述故障并及时告警。此时，若 线路发生单相接地故障，则会造成该间隔零序电流保护拒动，上级保护越级动作跳闸，从而引发 母线失压、供电区域大面积停电的电力安全事件，带来重大经济损失和不良社会影响。为此，定期对保护装置的零序电流互感器及其二次回路进行检查和维护具有重要意义。目前，变电站 线路保护装置零序电流互感器及其二次回路异常隐患排查主要采用不停电排查和停电排查两种方法。不停电排查法是在 线路不停电情况下，检查零序电流互感器外观，并对二次接线进行紧固。若零电力设备电工技术 序电流互感器安装在 开关柜内，则该方法无法排查零序电流互感器接线柱和连接片的连接情况，存在排查盲区。而且 间隔设备数量众多，采用该方法进行二次回路排查的工作量较大，效率低下。停电排查法是在对应 间隔设备停电时，通过在零序电流互感器一次升流的方法检查零序电流通道工作情况。该方法会造成用户停电，影响供电可靠性，同时也增加了停电、复电操作工作量。为了解决以上问题，本项目研制了一种零序电流互感器及其二次回路不停电智能检测装置。该装置基于自适应正弦滤波技术，通过向正常工作的零序电流互感器原边注入高频电流信号，分析副边响应对应频率的二次电流信号，智能诊断零序电流互感器变比、极性及二次回路运行情况，生成检测报告。该装置实现了零序电流互感器及其二次回路的不停电智能检测和告警，提高了 配电网运行可靠性。装置结构设计该零序电流互感器及其二次回路不停电智能检测装置由高频电流发生模块、高频电流采集模块、处理器、液晶触摸屏、二次电流钳、一次升流线等部分组成，其结构如图所示。装置通过一次升流线向零序电流互感器注入预设频率和大小的高频电流。处理器基于闭环控制原理，通过实时对比装置输出电流与预设电流的频率和大小，控制高频电流发生模块精确稳定输出预设高频电流。装置通过二次电流钳采集零序电流互感器二次绕组响应电流，采样相对误差不大于，量程为。高频电流采集模块采集与预设频率一致的高频电流，并传输到处理器。图装置整体结构图关键技术 高频电流发生技术装置输出高频电流通过控制逆变器调节输出频率，通过控制电源调节输出幅值。装置采用闭环反馈，实时监测装置输出电流的幅值和频率，将检测的输出电流值与设定值比较，并将偏差作为反馈量，从而提高装置输出高频电流的精度。当两者偏差超过定值时，装置将立即闭锁电流输出并告警，确保输出的高频电流不致引起零序电流保护误动作。高频电流滤波检测技术装置基于自适应正弦滤波原理设计高频电流采集模块。在一次侧注入高频电流后，零序电流互感器二次侧的响应电流为与注入电流相同频率的正弦信号和背景噪声信号，采用自适应正弦滤波信号可以滤除噪声信号，从而可以在极短时间内得到对应频率电流的幅值和相位，作为诊断零序电流互感器及其二次回路的依据。自适应正弦滤波技术原理为：（）（）（）（）（）（）（）（）式中，（）为响应电流；为倍工频；（）为噪声电流；（）为滤波误差；和为估计参数。估计参数和通过滤波误差（）进行迭代调节，调节方法为：（）（）（）（）当一段时间内的均方误差（）达到设定的极小值时，便可计算滤除了噪声信号的响应电流幅值和相位：（）（）式中，为响应电流的幅值；为响应电流的相位。装置功能设计 零序电流互感器及零序回路智能诊断功能装置的智能诊断功能包括自动检测零序电流互感器变比、极性的正确性以及零序回路连接的可靠性。零序电流互感器变比诊断功能，首先计算注入高频电流和互感器响应电流幅值的比值得到实际变比值，然后比较实际变比与额定变比偏差，若偏差在规定范围内则诊断变比合格，否则不合格。零序电流互感器的极性诊断，是通过比较注入高频电流和互感器响应电流的相位得到的。零序回路的诊断功能，综合对比注入高频电流和互感器响应电流的频率、幅值、相位，若两者波形正常无突变，则诊断零序回路正常。输出防误保护功能装置具备输出防误保护功能，防止注入零序电流互感器的电流过大导致零序电流保护误动作。由于国内主流厂家的 保护装置零序电流保护采样模块均配置滤波功能，可有效滤除高倍频电流，因此装置能精确控制注入电电工技术电力设备流的频率，仅输出设定的高倍频电流，若设定值接近工频，则装置将中断输出并告警。此外，目前 间隔零序电流保护定值一般整定为 （一次值），故装置输出电流上限设置为，远小于零序电流保护的动作定值，即使装置输出电流频率控制故障，也不会导致零序电流保护误动作。应用实例采用本文研制的零序电流互感器及其二次回路不停电智能检测装置在 某变电站进行试点应用，对站内 个 间隔的零序电流互感器及其二次回路进行不停电检测，智能诊断报告如图所示。试点应用结果验证了该装置的有效性和实用性。采用该装置可不停电及时发现零序电流互感器及其二次回路缺陷，帮助运维人员及时发现并消除缺陷，有效提高零序电流互感器及其二次回路的运维效率，具有较大的推广应用价值。图智能诊断报告结语本文研制的零序电流互感器及其二次回路不停电智能检测装置实现了 间隔零序电流互感器和零序回路的不停电智能检测，并自动生成诊断报告。该装置已在中山供电局 某变电站进行了试点应用。应用结果表明，该装置能快速诊断零序电流互感器变比、极性错误及零序回路缺陷，帮助运维人员及时发现并消除缺陷，有效提高零序电流互感器及其二次回路的运维效率，避免缺陷导致零序电流保护误动、拒动，提高了 配电网的供电可靠性。参考文献 毛锦庆 电力系统继电保护实用技术 北京：中国电力出版社，王其军零序电流互感器的优化设计中低压电器，（）：杨浩，李长明 基于自适应正弦滤波的零序电流互感器在线检测方法 微计算机信息，（）：陈冬霞 零序电流互感器特性及其检测方法研究广州：华南理工大学，尹刚，司瑞琦，李长明自适应滤波器在提高持续正弦信号采集精度中的应用重庆大学学报，（）：李军，朱亚清，陈文一种新型正弦跟踪微分器的研究与应用控制理论与应用，（）：（上接第 页）输出功率预计为 。仿真结果总体上满足 设 计要求。图 下匹配电路仿真结果 板加工工艺偏差对匹配电路性能的影响会很大。根据本文的大功率放大器电路设计的需要，对各种因素进行了综合考虑，选择了合适的板材参数和加工工艺，具体如下：尺寸为 ；层数为；表面处理采用沉 金 的 方 式；材 质 为 ；介 电 常 数 为 ；板厚为 ；铜厚为（）。结语针对北斗卫星导航终端发射通道的技术要求，采用了直接上变频发射机的总体结构设计，并在此基础上分解制定了系统中各模块的指标。采用了 工艺，研究并设计了射频前端芯片的部分关键电路，其中包括上变频混频器、压控振荡器、内置驱动放大器和外置大功率放大器等模块。参考文献 高贵虎，苏凯雄 北斗导航接收通道低噪声放大器设计电气开关，（）：陈丽坤，苏秀松一种船舶北斗导航天通卫星电话终端外壳结构的设计 科技创新与应用，（）：富新辉，余之喜，苏凯雄 基于 北斗便携终端的安卓系统设计 微型机与应用，（）：张蕊，黄海生 北斗卫星信号多普勒频移的电路设计 电子技术应用，（）：张聪，张伟，钟洋，等 基于北斗卫星技术的通信导航服务系统设计与实现电子技术与软件工程，（）：电力设备电工技术