1、宁夏电力 年第 期 基金项目:国网宁夏电力宁东供电公司群创项目()电流回路隐性缺陷在线检测装置的研制与应用王玉财李志远李绯吴一凡朱炳旭邵卫星(.国网宁夏电力有限公司宁东供电公司宁夏 灵武 .宁夏中创智能科技有限公司宁夏 银川)摘 要:为保证电流二次回路隐性缺陷检测的有效性和快速性本文设计了一种基于负载阻抗测量的二次电流回路隐性缺陷在线检测装置 装置能够在线采集电流二次回路的电压和电流然后自动计算出电流二次回路的负载阻抗值当电流二次回路存在虚接、端子排裂痕等隐性缺陷时回路负载阻抗值异常装置能够进行自动判断并显示回路存在隐性缺陷的具体相别 现场应用实践表明装置可快速判别出电流二次回路的隐性缺陷为检
2、修人员准确判断故障点提供依据提高变电站二次设备运行的可靠性和安全性关键词:电流二次回路隐性缺陷在线检测负载阻抗中图分类号:文献标志码:文章编号:()有效访问地址:/././.(.):.:./.宁夏电力 年第 期 引 言连接电流互感器与保护装置之间的交流二次回路是变电站内重要的二次回路电流二次回路一旦开路将产生很高的过电压引起保护装置的误动作、设备损坏甚至发生人身触电等严重事故 电流回路的隐性缺陷是指电流互感器端子箱长期布置于户外运行由于风吹日晒及热胀冷缩的原因导致端子排螺丝松动或交流端子出现裂痕等问题此时电流回路虽然没有开路但电缆线芯与端子的螺丝处因接触不良易处于长期发热最终导致开路的风险较大
3、影响变电站二次设备安全稳定运行电流回路隐性缺陷检测的难点在于电流回路未完全断开故障现象不明显常规检测方法无法快速准确地检测出电流回路的隐性缺陷 为解决上述问题设计了一种基于电流回路二次负载阻抗检测原理的电流回路隐性缺陷自动检测装置该装置通过电压采集回路采集出电流回路的电压通过电流采集回路采集出回路的二次电流值之后装置自动计算出二次电流回路的负载值依据设定的算法判别回路是否存在隐性缺陷实现电流回路隐性缺陷的智能判断和显示提高检修人员现场判断的准确性及判断效率应用实践表明装置具有良好的现场应用效果和推广前景 常规检测方法.电流互感器停用时检测方法在电流互感器停用时一般采用二次回路直流电阻代替实际二
4、次负载阻抗 将二次回路断开然后采用直流电桥直接进行测量得到电阻值 以此验证电流互感器二次回路接线是否完好 通过对比历年检修测量阻值变化可快速发现电流互感器二次回路接触不良、划片未紧固、回路开路等故障 但是该方法需停电检测无法实现在线检测.红外测温检测方法电流互感器二次回路正常有电流通过如果电流互感器二次回路存在接触不良会使接触电阻增大从而导致更多的电阻损耗发热 过多的电阻损耗发热会造成接触面氧化使得接触电阻进一步增大由此恶性循环最终导致开路故障一般检修人员通过红外测温能发现这些发热故障点 根据图 电流回路 接线点有发热现象实测温度.环境温度.其他接线 左右停电检查计量回路中间连接片有断裂迹象检
5、修人员更换交流端子后温度恢复正常图 红外测温现场发热红外测温方法虽然能发现电流回路的缺陷但是该方法存在以下不足:第一红外测温方法受环境温度影响较大第二红外测温方法判断不够准确第三当保护装置电流回路采样异常时无法通过红外测温方法判断出到底是装置采样插件的问题还是电流二次回路的问题此时需要本文所设计的电流回路隐性缺陷在线检测装置进行在线定量准确检测 在线检测原理.电流互感器等值电路正常运行时电流互感器的等值电路如图 所示图 电流互感器的等值电路王玉财等:电流回路隐性缺陷在线检测装置的研制与应用图 中为二次感应电动势为励磁阻抗为电流互感器二次绕组电抗为电流互感器二次绕组电阻为二次负载阻抗(包括二次设
6、备及连接导线)电流互感器内部等效阻抗为(二次绕组阻抗)与(励磁阻抗)之和二次绕组阻抗一般不超过.约为励磁阻抗的.且不会在电流互感器出现饱和时发生变化因此可用励磁阻抗 替代内部阻抗 因此电流互感器的等值电流图可简化成图 图 电流互感器简化等值电路.在线检测设计思路电流互感器二次回路正常运行时其负载阻抗三相基本相同并且数值较小当电流二次回路存在虚接等隐性故障时其负载阻抗值不同于正常相 基于此原理可通过检测负载阻抗值来检测二次回路的健康状态 设计测量接线如图 所示为保证能够进行带电检测设计一种工频阻抗测试装置测量位置应在最接近电流互感器二次绕组的位置(开关端子箱或电流互感器二次接线盒)检测时不需要对
7、电流互感器二次回路做任何变动图 测量回路设计为电流互感器侧的阻抗值为二次负载回路的阻抗值 实测阻抗为两侧工频阻抗的并联:()在二次回路未开路、无隐性故障的情况下由于 故正常情况下实测阻抗值为()当二次负载侧开路的情况下 故开路情况下实测阻抗值为()如果负载回路开路测量结果呈现极大的电感值远远超过电流互感器额定二次负载 同历史二次负载阻抗值及自身各相的阻抗值进行对比如果测量同类型的电流互感器二次绕组得到了差异化的数据但未完全开路则可判定电流二次回路存在虚接、接触不良等隐性缺陷 装置硬件设计.装置总体结构从.小节可以看出电流互感器二次回路隐性缺陷检测的重点在于测量负载回路的阻抗值设计装置总体结构如
8、图 所示 装置主要由电压采集模块、电流采集模块、主控计算模块、电源模块、显示模块组成图 装置内部结构电流采集模块采集电流互感器二次负载回路电流电压采集模块采集二次负载回路电压主控计算模块用于计算二次负载回路阻抗值并且与程序中的历史阻抗值进行比对进行二次负载回路完好性判断宁夏电力 年第 期.电流采集模块设计为了实现二次负载回路电流的在线采集基于电磁耦合法检测原理本文设计了如图 所示的钳型电流传感器它主要由磁芯、线圈、积分电阻回路、金属屏蔽盒等组成 金属屏蔽盒由两个半圆结构构成其尺寸稍微大于磁芯用于安装固定磁芯同时将现场测量的干扰信号屏蔽掉 磁芯由耐腐蚀性好、磁导率高、稳定性好的磁性材料构成它由两
9、个半圆经金属屏蔽盒的闭合结构而形成一个圆环 在其中一半的圆环上缠绕线圈并串接积分电阻 构成积分电路 图 中 为钳型传感器等效互感为线圈的自感为线圈的等效电阻为等效杂散电容 当电流互感器二次回路穿过圆环时在积分电阻 上会感应出电压信号该电压信号经主控计算模块采集转化后参与电流二次回路负载值计算用于二次电流回路的状态判断图 钳型电流传感器结构及其等效电路.电压采集模块设计电流互感器二次回路在正常情况下测量绕组根部对地的电压约为.左右当发生虚接等隐性故障时其电压会显著增大而回路在开路时将会产生很高的过电压因此设计电压采集模块需满足以下两个条件:第一电压采集模块有足够的精度第二电压采集模块具备高电压保
10、护功能 为满足以上两点要求设计电压采集模块如图 所示为了实现过压保护功能回路串入过电压保护电阻每颗电阻耐压 总共耐压 电压输入后在电阻分压器的保护方式下将该电压转换为电流然后通过精密电流型电压互感器使内外隔离外部高电压通过大电阻后产生极小的电流然后按照 的比例在内部产生电流电流通过电阻后产生电压之后将该采集电压输入至主控计算模块用于负载回路阻抗值的计算图 电压采集模块设计 装置软件流程设计.回路负载阻抗计算原理根据欧姆定律负载阻抗是电压电流的比值本装置通过高精度钳型电流表钳测出二次负载电流、用高精度电压采集模块测出电流互感器输出端二次电压、通过欧姆定律计算出电流互感器二次负载阻抗为/()/正常
11、情况下保护三相电流互感器负载应基本平衡并满足电流互感器二次额定负载要求如果相差过大将实测到的二次负载与投产时的二次负载进行比对能较快地发现回路中是否存在负载过大的问题从而及时发现电流回路隐性缺陷.装置软件判别流程装置检测软件设计思路如图 所示 装置接通电源后首先进行初始化之后用钳型电流表采集回路电流电压采集模块采集电压装置自动计算回路阻抗值及每一相阻抗值的相对误差 当三相阻抗值基本相同相对误差在 以内且和正常时数据(大约.)相差在.以内时装置判断电流二次回路正常 若三相负载阻王玉财等:电流回路隐性缺陷在线检测装置的研制与应用抗值其中一相相对误差较大超过 以上则判定该相二次回路存在隐性缺陷 若三
12、相阻抗值基本相等但与正常时数据(大约.)相比误差超过.则判定 相二次回路存在虚接的隐性缺陷图 校验功能软件流程 装置测试及现场应用本文所设计的电流回路隐性缺陷在线检测装置能够检测出电流回路中的隐性缺陷装置实物如图 所示现场对装置的上述功能进行测试图 装置实物.交流端子中间连片出现裂痕隐性缺陷 年 月二次运检人员在某 变电站进行二次设备巡视红外测温时发现变压器高压侧 间隔 相中间连片发热属于紧急缺陷之后为进一步确认回路隐性缺陷应用所研发装置进行回路二次负载值测量表 变压器 间隔电流回路二次负载在线实测值相别电流/电压/计算二次负载值/正常二次负载值/结论 相.正常 相.正常 相.异常 从表 中可
13、以看出变压器高压侧 间隔正常时三相二次负载值基本平衡均为.从本次二次负载阻抗在线实测值来看 相二次负载阻抗相对误差在 以上判断为不合格确认 相电流回路存在中间连接片接触不良的缺陷申请停电后检查 相交流端子中间连片已变形有断裂的趋势更换该交流端子恢复送电后复测电流互感器回路二次负载阻抗值复测结果如表 所示表 变压器 间隔电流回路二次负载在线复测值相别电流/电压/计算二次负载值/正常二次负载值/结论 相.正常 相.正常 相.正常 从表 可以看出更换交流端子后复测二次回路负载阻抗值与正常时基本一致回路隐性缺陷消除.电流 线虚接隐性缺陷 年 月二次运检人员在某 变电站进行二次测温巡视时发现 某线 存在
14、隐患发热点环境温度 该点温度显示 明显存在发热点为进一步确认该隐性故障二次运检人员利用电流回路隐性缺陷在线检测装置实测 电流回路二次负载值如表 所示该变电站 某线 电流回路正常时二次负载检测数值三相均为.左右本次检测三相负载阻抗值均超过正常数据.以上宁夏电力 年第 期并且三相基本平衡因此判定是 电流回路虚接进一步检查发现 电流回路接线端子处螺丝松动紧固后发热点消失用装置复测电流回路二次负载阻抗值复测值如表 所示表 某线路电流回路二次负载在线实测值相别电流/电压/计算二次负载值/正常二次负载值/结论 相.与设备正常时数据差异超过.相.与设备正常时数据差异超过.相.与设备正常时数据差异超过.表 某
15、线路电流回路二次负载在线复测值相别电流/电压/计算二次负载值/正常二次负载值/结论 相.正常 相.正常 相.正常 从表 可以看出复测值与正常二次负载值基本一致电流回路恢复正常运行上述两个案例中应用本文所设计装置在 内便可快速有效地识别出电流二次回路的隐性缺陷相比较传统的检测方法在效率及准确性上得到了大幅提升 结 语当电流回路存在虚接、连片裂痕等隐性故障时常规检测方法很难对回路隐性故障进行准确的定位并且红外测温方法无法对回路缺陷进行定量分析 为解决上述问题基于“回路阻抗测量原理”设计了一种电流回路隐性缺陷在线检测装置 现场应用该装置表明装置可实现电流回路隐性故障的在线检测辅助二次检修人员进行回路
16、隐性缺陷的快速判断和消除 该装置在现场部署应用可减轻二次检修人员的工作强度提高二次设备运行的可靠性 该装置现场应用效果良好具备在全国电力行业推广应用的价值参考文献 马召朋崔影徐从彬.一种继电保护装置二次电流回路完成性的测试方法.集成电路应用():.李坚.常见电流互感器二次开路缺陷处理分析.科技创新与应用():.陈晓鹏.接线松动引起的电流互感器二次回路开路故障研究.机电信息():.叶远波孙月琴黄太贵等.继电保护相关二次回路的在线状态检测技术.电力系统自动化():.周博张秋慧.电流互感器二次侧开路故障分析及应对措施.中小企业管理与科技():.张子君宋雨箐.感应电压对 二次绕组直流电阻测量的影响分析.广西电力():.孟强.基于 的数据采集系统设计.南京:南京林业大学.白洋张建余育植.在线 导纳测试及其应用.电测与仪表():.酒小朋.电磁式电流互感器二次开路暂态分析及对策.机械工程与自动化():.戴魏郑玉平白亮亮等.保护用电流互感器传变特性分析.电力系统保护与控制():.刘禹宏.浅析继电保护 二次回路检修风险及应对措施.科技创新导报():.收稿日期:修回日期:作者简介:王玉财()男硕士工程师主要从事电力系统继电保护工作(:.)
