变电站智能化关键 电子式互感器可靠性仍待提高

随着智能电网建设的逐渐深入，电子式互感器的可靠性引起了相关各方的密切关注。有媒体曾爆出，近年来，作为首批建成的示范智能变电站项目核心元器件之一，电子式互感器接二连三被击穿，发生爆炸事件，涉及湖南、云南、福建等地。甚至有人据此判断，国家电网公司可能会放缓智能电网的推进速度，等待新产品成熟。

但事情并没有像此人所料那样发展，对于这一问题，国家电网公司给予了充分重视，并努力进行改观。

终于，在2013年初，受国家电网公司科技部（智能电网部）委托，电力工业电气设备质量检验测试中心公布，截止2013年2月1日，已有7个厂家的18台电子式互感器样机通过了性能检测，这些厂家包括南京南瑞继保工程技术有限公司、南瑞航天（北京）电气控制技术有限公司、江苏西电南自智能电力设备有限公司、许继电气股份有限公司、西安华伟光学技术有限公司、南京新宁光电工程有限公司、易能乾元（北京）电力科技有限公司，通过测试的产品类型则涵盖了有源型、无源型，以及用于GIS的产品，电压等级为110 kV和220 kV。

智能关键

实际上，为了提高电子式互感器质量，早在2011年7月，国家电网公司科技部（智能电网部）、生计部、基建部、物资部、国调中心就共同组织开展了电子式互感器性能检测工作，对24个厂家的41台产品进行了性能检测。2012年2月，其还在北京组织召开了电子式互感器性能检测情况通报会。

2012年1月，国家电网公司发布了《关于切实加强电子式互感器运行管理的通知》，指出在运电子式互感器的故障率远高于传统互感器，对电网安全运行造成了一定影响。

2012年4月，中国电力科学研究院在武汉组织召开《电子式互感器现场校验设备技术规范》等4项国家电网公司企业标准研讨会，对电子式互感器的检验方法、检验设备及相关技术要求进行了全面规定，目的就在于使电子式互感器测试有法可依，保障投运电子式互感器的质量。

为一个设备举行多次检测、召开多次会议，可见国家电网公司对电子式互感器产品的重视。而之所以这么重视是因为该产品是智能电网实现的关键点之一。

据了解，为保证电力系统的安全、经济运行，人们需要对电力系统及其电力设备的相关系数进行测量，以便对其进行必要的计量、监控和保护。互感器的作用便是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压或标准小电流，供给测量仪器、仪表和继电保护控制装置。

近年来，智能电网已逐步成为电力行业的发展趋势，其核心便是智能变电站。智能变电站以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，需要自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能。而要实现这种测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化目标，全部需要基于对电压、电流的精确测量，电子式互感器即是实现变电站运行实时信息数字化的主要设备之一，在电网动态观测、提高继电保护可靠性等方面具有重要作用，是提高电力系统运行控制整体水平的基础。

传统的互感器多为电磁式互感器，自身存在绝缘性能差、动态范围小、易发生磁饱和等缺陷，而电子式互感器可以成功解决这些问题。因此，在国家电网公司智能变电站试点阶段，电子式互感器也得到了大规模试点使用。但由于此前相关技术规范缺乏，电子式互感器在投运前未经过全面有效的测试，导致其在实际运行中暴露出故障率较高的问题。

多方面原因导致可靠性问题

据了解，截止2011年底，国家电网公司系统在运电子式互感器共约2538台，主要运行在河南、山西、辽宁、江苏等省。根据2011年国家电网公司对24个电子式互感器厂家的41台样品检测，只有4台通过全部试验，28台产品在试验中出现故障，但完成了全部试验，9台产品出现严重故障，无法完成试验，最终退出（见表1）。可见，目前，仅有少数制造商具备较为完善的生产条件、试验能力、质量管控手段，产品质量可信度较好。

第一轮检测结束后，大多数企业对照检测中发现的问题，积极改进产品设计、提升厂内实验能力，准备第二轮检测。2012年5月初开始，国家电网公司对该类产品展开了第二轮检测。截至目前，其共分两轮对24个厂家59台次独立式电子式互感器、10个厂家15台GIS用电子式互感器样机进行了性能检测。

“电子式互感器现阶段最为突出的问题就是可靠性。”中国电力科学研究院高电压研究所研发工程师汪本进表示，而可靠性问题有的来源于产品的原理和结构，如原理多样、结构迥异、关键器件可靠性差等；有的来源于标准的滞后和缺陷，如检验项目需要完善、试验能力亟待提高等；有的则来源于制造商方面，如其能力参差不齐、研发投入不足、出厂试验能力欠缺等。

另外，不同类型的企业在检测中的表现也不同。据悉，参与国家电网公司第一轮检测的24家企业以国内公司为主，只有2家国外公司，共6种企业类型，包括代理公司1家、研究机构1家、制造商与高校合作2家、传统互感器制造商4家、电子式互感器制造商14家、二次设备制造商2家。经过检测，4台通过全部检测项目的样品均来自具备一次、二次研发实验能力的制造商。故障较为严重的产品集中在制造商与高校合作、传统互感器制造商和新厂家，这三类厂家共5台，占56%。有专家断言，这类企业要具备生产质量可靠电子式互感器的能力还需要相当的历程。

据汪本进分析，传统互感器制造商主要与高校开展合作研究，由高校提供传感部件以及二次采集和转换器的设计，厂家凭借其在一次本体上的技术优势，拼凑出各种传感原理和结构的电子式互感器。因高校科研人员缺乏电子装置在变电站实际运行的设计经验，致使此类电子式互感器的故障多出现在二次部分。

二次设备制造商在电子电路设计和生产方面拥有先天优势，聘请少量一次本体设计人员或完全由自己设计电子式互感器的一次本体，此类电子式互感器的故障较多得出现在一次绝缘和动热稳定方面。

而一些无行业背景制造商，由于完全没有电力设备制造经历，只是在电子式互感器热和智能电网热中进入电子式互感器研究制造领域，产品缺陷更多。

当然参与检测的企业还只是行业中的一部分，仍有大批传统互感器厂家和其他行业制造商伺机进入电子式互感器领域。对此，汪本进提醒说，制造商想要生产出过硬的电子式互感器产品，需要在技术储备、技术及生产人员、实验手段、产品企业标准和工艺文件、生产设备等方面下大功夫。

电磁兼容问题最普遍

根据检测，电子式互感器本身暴露出的问题主要集中于电磁兼容、短时电流、温度循环、绝缘击穿等方面，其中最为突出的就是电磁兼容问题。而出现电磁兼容问题主要由于机箱屏蔽设计不合理；设备电源端口设计不合理，在浪涌抑制方面未采取合理措施或措施不当。

汪本进介绍说，这主要由于企业对暴露在户外强电磁环境的电子式互感器二次转换器的电磁兼容考核方法和严酷等级设计不足；部分电磁兼容试验项目的技术参数与现场实际存在较大差异，部分要求低于现场实际工况等造成的。

另外，电子式互感器检测依据的国家标准本身在电磁兼容试验方面存在严重缺陷，导致通过型式试验的电子式互感器在网上运行过程中仍频发故障与事故。电磁兼容试验结果的等效性，不仅需要理论分析计算，在进行现场实地检测的同时，需要搭建仿真试验平台，进行大量的试验验证，为进行更加严酷等级的电磁兼容试验提供检测依据。

有专家告诉记者，要改善这一问题，需要提高机箱屏蔽效能，电源、信号外接端口应采取滤波接入设计；采取抑制浪涌的元器件，防范浪涌冲击骚扰产生的电磁干扰；在电源口增加滤波器，吸收浪涌过程回路产生的高频干扰信号；改变电路结构或采取屏蔽，减少敏感回路受传导和辐射等高频影响；改进接地方式设计，克服地电位压差和高频信号干扰等。

针对电子式互感器暴露出的诸多问题，汪本进也给出了提高其可靠性的建议。如，提高过电压冲击能力，包括提出带等电位梯度屏蔽结构的小容量电子式电压互感器分压器结构，减少大气过电压、操作过电压对电子式电压互感器二次系统的影响程度；有效降低电子式电压互感器传感器电容量，提高主绝缘可靠性；减少系统暂态过程中通过耦合电容器的脉冲电流，降低因地电位升高导致的采集单元故障率等。同时，提高二次部分可靠性，如采用具有自校准功能的多冗余采集器设计，改善电子式互感器的可靠性和互换性；使采集器实现状态维护（热插接）的功能，可在线更换任何一个故障或工作异常的模块，非故障模块自动进入工作状态，不影响电子式互感器正常的计量、测量、保护功能；采集器在线实现自动调节与误差校核的功能模式等。