穆村站光电互感器畸变波形分析

摘 要： 通过穆村数字化变电站光电互感器试验时二次波形发生畸变，经过对波形的分析发现齐次谐波分量过高，针对生成谐波的主要因素，分析故障发生的原因并进行处理。

关键词： 光电互感器；常规互感器；波形畸变；二次开路

1 波形畸变的发生

穆村数字化变电站的110kV采用GIS设备，线路及母联安装了南瑞航天的NAE-GL无源式光电互感器，考虑到无源式光电互感器技术还不成熟，同时安装了一套常规电流互感器与光电互感器互为备用。此模式在上海110kV封周站（已投运）和蒙自站等广泛应用。

由于光电互感器不含铁心，消除了磁饱和、铁磁谐振等问题，所以常规互感器的校验项目已不适用。目前光电互感器校验一般为通过升流器对一次通流，使试验软件测量到的光电互感器的数字量波形与穿在一次线上的标准互感器波形作比较，来进行角差和比差试验。

在对穆村站111双穆线光电互感器A相试验时，经过测量软件发现反映一次电流的标准互感器波形发生畸变，同时光电互感器波形发生相同畸变，测得畸变波形如下：

分析以上波形的频域特性如图。发现电流中含有大量的3次，5次谐波。其中3次谐波分量占基波分量的25%，5次谐波分量占基波分量的4.6%，7次谐波分量占基波分量的1.7%。

2 谐波产生的原因

谐波的产生：某些负荷对交流电呈现非线形阻抗。在基频时，电流不是正弦波，发生了畸变。其实谐波是也正弦波，只不过每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶（M.Fourier）分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。根据谐波频率的不同，可以分为：奇次谐波和偶次谐波。额定频率为基波频率奇数倍的谐波，被称为“奇次谐波”，如3、5、7次谐波。额定频率为基波频率偶数倍的谐波，被称为“偶次谐波”，如2、4、6、8次谐波。一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。

若用傅立叶分析的语言来表达，就是电流波形包含了某些谐波分量。作为谐波源的非线性设备一般分为以下几类：

1）电源质量不高产生谐波：用于直流电机驱动、直流稳压电源、充电器、高压直流输电等场合的交流变直流整流器。

2）输配电系统产生谐波：输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流0.5%。

3）用电设备产生的谐波：现代电力电子非线性设备，包括荧光灯、在工业界和现代办公设备中广泛适用的电子控制装置和开关、电源、晶闸管控制设备等。

3 畸变波形的分析

根据谐波产生的可能性，排除了电源和用电设备产生谐波的因素，由于存在常规CT，其互感器的励磁回路与变压器相同，实质上就是具有铁芯线圈的电路。在不计磁滞和铁芯未饱和时，它基本上是线性电路，铁芯饱和后，它就是非线性的，使励磁电流产生畸变，饱和程度愈深，电流畸变愈严重。此时电流波形正、负半波相同，是半波对称的，则电流中只含有奇次谐波，其中主要是三次谐波。当计及磁滞的影响时，铁芯磁化曲线变为上升和下降两条曲线，而不是一条曲线，电流波形出现扭曲，但电流波形还是对称的，所以它也只含有奇次谐波。

经分析，认为是GIS罐体内的常规互感器出现二次开路，所以在一次侧通流中电流互感器二次侧开路后，一次侧电流仍然不变，二次侧电流等于零，则二次电流产生的去磁磁通也消失了。这时，一次电流全部变成励磁电流，使互感器铁芯饱和，磁通也很高，由于磁通饱和，其二次侧将产生数千伏高压，使二次波形发生改变，而且将在铁芯中产生剩磁，使互感器比差和角差增大，失去准确性。

4 解决措施

针对GIS罐体内的A相常规互感器二次接线进行全面检查和试验，通过A相二次接线柱进行常规的直阻和绝缘试验，未发现罐体内存在开路现象，然后检查互感器负荷回路之间的短路线，发现有一个圈由于接线螺丝压住导线的绝缘胶皮而导致存在开路现象，经过试验人员短接，然后重新试验，光电互感器试二次波形畸变故障消失。然后对B相和C相常规互感器的二次回路及接线进行全面检查，二次波形畸变故障未再次出现。

5 结束语

通过故障分析，发现了常规CT开路对电力系统的影响是巨大的，总结出的结论为将来遇到类似问题积累了宝贵经验。同时可以看出与常规互感器相比，全光纤电流互感器无磁饱和、频带宽，能够准确测量直流分量及各次谐波分量，在继电保护和电能质量分析等领域具有突出的应用优势。

参考文献：

[1]王兆安、杨军、刘进军等，谐波抑制和无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]吕润如，电力系统高次谐波[M].北京：机械工业出版社，1998.

[3]李再华、齐小伟，电力系统谐波问题研究综述，电气时代.2001，June Vol.23.No.2：1-3.