电磁式电压互感器过电流问题及其抑制技术的研究

电磁式电压互感器过电流问题及其抑制技术的研究

李开云李佳施成云宋斌何治海黄继盛

 云南电网有限责任公司临沧供电局 云南 677000

摘要：电磁式电压互感器是电力系统中常用的电测量设备之一，可以将高电压转换为相对低电压进行测量和保护。然而，在实际应用中，电磁式电压互感器经常会面临过电流问题，这会导致其正常工作的不可靠性，基于此本文将研究电磁式电压互感器过电流问题及其抑制技术。

关键词：电磁式电压互感器；过电流问题；抑制技术

一、引言

在电力系统运行中，电磁式电压互感器是其中非常重要的一个设备，其运行状态直接关系到整个电力系统的安全性和稳定性。然而，在实际运行过程中，电磁式电压互感器常常会出现过电流问题，这可能会对设备的正常运行造成影响，甚至可能引发安全事故。因此，对电磁式电压互感器过电流问题及其抑制技术进行研究是非常有必要的。

二、技术背景

在中低压配电系统中，电压互感器的重要性不言而喻。它通过隔离刀闸和高压熔断器连接到母线，以监测电压并将其降至可操作水平，确保电力系统的正常运行。然而，在某些特定情况下，如雷击、单相弧光接地和开关操作等外部条件的干扰下，电压互感器的铁芯可能会经历铁芯饱和，从而引发系统对地电容和电压互感器励磁电感之间的铁磁共振现象。这一系列问题可能导致电压互感器的烧毁、TV保险熔断器的跳闸、TV柜的损毁，甚至可能引发母线短路。目前，为应对这些问题，过电流抑制装置通常采用一次消谐器作为主要组成部分。然而，消谐器在铁磁谐振问题的处理上存在一些限制，其中包括谐波识别速度较慢以及高速谐波识别困难等问题。这些问题可能会导致无法有效识别和控制铁磁共振的风险，从而影响电力系统的可靠性和稳定性[1]。

三、技术方案

本实用新型是一种基于深度学习算法的铁磁谐振波形识别抑制装置。采用深度学习方法研究不同过电流下电压互感器熔丝熔断的参量关系，收集电压互感器损坏或熔丝熔断时的站内电流录波数据，分析不同过电流下PT熔丝熔断的参量关系，深度学习对采集的参数的逐层特征变换，将样本在原空间的特征表示转换到新的特征空间，将训练模型下载入ARM 芯片，从而更易于识别不同频次的谐波，在过电流瞬间启动二次消谐，起到过电流抑制作用。进一步，所述过电流识别抑制装置在故障发生瞬间通过深度学习训练模型进行过电流识别算法，精确消谐动作；进一步，所述保护装置能够记录故障发生前十个周期的故障数据和故障发生后十个周期的数据；进一步，所述过电流保护装置可将附中信息远传智综合自动化系统，实现远传控制。

四、实施方案

该基于深度学习算法的铁磁谐振波形识别抑制装置谐波识别过程如下：

（一）该装置深度学习算法得出训练模型进行快速的谐波分析识别

1、电磁式电压互感器过电流的识别是整个二次谐波治理环节中最关键也最为重要的一个步骤，由于电磁式电压互感器在其工作过程中会产生大量高频和低频信号,所以需要对该部分进行有效地检测。通过分析可以知道，当线圈接收到激励脉冲时,会有一定程度上被激发出来形成高频率、小范围内激磁磁场；而线圈接受到了反向激励后就会进入二次谐波电流分量的一部分并流入电磁式电压互感器中去[2]。

2、电磁式电压互感器过电流的识别主要是由算法和经验来进行，在实际工作中,由于各种外界因素,例如测量环境、测试精度等方面都会对输入信号造成一定影响。因此可以利用理论方法与计算公式相结合建立谐振模型并应用到实践当中去解决这些问题，另外通过对采集到的数据进行分析后得出了相关参数如电压幅值大小、相位差以及电磁式互感器过电流规律等。

（二）CPU采用低功耗嵌入式STM 32高性能ARM芯片，更适合工业电子环境

1、电磁式电压互感器过电流问题一直是电力系统中最常见的一种故障，在电磁式电压互感器二次侧,由于其内部铁磁材料的饱和吸收,所以会出现电感效应。而当磁通、阻抗匹配以及零漂等因素发生变化时就极易产生反常回路，为了消除这种现象我们可以采用低功耗嵌入式微处理器芯片，来进行处理和分析各种参数变化对过电流造成影响，并将结果反馈给控制模块以实现动态自补偿措施。

2、电磁式电压互感器过电流的问题是当前电力系统中最常见也最为严重的一种故障，当发生类似于该类型设备上,由于某些原因,其内部元件会产生大量发热,导致整个电路被烧坏。因此在进行二次回路接通前必须对一次绕组和二次侧施加一个低功耗、低成本、高性能可控硅芯片来实现电磁式电压互感器过流保护功能；同时采用嵌入式STM32作为信号处理模块以简化系统结构并提高数据存储的安全性以及可靠性等性能指标。

（三）采用宽温液晶显示屏，操作简便，更适宜户外恶劣环境条件

电磁式电压互感器过电流时,其内部的电感值为零,而外部环境条件对磁化率有较高要求，因此在进行二次回路设计中可以采用宽温液晶显示屏。通过这种方式可有效地解决由外界因素引起的电磁干扰问题,可作为一种新型高性能高清晰度数字显示设备来代替传统模拟电路板上直接采集和处理数据信号等复杂功能技术的方法来实现信息传输、存储及实时控制,并为用户提供更加便捷高效且实用性强较强的操作界面。

五、解决的问题

（一）针对因谐振引起的过电流，通过深度学习算法进行快速谐波识别，并做出消谐动作，抑制过电流

电磁式电压互感器过电流的识别,需要对其进行快速有效准确判断,并在谐波抑制之后,利用深度学习算法来辨识、消去或消除电磁感应。首先通过计算器和信号处理器分析了二次侧二次侧电流幅值与相位关系，然后运用小波变换理论中的基于傅里叶逆变换(MPC)方法建立一个可以将电压互感器过电流“高频”化后再进行重构检测。最后根据FAS-IOS平台标准,对不同类型电磁式电压互感器采用合适算法。

（二）对故障信息进行记录，为后期变电站维护提供参考

电磁式电压互感器过电流的异常检测,需要对其进行在线实时监控,将故障信息及时记录下来。当发生工频接通引起断路器跳闸时，在正常情况下采集到的数据与系统中已确定有一定数量外键联系。通过现场运行经验可以发现，高频信号经运维人员处理后得到了有效、快速地识别出来;而低频段则需要对其进行二次放大,这样才能获得良好的辨识结果和稳定性能[3]。

（三）采用故障远传功能，实现故障信息实时传送，适应变电站的智能化管理，同时减少工作人员的人身安全风险

1、电磁式电压互感器过电流问题的解决,需要工作人员及时了解并掌握相关信息,并且在不影响电网正常运行状态下对设备进行监控。而虚拟仪器能够实现实时、动态和自动地采集、处理与控制数据，通过对该系统软件的使用可以将其应用于电力行业。电磁式电压互感器在线检测过程中可有效减少人力物力财力资源浪费情况发生，同时也能提高工作效率,使工作人员有足够精力去解决过电流问题,降低安全事故发生率。

2、电磁式电压互感器过电流问题主要是由于二次回路中的铁磁性材料和线圈绕组短路,导致电感值降低,当发生这种情况时需要对其进行有效地处理。而在电磁式电压互感器二次侧接有一个可控硅芯片作为信号处理器，这个软件可以实时接收、分析并作出处理结果以供计算参考依据；同时也能够通过数据采集卡获取系统状态信息及其他重要参数等技术手段，来控制设备运行的安全性和可靠性,防止出现由于故障问题导致产生不必要损失。

六、总结

综上所述，解决电压互感器铁芯饱和和铁磁共振问题是确保中低压配电系统安全和稳定运行的重要任务。通过不断的研究和创新，可以期待未来的技术能够更好地应对这些挑战，提高电力系统的可靠性和性能。

参考文献：

[1]宋涛,冯泽虎.高精度组合型电子式电流/电压互感器测量技术研究[J].仪器与设备，2021，9（1）：9.DOI:10.12677/IaE.2021.91001.

[2]胡杰,林海涌,胡启具.一种电磁式电压/电流互感器用铁心夹持装置.CN202221676528.7[2023-12-28].

[3]李谦,江宇栋,刘尧,等.配电网低频涌流对电磁式电压互感器影响和抑制方法的分析[J].2022.DOI：10.13296/j.1001.