1.1 研究背景和意义

互感器包括电流互感器和电压互感器，其工作原理与变压器类似。电流互感器的一次绕组串联在被测线路内，电压互感器的一次绕组与线电压或相电压连接。根据互感器作用的不同，互感器的二次绕组可以接入测量仪表、继电保护装置或是其他自动装置的线圈以进行控制。在电力系统中，互感器往往用于将输电线路中较大的电流或电压，转换成用于测量或是控制电路的较小的电流或电压，对互感器的稳定性和可靠性有很高的要求，一旦互感器出现故障，将可能引发严重的后果^[1]。众所周知，电磁式互感器较为精确，现场表现良好。然而由于成本较大且易于损坏，在超高压线路（220kV及以上）上大多数互感器均为电容分压式互感器（CVT）。依据IEC60044-7^[2]和IEC60044-8^[3],经过校验满足误差限值规定的互感器才能够在实践中应用。类似的，国家标准GB/T 20840.7—2007^[4]和GB/T 20840.8—2007^[5]中也对此互感器的校验规程和误差限值做出了相关规定。由于互感器在长时间运行后设备老化，误差很容易变大，尤其CVT由于其开环结构，稳定性较低。因此不仅要在使用前进行检定，使用中也要定期进行检定，确认互感器工作状态是否正常，误差是否超过限值。常规的检定方法需要将互感器离线才能够检定，部分在线运行中的互感器根本无法停电，即使其他互感器能够停电，离线检定也是一项耗时耗力的工作，且难免带来经济损失^[6]。因此，需要提出一种不需要停电检定，不需要标准器对比，基于数据实时反映互感器运行状况的检测、校准方法。为此需要搭建一个实验室模型，建立一个可以从主要特征反映电网运行状态的包含变电站的局部网络，从而进行数据挖掘，找到互感器状态的判据。

1.2 国内外研究现状

互感器校准的雏形来自Kusters和Moore提出的补偿电流比较器^[7]。经过发展演变为现在常规使用现场离线校准的互感器检定方式。这种方法不仅需要将互感器离线，而且需要拖运体积庞大的标准器，耗费人力物力^[8]。因此，需要提出一种方法能够不停电，不用标准器就能够判断互感器的工作状态。

在国外，1986年，Adibi和Thorne提出了远程仪表校准问题，提出了一种方法来判断工作状态异常的互感器并加以校准^[9]。通过重复测量确定了由于互感器，传感器，设备间的次级引线，模数转换器和缩放导致的误差。然后通过改变电流、电压、功率或是这些变量的比例来补偿误差，从而获得更加准确的结果。这种方法可以在不干扰正常运行的情况下，远程校准某一项电流，电压，有功或无功功率的测量值，现场技术人员只需要检查严重超差的仪器，大大减少了工作量。随后，在1990年，Adibi等人进一步完善了远程仪表校准方法，使用电力系统电压、有功功率和无功功率的遥测值，消除了安装误差，最大限度减小了系统误差、评估测量中的随机误差并且通过估计节点处的电压幅值和相角大大提高了检测到粗大误差的能力^[10]。此外，Adibi等人还在1992年证明了，当远程校准数据被用于状态估计时，估计结果得到了显著提升^[11]。

随着电子式互感器的发展，其造价低，动态范围大，体积小，易于与计算机连接等优点令其得到广泛的应用^[12]。而经典的高精度设备需要使用高性能的电磁电路来保证高精度，这使得它们非常昂贵，并且不适合在高于50-60Hz的频率下测量。Brandolini和Faifer提出了一种可以同时用于电磁式互感器和电子式互感器的校准方法^[13]。不同于测量比差和角差，该方法同时收集互感器二次侧采集的信号和收到相同一次侧信号的参考互感器的二次侧信号。由于不需要电磁电路，该方法经济简单。但由于最精确的互感器还是传统电磁互感器，这种方法会将非传统互感器的被测信号与传统互感器的信号进行比较，这两个信号可能是不同数量级，在电流-电压互感器情况下，甚至可能是不同的量进行比较。参考文献[13]的作者也注明该方法只适用于50Hz-1kHz范围内，精确等级要求为0.1的情况。Siegenthaler和Mester通过模数转换器将被测信号和参考信号独立数字化，然后用软件计算误差。该原理不要求输入信号具有同样的数量级，甚至不需要两个电压或是两个电流。能够达到数量级的校准装置已经在METAS成功开发^[14]。Asprou和Kyriakides

在国内，谭洪恩等人针对电子式互感器现场校准技术进行了一系列实验分析^[15]。基于有源电子式电流互感器、有源电子式电压互感器、无源电子式电流互感器和无源电子式电压互感器四种电子式互感器的工作和校准原理，对校准信号点的选择进行了实验分析，并分别提出了有源电子式互感器和无源电子式互感器的考核标准。李鹤、李前等人研制了一种测量准确度可达0.05级的110kV变电站用电量互感器在线校准系统，验证了在线校准的合理性和可行性^[16]。张秋雁等人针对有源式电子式互感器的功能激光器故障在线监测进行了研究^[17]。通过测量功能激光器所在合并单元电源电流并以一次电流值作为辅助判据，经过消噪处理后利用Bayesian方法从概率角度进行故障分析。

以上提到的研究中，有的采用采集数据与标准器进行对比的方式实现在线状态评估，这种方法准确度较高，但依旧存在设备限制；有的采用分析数据本身并加以补偿的方式进行远程校准，这种方式不需要标准器，但准确度与前者相比较低。本课题旨在为开发基于线路稳态数据，不需要标准器的在线互感器状态检测方法提供实验环境，即能够反映电网运行状态的稳态模型。

2. 研究的基本内容与方案