电能质量在线监测装置常见的传感器故障有哪些？

电能质量在线监测装置的传感器故障主要集中在电流传感器（CT、罗氏线圈）和电压传感器（VT/PT）两大类（二者占传感器总量的 90% 以上），少数涉及特殊场景的直流传感器、谐波传感器。故障类型可分为 “显性故障（直接触发报警）” 和 “隐性故障（无明显报警但数据失真）”，具体需结合故障原因、现象及对监测的影响综合判断。以下是分类梳理的常见故障：

一、电流传感器故障（CT / 罗氏线圈，最易引发安全风险）

电流传感器是监测电流谐波、暂态电流的核心，故障不仅导致数据失真，还可能引发设备损坏或安全事故（如 CT 开路产生高压）。

1. CT（电流互感器）常见故障

CT 是工业 / 电网场景最常用的电流传感器，故障多与接线、绝缘或长期老化相关：

故障类型	核心原因	典型现象	对监测的影响
二次侧开路	1. 接线端子松动 / 氧化（长期振动导致）；2. 检修时误断开 CT 回路；3. 线缆断裂（老化或鼠咬）	1. 装置采样电流骤降为 0（或接近 0），与实际负载电流偏差＞90%；2. CT 铁芯过热（甚至烧毁外壳），产生数千伏高压（危及人身安全）；3. 装置触发 “CT 开路” 告警（红灯闪烁 + 蜂鸣器报警）	1. 电流相关参数（谐波、功率、暂态电流）完全失效；2. 高压可能击穿装置采样模块，导致设备永久性损坏
二次侧短路	1. CT 二次侧线缆绝缘破损（受潮或磨损）；2. 接线错误（误将二次侧短接）；3. 传感器内部匝间短路	1. 装置采样电流异常增大（超额定值 2-3 倍），触发 “过流保护”；2. 短路电流导致 CT 绕组过热，熔断器熔断（若配置）；3. 装置报 “电流超限” 或 “CT 短路” 告警	1. 电流数据严重失真（如实际 100A 显示 200A）；2. 长期短路会烧毁 CT 或装置采样回路
变比漂移（精度衰减）	1. 长期高温（如户外光伏场站＞60℃）导致铁芯磁导率下降；2. 频繁暂态电流冲击（如电机启动）使铁芯磁化；3. 制造工艺缺陷（低端 CT）	1. 采样电流与实际值偏差逐渐增大（初期 5%-10%，后期超 20%）；2. 无明显报警（未触发阈值），需对比标准源或相邻 CT 数据发现；3. 三相电流平衡度下降（如某相偏差超 10%）	1. 电流谐波、功率计算误差增大（如 5 次谐波误判为超标）；2. 新能源并网考核、电费结算数据不可靠
接线反相	1. 安装时 CT 极性接反（P1 接电流流出端，P2 接流入端）；2. 检修后重新接线时相位混淆	1. 功率计算出现负值（无容性负载时）；2. 三相电流矢量和异常（正常应接近 0，反相后超 10A）；3. 暂态电流方向判断错误（如误将暂降判为暂升）	1. 功率、功率因数数据失真；2. 暂态事件溯源方向错误（如误判故障点位置）

2. 罗氏线圈（柔性电流传感器）常见故障

罗氏线圈适用于高频电流、大电流场景（如新能源逆变器、电弧炉），故障多与信号调理或安装相关：

故障类型	核心原因	典型现象	对监测的影响
信号调理电路故障	1. 内置放大器电源故障（如 12V 供电中断）；2. 放大器芯片老化（高温环境）；3. 线缆接触不良（接头氧化）	1. 装置采样电流无数据（固定为 0 或最大值）；2. 采样数据含大量高频噪声（如无规律波动）；3. 装置报 “传感器通信故障” 或 “电流信号异常”	1. 高频电流、暂态电流完全无法监测；2. 数据干扰可能导致误报 “谐波超标”
屏蔽接地不良	1. 屏蔽层未单端接地（或接地电阻＞4Ω）；2. 安装环境电磁干扰强（如变频器附近）	1. 采样电流叠加高频干扰信号（如 10kHz-1MHz 杂波）；2. 电流波形失真（正常正弦波变为锯齿波）；3. 谐波测量误差增大（如 3 次谐波误判超标的 5%）	1. 高频谐波、间谐波监测失真；2. 暂态事件捕捉时混入干扰，误触发告警
安装不规范	1. 线圈未完全闭合（柔性线圈接口未插紧）；2. 被测导线未穿过线圈中心（偏移＞10mm）；3. 线圈褶皱或变形（长期振动）	1. 采样电流偏小（比实际值低 10%-30%）；2. 电流数据波动大（随负载位置变化）；3. 无报警，但数据重复性差（多次测量偏差超 5%）	1. 电流精度下降，无法满足 A 级监测要求；2. 暂态电流峰值测量不准（如雷击电流误判）

二、电压传感器故障（VT/PT，最易导致相位或幅值失真）

电压传感器是监测电压暂降、谐波、不平衡的核心，故障多与接线、绝缘或供电相关，隐性故障（如变比漂移）易被忽视。

1. VT/PT（电压互感器）常见故障

VT/PT 用于中高压场景（如 10kV/35kV 电网），低压场景多为直接采样（本质是内置电压分压传感器），故障类型类似：

故障类型	核心原因	典型现象	对监测的影响
二次侧短路	1. 二次侧线缆绝缘击穿（受潮或老化）；2. 接线错误（误将二次侧短接）；3. 装置采样回路短路（如电容击穿）	1. 装置采样电压骤降为 0，同时二次侧电流增大（烧熔断器）；2. VT 铁芯过热（严重时烧毁绕组）；3. 装置报 “电压超限” 或 “VT 短路” 告警	1. 电压相关参数（暂降、谐波、闪变）完全失效；2. 短路电流可能引发电网保护跳闸
缺相 / 断线	1. 二次侧接线端子松动 / 断线（振动或检修导致）；2. 熔断器熔断（过流或老化）；3. VT 一次侧绕组断线（罕见，多为制造缺陷）	1. 某相电压采样值接近 0（其他相正常，如 A 相 0V，B/C 相 380V）；2. 三相电压不平衡度超 10%（远超国标 2% 上限）；3. 装置报 “电压缺相” 告警（红灯常亮）	1. 缺相相的电压数据失效，暂态事件漏捕（如仅监测 B/C 相）；2. 三相不平衡度计算失真，误判为负载不平衡
变比漂移（精度衰减）	1. 长期温湿度变化（如户外 - 40℃~85℃）导致绕组电阻变化；2. 绝缘老化（高压场景）使分压比偏移；3. 铁芯饱和（过电压冲击）	1. 采样电压与实际值偏差增大（如 380V 显示 360V，偏差 5.3%）；2. 无报警（未超装置阈值），需对比标准源发现；3. 电压谐波测量误差增大（如 5 次谐波误判为合格）	1. 电压暂降 / 暂升幅值误判（如实际暂降 20% 测为 15%）；2. 电网电压合格率统计失真（误判达标）
缺零（低压系统）	1. 零线接线松动 / 断线（220V/380V 系统）；2. 零线端子氧化（长期未维护）	1. 相电压异常（如某相 220V 升至 380V，某相降至 100V）；2. 线电压正常（如 380V 不变），但相电压波动大；3. 装置报 “电压不平衡” 告警	1. 相电压数据完全失真，暂态事件幅值误判；2. 民用负载（如家电）可能因过电压损坏，监测数据无法预警

2. 低压直接采样传感器故障（220V/380V 场景）

低压场景无需外置 VT，装置内置 “分压电阻 + 运放” 构成电压传感器，故障更隐蔽：

故障类型	核心原因	典型现象	对监测的影响
分压电阻老化	1. 长期高温（装置内部＞50℃）导致电阻阻值漂移；2. 电阻功率过载（过电压冲击）	1. 采样电压整体偏高或偏低（如 220V 显示 235V，偏差 6.8%）；2. 无报警，需对比万用表实测值发现；3. 电压线性度下降（低电压时偏差小，高电压时偏差大）	1. 电压暂降 / 暂升幅值误判；2. 电压偏差统计失真（误判为电网超标）
运放电路故障	1. 运放芯片老化（高温或电源波动）；2. 滤波电容漏电（导致信号纹波增大）	1. 采样电压含明显纹波（正常≤1%，故障时＞5%）；2. 电压数据波动大（如 220V±10V 跳动）；3. 装置报 “电压信号异常” 告警（部分型号支持）	1. 电压谐波、闪变测量误差增大；2. 暂态事件触发频繁误报（如纹波误判为暂降）

三、特殊传感器故障（直流 / 谐波传感器，场景化故障）

1. 直流传感器（光伏 / 储能场景）

用于监测直流侧电流 / 电压（如光伏组串 800V DC），故障多与极性、过载相关：

极性接反：原因是安装时正负极接反，现象是采样值为负（或固定为 0），影响直流分量监测，可能误判逆变器故障；

过载损坏：原因是直流电流超传感器量程（如 100A 传感器测 150A），现象是采样值固定为最大值，无法监测直流侧暂态（如 MPPT 波动）；

零点漂移：原因是长期高温导致芯片温漂，现象是无电流时采样值≠0（如显示 5A），影响直流分量超标判断。

2. 谐波传感器（宽频带场景）

用于监测高频谐波（如 50 次以上），故障多与带宽、校准相关：

带宽不足：原因是传感器带宽＜监测谐波频率（如 10kHz 传感器测 20kHz 谐波），现象是高频谐波幅值测值偏小（如实际 10% 测为 3%），无法满足新能源并网要求；

校准失效：原因是未定期校准（超 12 个月），现象是谐波数据与标准源偏差超 10%，影响谐波治理效果评估。

四、传感器故障的核心共性原因与预防建议

1. 核心原因

接线问题：占比 40%（松动、反相、短接），多因安装 / 检修不规范；

环境因素：占比 30%（高温、潮湿、振动、电磁干扰），加速老化或绝缘损坏；

老化与过载：占比 20%（长期使用、超量程），导致精度衰减或硬件损坏；

选型不当：占比 10%（如低压传感器用于高压场景），先天不匹配场景需求。

2. 预防建议

定期检查：每 3 个月检查接线（无松动 / 氧化）、屏蔽接地（电阻≤4Ω）、熔断器（无熔断）；

周期校准：CT/VT 每 12 个月校准一次，直流 / 谐波传感器每 6 个月校准一次（第三方机构）；

环境防护：户外传感器加装防雨 / 防晒箱，高温场景选用宽温型传感器（-40℃~85℃）；

规范安装：严格按说明书接线（区分 CT 极性、VT 相序），避免超量程使用。

总结

电能质量在线监测装置的传感器故障以 “CT 开路 / 短路、VT 缺相 / 短路、接线反相、精度漂移” 为核心，其中 CT 开路、VT 短路属于 “高危故障”（危及安全），需优先处理；变比漂移、零点漂移属于 “隐性故障”（需定期校准发现）。实际运维中，需结合装置告警、现场排查、标准源对比，快速定位故障类型，避免因传感器故障导致监测数据失真，影响电能质量分析与治理。

审核编辑 黄宇