穿心式升流器在電流互感器現(xiàn)場檢定中的應(yīng)用研究

孫一寧,焦 通，李 昊, 崔廣泉, 李世海

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

試 驗(yàn) 研 究

穿心式升流器在電流互感器現(xiàn)場檢定中的應(yīng)用研究

孫一寧,焦 通，李 昊, 崔廣泉, 李世海

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

電流互感器在現(xiàn)場檢定的過程中，由于一次阻抗過大、升流器及電源容量不足等原因致使一次電流達(dá)不到額定值。文中從工作原理和現(xiàn)場檢定應(yīng)用展開分析，針對3種不同原因分別提出解決方案，使一次電流達(dá)到額定值的1.2倍，達(dá)到電力互感器檢定規(guī)程要求，為開展0.2S級關(guān)口計(jì)費(fèi)電流互感器現(xiàn)場檢定試驗(yàn)提供有力保證。

電流互感器；現(xiàn)場檢定；穿心式升流器

電力計(jì)量作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，是電力生產(chǎn)經(jīng)營管理及電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，直接影響貿(mào)易結(jié)算的公平、公正和準(zhǔn)確、可靠。其中，電流互感器的現(xiàn)場檢定對于電能計(jì)量的重要性不言而喻。按照國家計(jì)量檢定規(guī)程的要求[1]，0.2S級電流互感器誤差測試點(diǎn)分別為額定電流的1%、5%、20%、100%、120%。穿心式升流器作為電流互感器現(xiàn)場檢定中的重要設(shè)備，為被試電流互感器提供一次電流，而由于調(diào)壓器容量、升流器容量、一次回路及現(xiàn)場環(huán)境的影響，實(shí)際一次電流往往達(dá)不到120%甚至100%的額定電流。本文針對這一情況，對穿心式升流器工作原理及現(xiàn)場應(yīng)用進(jìn)行研究。

1 電流互感器計(jì)量誤差檢定原理

按照J(rèn)JG1021—2007《電力互感器檢定規(guī)程》的規(guī)定，使用標(biāo)準(zhǔn)電流互感器比較法對被試電流互感器進(jìn)行現(xiàn)場檢定。將被試電流互感器一次繞組P1端、二次計(jì)量用繞組S1端分別與具有相同變比的標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的L1端、K1端對接，其余二次繞組短路接地。通過調(diào)壓器與升流器將一次電流分別升至誤差測試點(diǎn)，同時(shí)取二次輸出的差值，由誤差測試裝置得出比差和角差，根據(jù)規(guī)程規(guī)定判定是否合格。電流互感器計(jì)量誤差檢定接線原理如圖1所示。

圖1 電流互感器計(jì)量誤差檢定接線原理T0——標(biāo)準(zhǔn)電流互感器；Tx——被檢電流互感器； Z B——電流負(fù)載箱； 1Tx～NTx——與被檢電流互感器共用一次繞組的互感器

2 升流器的工作原理

升流器是一種特殊類型的降壓變壓器，其二次繞組匝數(shù)較多，一次繞組即為一次導(dǎo)線穿心匝數(shù)[2]。升流器為標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和被試電流互感器提供一次回路電流，其容量一般不小于10 kVA。

單相調(diào)壓器通過自耦線圈調(diào)節(jié)升流器二次繞組的輸入電壓，常見的輸出電壓有0～250 V或0～400 V等。作為升流器功率的輸入，調(diào)壓器容量應(yīng)略大于或等于升流器容量。以自耦調(diào)壓器為例，調(diào)壓器通過調(diào)節(jié)在升流器二次繞組上施加二次電壓，升流器的穿心一次導(dǎo)線上由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生一次電壓，而一次回路阻抗Z較小，因此一次導(dǎo)線中產(chǎn)生大電流[3]。升流器工作原理如圖2所示。

圖2 升流器工作原理

3 應(yīng)用分析

在現(xiàn)場試驗(yàn)過程中，往往出現(xiàn)一次電流達(dá)不到規(guī)程要求的情況。造成這一情況的原因大致分為以下3種：一次回路阻抗過大；升流器容量不足；電源容量不足?，F(xiàn)對以上各種情況開展研究。

a. 一次回路阻抗過大對一次回路電流的影響

一次回路阻抗過大會(huì)導(dǎo)致一次回路電流達(dá)不到檢定值的要求。根據(jù)升流器工作原理，當(dāng)一次電壓達(dá)到額定值時(shí)，一次電壓與一次回路阻抗的比值即為輸出電流值。在一次回路阻抗較小時(shí)，輸出電流的大小應(yīng)接近額定輸出電流。但現(xiàn)場試驗(yàn)中，由于一次導(dǎo)線截面積較小、一次導(dǎo)線回路所圍面積較大或接觸不良等原因，會(huì)導(dǎo)致一次回路阻抗較大，出現(xiàn)實(shí)際一次電流遠(yuǎn)小于額定電流值的情況，不滿足規(guī)程的要求。

b. 升流器容量不足對一次回路電流的影響

升流器容量不足也會(huì)導(dǎo)致最大輸出電流達(dá)不到檢定值的要求。例如，現(xiàn)有多臺額定容量10 kVA，額定輸出電流2 000 A的升流器。在檢定變比為2 500 A/5 A的電流互感器時(shí)，由于單臺升流器容量不足，致使一次電流達(dá)不到2 500 A。為滿足規(guī)程規(guī)定，應(yīng)增加升流器容量。

c. 電源容量不足對一次回路電流的影響

750 kV及1 000 kV電壓等級的變電站由于考慮占地面積、檢修維護(hù)等諸多方面因素，常采用GIS(Gas Insulated Substation)，即氣體絕緣變電站。它將母線、斷路器、隔離開關(guān)和電流互感器等高壓電器封閉組合于接地金屬筒中。

通常一次試驗(yàn)回路以地-高壓套管-電流互感器-接地開關(guān)(構(gòu)成1-3-4回路)或根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境拆除1個(gè)接地開關(guān)，將一端接地的一次導(dǎo)線從此處接入線路，以地-電流互感器-接地開關(guān)(構(gòu)成2-3-4回路)為回路施加一次電流。一次試驗(yàn)回路如圖3所示。但750 kV及以上的變電站內(nèi)的電流互感器一次電流一般在4 000 A以上，結(jié)合接地開關(guān)的動(dòng)熱穩(wěn)定性，持續(xù)施加較大的一次電流可能致使接地開關(guān)損壞。

考慮現(xiàn)場實(shí)際可操作性，最可取的試驗(yàn)方法是將三相母線末端用大電流導(dǎo)線短路，取相鄰兩相母線形成回路并施加電流。但這種情況對電源容量提出較高要求。

圖3 一次試驗(yàn)回路

以西北某750 kV變電站為例，由于母線管過長，電氣設(shè)備較多，回路電阻實(shí)測R=15 mΩ，電抗實(shí)測X=50 mΩ。通以I=4.8 kA的電流時(shí)，不計(jì)其他損耗，根據(jù)復(fù)功率S=I2(R+jX)，S=(345.6+j1 152)kVA，所需容量為1 203 kVA。而調(diào)壓器及升流器無法達(dá)到這個(gè)容量，變電站也無法提供這樣的電源容量[4]。

4 解決措施

4.1減小一次回路阻抗或提升一次輸出電壓

a. 減小一次回路阻抗。在選擇一次導(dǎo)線方面，要選擇截面積較大的導(dǎo)線，以減小導(dǎo)線電阻。盡可能減小一次回路長度與所圍面積，以減小等效電抗。一次導(dǎo)線與被試互感器連接應(yīng)可靠，減小接觸電阻。

b. 提高一次輸出電壓。例如，1臺升流器額定容量20 kVA，額定輸出電流4 000 A。檢定變比為1 500 A/5 A的電流互感器時(shí)，由于一次阻抗過大，實(shí)際輸出電流可能只達(dá)到900 A(額定電流的60%)，不滿足規(guī)程的要求?？蓪⒁淮螌?dǎo)線穿心匝數(shù)提升至2匝，此時(shí)升流器的額定輸出電流變?yōu)樵瓉淼囊话?，? 000 A；額定一次電壓提升為原來的2倍。在一次回路阻抗變化不大的情況下，一次電流約增大至原來的2倍，為1 800 A(額定電流的120%)，未超出其額定輸出電流值且滿足規(guī)程要求。

穿心匝數(shù)的增加將導(dǎo)致升流器最大輸出電流值成倍減小，本措施不適用于被試互感器一次電流值大于穿心后升流器最大輸出電流值的情況。

4.2提升升流器容量

a. 當(dāng)調(diào)壓器容量足夠時(shí):為提升升流器容量，可將2臺相同的升流器二次輸入側(cè)并聯(lián)于調(diào)壓器的輸出側(cè)，此時(shí)調(diào)壓器的容量為2臺升流器的容量總和，其原理如圖4(a)所示。

b. 當(dāng)調(diào)壓器容量不足時(shí):由于調(diào)壓器容量不足，可用2臺調(diào)壓器分別接入2臺升流器來提升升流器容量。這種方法的好處是2臺調(diào)壓器可分別工作，調(diào)節(jié)的電壓大小可不同，調(diào)壓器輸出電壓經(jīng)變換后的疊加值作為一次導(dǎo)線的輸出電壓，其原理如圖4(b)所示。這兩種方法中，一次導(dǎo)線將2臺升流器一起穿心即可。

(a)調(diào)壓器容量足夠

(b)調(diào)壓器容量不足圖4 增加升流器容量方法原理

4.3通過無功補(bǔ)償減少電源容量需求

由于一次回路消耗的無功功率較消耗的有功功率大得多，因此為減小電源容量，要進(jìn)行無功補(bǔ)償。補(bǔ)償?shù)姆绞接幸韵?種：升流器原邊并聯(lián)電容補(bǔ)償；升流器副邊并聯(lián)電容補(bǔ)償；升流器副邊串聯(lián)電容補(bǔ)償[5]。

升流器原邊并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)姆绞綔p小了電源和調(diào)壓器的容量，但無法解決升流器容量過大的問題；升流器副邊并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)姆绞酱蟠鬁p小了升流器容量，電源只需要提供回路消耗的有功功率，并且升流器一次電流小，損耗較少；升流器副邊串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)姆绞酱蟠鬁p小了升流器容量，同時(shí)電源只需要提供回路消耗的有功功率，但升流器一次電流較大，損耗較多。以上3種補(bǔ)償方式各有優(yōu)點(diǎn)，適用于不同情況，現(xiàn)場試驗(yàn)中上述單一補(bǔ)償方式都不能達(dá)到最佳效果。

經(jīng)補(bǔ)償后所需的電源容量只提供回路消耗的有功功率[6]。

5 結(jié)束語

本文首先闡述了電流互感器現(xiàn)場檢定的必要性以及穿心式升流器在電流互感器現(xiàn)場檢定中的重要性，然后對電力互感器規(guī)程中的電流互感器檢定線路和升流器工作原理進(jìn)行分析并提出一次回路電流難以升高至額定電流的3個(gè)原因。通過對試驗(yàn)回路與升流器結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，分別提出相應(yīng)解決措施。最后，經(jīng)現(xiàn)場電流互感器試驗(yàn)驗(yàn)證，本文提出的措施完全滿足檢定規(guī)程要求。

隨著1 000 kV特高壓項(xiàng)目工程陸續(xù)完成建設(shè)，也對大電流互感器檢定提出了更高要求。尤其是現(xiàn)場試驗(yàn)電源容量不足，設(shè)備容量大、體積重量大等問題。因此，亟需創(chuàng)新新的試驗(yàn)方法與技術(shù)，制造大型設(shè)備的車載平臺，為現(xiàn)場試驗(yàn)提供便利。

[1] 電力互感器檢定規(guī)程：JJG1021—2007[S].

[2] 趙素華,康文勇.電流互感器的現(xiàn)場檢定[J].電測與儀表,2006,43(3):37-39.

[3] 陳玥名,崔廣泉,劉長江.電力電流互感器檢測試驗(yàn)方法研究[J].東北電力技術(shù),2009,30(9):15-17.

[4] 章述漢,朱 躍,吳良科，等.750 kV GIS電流互感器現(xiàn)場檢定試驗(yàn)方法[J].高電壓技術(shù),2009,35(5):1 200-1 205.

[5] 吳良科,劉 浩,岳長喜，等.大電流互感器現(xiàn)場檢定試驗(yàn)中的無功補(bǔ)償[J].高電壓技術(shù),2010,36(6):1 560-1 565.

[6] 章述漢,李 前.GIS電流互感器現(xiàn)場檢定中的大電流升流方法[J].電測與儀表,2009,46(12):6-8.

Study on Application of Cored Structure Current Regulator in the On-site Calibration Test of Current Transformer

SUN Yining, JIAO Tong, LI Hao, CUI Guangquan, LI Shihai

(Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.,Ltd.,Shengyang,Liaoning 110006,China)

In the process of the on-site calibration test of the current transformer, the test current is hard to reach to rated value because of large impedance, lack of the capacity of current regulator and power supply. As an important equipment in the on-site calibration test of the current transformer, cored structure current regulator’s working principle and the application is analyzed in this article and solutions are proposed for three different reasons, which can make the primary current reach to 1.2 times of the rated value, to comply with the requirements of the power transformer calibration procedure and guarantee the on-site calibration test of the 0.2 S level charging current transformer.

current transformer; on-site calibration test; cored structure current regulator

TM452

A

1004-7913(2017)09-0007-03

孫一寧(1992)，男，學(xué)士，高級工程師，從事電力互感器計(jì)量研究工作。

2017-06-22)