電流互感器基本誤差現(xiàn)場檢定一次升流方法的研究

許靈潔，周 琦，周永佳，李航康

（浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

DL/T 448-2000電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程要求對(duì)電能計(jì)量用互感器的準(zhǔn)確度實(shí)行安裝前、運(yùn)行中和輪換拆回的全過程考核。安裝前的檢定指新購入或用戶提供作計(jì)費(fèi)用的互感器，安裝前應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)室或現(xiàn)場首次檢定；現(xiàn)場檢驗(yàn)指電磁式電流互感器每10年應(yīng)現(xiàn)場檢驗(yàn)一次。對(duì)運(yùn)行中互感器實(shí)際二次負(fù)荷則應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場測(cè)量。

發(fā)電廠與電網(wǎng)之間、聯(lián)網(wǎng)線路之間、電網(wǎng)與大用戶之間均要按電量計(jì)費(fèi)結(jié)算，高壓電能計(jì)量裝置的準(zhǔn)確可靠涉及各方經(jīng)濟(jì)利益。而電流互感器的基本誤差檢定，則是保證計(jì)量裝置準(zhǔn)確性的重要一環(huán)。

1 現(xiàn)場電流互感器基本誤差檢定存在的困難

電流互感器誤差的現(xiàn)場測(cè)量一般采用比較法進(jìn)行，就是將一臺(tái)被檢電流互感器與一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器比較，如圖1所示。被檢電流互感器一次繞組的P1端和標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的L1端對(duì)接，二次繞組的S1端和標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的K1端對(duì)接。共用一次繞組的其它電流互感器二次繞組端子用導(dǎo)線短路并接地。在互感器二次回路將兩者形成的差流送入誤差測(cè)量裝置如互感器校驗(yàn)儀，測(cè)出被檢電流互感器相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的比值差和相位差。

圖1 電流互感器誤差測(cè)量原理接線圖

在現(xiàn)場進(jìn)行高電壓、大電流電流互感器基本誤差檢定中，除需要標(biāo)準(zhǔn)電流互感器外，還需大電流發(fā)生器及與之配套的調(diào)壓器和大電流導(dǎo)線等升流設(shè)備，檢定過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而電壓等級(jí)越高，電流互感器的絕緣距離就越大，與標(biāo)準(zhǔn)電流互感器一次導(dǎo)線形成的回路越長，即交流阻抗越大，升至額定試驗(yàn)電流就越困難。如500 kV電流互感器一次接線端距地面有的達(dá)到十幾米，一次額定電流高達(dá)2 000～4 000 A，檢定時(shí)得動(dòng)用吊車進(jìn)行高空作業(yè)，受現(xiàn)場電源、升流及調(diào)壓設(shè)備的制約，要升至額定電流困難很大。對(duì)氣體絕緣組合電器（GIS）中的電流互感器檢定更是現(xiàn)場試驗(yàn)中不易解決的問題。例如臺(tái)州電廠五期工程220 kV GIS 10號(hào)變壓器端電流互感器回路超過100 m，為了升起一次電流，需要的升流器容量達(dá)數(shù)百千伏安。隨著大容量機(jī)組陸續(xù)投產(chǎn)，發(fā)電機(jī)出口電流互感器測(cè)量的電流越來越大，有的額定電流已接近30 kA。

可見在電流互感器現(xiàn)場檢定試驗(yàn)工作中傳統(tǒng)的升流方法已不能滿足檢定工作的要求，已影響到電流互感器的現(xiàn)場檢定工作，必須予以解決。

2 大電流導(dǎo)線對(duì)升流能力的影響分析

2.1 大電流導(dǎo)線電阻和回路接觸電阻的影響

大電流導(dǎo)線的電阻可以用下式表示:

式中：L為大電流導(dǎo)線的長度，L=15～30 m；A為大電流導(dǎo)線的截面面積，A=I1n/J；J為大電流導(dǎo)線的電流密度， J=（5～10）mm2； I1n為一次電流值。

由上式可見，連接導(dǎo)線的電阻與導(dǎo)線長度L及電流密度J成正比，與一次電流的大小成反比。如果連接導(dǎo)線的總長度L和電流密度J不變，即當(dāng)L和J均為常數(shù)時(shí)，導(dǎo)線電阻就與電流成反比，電阻壓降也就成為常數(shù)，即壓降不變：

同時(shí)考慮到連接導(dǎo)線的接觸電阻，設(shè)其接觸面的電流密度為常數(shù)，則接觸電阻的壓降也是常數(shù)Ur≈0.5～1 V，接觸電阻的壓降與接觸點(diǎn)的數(shù)目和接觸面的電流密度成正比，而現(xiàn)場檢定電流互感器時(shí)一般至少有4個(gè)接觸點(diǎn)，則4Ur≈2～4 V。因此，導(dǎo)線的容量就與電流成正比，即：

其中： 常數(shù) KR=UR+4Ur=（3.5～10）V。

據(jù)此，當(dāng)額定一次電流不大于1 000 A時(shí)，升流器的容量可近似為下述容量之和，即：

式中：SS為升流器輸出繞組消耗的容量；S0為標(biāo)準(zhǔn)互感器的空載容量；SX為被檢互感器的空載容量；SF為標(biāo)準(zhǔn)和被檢互感器的負(fù)荷容量；SD為大電流導(dǎo)線上消耗的容量。

2.2 大電流導(dǎo)線感抗的影響

當(dāng)一次電流大于1 kA時(shí)，連接導(dǎo)線的電阻與電流成反比，并逐漸接近連接導(dǎo)線的感抗，如果連接導(dǎo)線的長度及其所包圍的空間截面不變，則感抗Kx是一常數(shù)。

Kx主要由導(dǎo)線本身的自感及其所包圍的空間決定，與空間截面成正比。這時(shí)連接導(dǎo)線的容量又增加了感抗與電流平方的乘積，即：

當(dāng)一次電流值大于1 000 A時(shí)，升流器的容量按下式計(jì)算：

當(dāng)一次電流大于5 kA時(shí)，感抗越來越大，則升流器的容量主要由連接導(dǎo)線的感抗決定，它與電流的平方成正比。

3 一次升流解決方法

3.1 減小大電流導(dǎo)線所包圍的空間截面

受現(xiàn)場條件限制，一次回路所連接大電流導(dǎo)線的長度一般無法減小，一種可行的方法是多根大電流導(dǎo)線并聯(lián)組成大電流回路。如果均為1匝穿心，則兩回路相當(dāng)于并聯(lián)，感抗減小一半。但是由于大電流導(dǎo)線過于沉重，不易實(shí)施。因此減小升流器容量最簡單的辦法，就是采用穿心式升流器，將被檢電流互感器輸入端與輸出端導(dǎo)線貼近布置，以減小連接導(dǎo)線所包圍的面積，減小回路的互感，從而減小所需電源和升流器的容量，如圖2所示。

圖2 減小回路互感的大電流導(dǎo)線布置示意圖

3.2 在升流器輸入端并聯(lián)補(bǔ)償電容

對(duì)于新建變電所，現(xiàn)場檢修電源提供的額定電流一般為50 A或60 A，而有些老式變電所，現(xiàn)場檢修電源提供的額定電流只有30 A?，F(xiàn)場進(jìn)行額定電流1 000 A以上電流互感器誤差檢定試驗(yàn)時(shí)，如果所有試驗(yàn)設(shè)備放置在地面，要完成1臺(tái)220 kV獨(dú)立式電流互感器，一次回路導(dǎo)線的長度將近30 m，受變電所現(xiàn)場檢修電源容量限制而升流困難。此時(shí)，往往需要?jiǎng)佑玫踯?，將升流器和?biāo)準(zhǔn)電流互感器吊至高空，縮短一次回路大電流導(dǎo)線的長度，才能完成誤差測(cè)量工作。

對(duì)于額定一次電流2 000 A及以下的電流互感器（GIS需視現(xiàn)場一次回路長短而定），一般可采用在升流器輸入端并聯(lián)補(bǔ)償電容的方法，其接線原理如圖3所示。由升流器容量的計(jì)算公式可知，在大電流下所需的升流器容量主要決定于連接導(dǎo)線的感抗。為了減小大電流回路的感抗，可以采用并聯(lián)電容器，以容抗平衡感抗，從而減小調(diào)壓器和電源所需的容量。

圖3 在升流器輸入端并聯(lián)補(bǔ)償電容的接線原理

實(shí)踐證明，將電容器并聯(lián)在升流器的輸入端。采用1臺(tái)額定容量15 kVA、380 V調(diào)壓器與2臺(tái)額定容量15 kVA、輸出電壓5 V升流變壓器組成的大電流發(fā)生器，再加上1臺(tái)840 μF（可分檔調(diào)節(jié)）的補(bǔ)償電容器進(jìn)行補(bǔ)償，即可完成一次升流回路15～30 m、電壓等級(jí)220 kV及以下、一次額定電流2 000 A及以下電流互感器的檢定，所需檢修電源提供的電流一般不超過45 A。

3.3 采用大功率三相逆變電源和并聯(lián)補(bǔ)償電容

隨著大功率三相逆變電源的出現(xiàn)，解決現(xiàn)場檢修電源容量不足的問題成為可能，其主要優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)接入現(xiàn)場三相檢修電源，變換成單相輸出，從而提高了檢修電源的容量。

采用1臺(tái)額定容量120 kVA、380 V三相電壓輸入0～400 V單相電壓輸出的三相大功率逆變電源與2臺(tái)額定容量60 kVA、輸出電壓24 V升流變壓器組成的大電流發(fā)生器，再加上2臺(tái)840 μF（可分檔調(diào)節(jié)）的補(bǔ)償電容器進(jìn)行補(bǔ)償，即可完成額定一次電流4 000 A及以下、220 kV獨(dú)立式、220 kV和500 kV GIS電流互感器的檢定，所需檢修電源提供的電流一般不超過60 A。所有試驗(yàn)設(shè)備均放置在試驗(yàn)車上完成升流工作，只需帶斗吊機(jī)配合一次大電流導(dǎo)線接線即可。其接線原理如圖4所示。

3.4 采用大功率三相逆變電源、并聯(lián)補(bǔ)償電容和等安匝法

圖4 使用大功率三相逆變電源和并聯(lián)補(bǔ)償電容的接線原理

以1 000 MW機(jī)組為例，發(fā)電機(jī)出口電流互感器的額定變比為28 000 A/1 A，額定一次電流達(dá)28 kA，600 MW的機(jī)組額定一次電流達(dá)25 kA。即使擁有30 kA以上的大電流試驗(yàn)裝置，因受管母與發(fā)電機(jī)出口電流互感器之間間隙太小所限（如圖5所示），無法穿越30 kA的大電流導(dǎo)線，不能通過額定一次電流進(jìn)行誤差測(cè)量，但可以采用等安匝法進(jìn)行誤差試驗(yàn)。比如在變比為28 000 A/1 A被檢電流互感器中穿心14匝，采用2臺(tái)額定容量60 kVA、輸出電壓24 V大電流發(fā)生器即可完成誤差測(cè)量。由于受現(xiàn)場條件限制 （試驗(yàn)設(shè)備一般放置在發(fā)電機(jī)層），一次電流回路導(dǎo)線長度往往有40～60 m，仍然需要采用大功率三相逆變電源和并聯(lián)補(bǔ)償電容解決試驗(yàn)電源的問題。

圖5 管母與發(fā)電機(jī)出口電流互感器間隙

3.5 以發(fā)電機(jī)為試驗(yàn)電源

對(duì)已安裝就位的主變套管式電流互感器進(jìn)行現(xiàn)場基本誤差檢測(cè)時(shí)，一次升流受主變短路阻抗的限制。可以將主變高壓側(cè)短路，將3臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器分別串接入A、B、C三相短路回路，以發(fā)電機(jī)作為試驗(yàn)電源，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3 000 r/min時(shí)，利用發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)高壓側(cè)短路電流的大小，可有效解決主變套管式電流互感器一次通流的難題。

4 結(jié)語

綜上所述，采用大功率三相逆變電源和并聯(lián)補(bǔ)償電容，可以有效解決采用比較法進(jìn)行傳統(tǒng)電流互感器誤差現(xiàn)場測(cè)量所需的電源問題，而將等安匝法與這兩種方法相結(jié)合，則可實(shí)現(xiàn)額定一次電流上萬安培的發(fā)電機(jī)出口電流互感器的現(xiàn)場檢定難題。通過結(jié)合主變短路試驗(yàn)，將發(fā)電機(jī)作為試驗(yàn)電源，可完成主變套管式電流互感器的現(xiàn)場檢定，為高壓電能計(jì)量的準(zhǔn)確性提供了保證。

[1]趙屹濤，趙修民.升壓升流器與負(fù)荷箱[M].北京：中國水力水電出版社，2005.