電流互感器基本誤差現場檢定一次升流方法的研究

許靈潔，周 琦，周永佳，李航康

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

DL/T 448-2000電能計量裝置技術管理規程要求對電能計量用互感器的準確度實行安裝前、運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費用的互感器，安裝前應進行試驗室或現場首次檢定；現場檢驗指電磁式電流互感器每10年應現場檢驗一次。對運行中互感器實際二次負荷則應進行現場測量。

發電廠與電網之間、聯網線路之間、電網與大用戶之間均要按電量計費結算，高壓電能計量裝置的準確可靠涉及各方經濟利益。而電流互感器的基本誤差檢定，則是保證計量裝置準確性的重要一環。

1 現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場測量一般采用比較法進行，就是將一臺被檢電流互感器與一臺標準電流互感器比較，如圖1所示。被檢電流互感器一次繞組的P1端和標準電流互感器的L1端對接，二次繞組的S1端和標準電流互感器的K1端對接。共用一次繞組的其它電流互感器二次繞組端子用導線短路并接地。在互感器二次回路將兩者形成的差流送入誤差測量裝置如互感器校驗儀，測出被檢電流互感器相對于標準電流互感器的比值差和相位差。

圖1 電流互感器誤差測量原理接線圖

在現場進行高電壓、大電流電流互感器基本誤差檢定中，除需要標準電流互感器外，還需大電流發生器及與之配套的調壓器和大電流導線等升流設備，檢定過程費時費力。而電壓等級越高，電流互感器的絕緣距離就越大，與標準電流互感器一次導線形成的回路越長，即交流阻抗越大，升至額定試驗電流就越困難。如500 kV電流互感器一次接線端距地面有的達到十幾米，一次額定電流高達2 000～4 000 A，檢定時得動用吊車進行高空作業，受現場電源、升流及調壓設備的制約，要升至額定電流困難很大。對氣體絕緣組合電器（GIS）中的電流互感器檢定更是現場試驗中不易解決的問題。例如臺州電廠五期工程220 kV GIS 10號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數百千伏安。隨著大容量機組陸續投產，發電機出口電流互感器測量的電流越來越大，有的額定電流已接近30 kA。

可見在電流互感器現場檢定試驗工作中傳統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場檢定工作，必須予以解決。

2 大電流導線對升流能力的影響分析

2.1 大電流導線電阻和回路接觸電阻的影響

大電流導線的電阻可以用下式表示:

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

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

同時考慮到連接導線的接觸電阻，設其接觸面的電流密度為常數，則接觸電阻的壓降也是常數Ur≈0.5～1 V，接觸電阻的壓降與接觸點的數目和接觸面的電流密度成正比，而現場檢定電流互感器時一般至少有4個接觸點，則4Ur≈2～4 V。因此，導線的容量就與電流成正比，即：

其中： 常數 KR=UR+4Ur=（3.5～10）V。

據此，當額定一次電流不大于1 000 A時，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為標準互感器的空載容量；SX為被檢互感器的空載容量；SF為標準和被檢互感器的負荷容量；SD為大電流導線上消耗的容量。

2.2 大電流導線感抗的影響

當一次電流大于1 kA時，連接導線的電阻與電流成反比，并逐漸接近連接導線的感抗，如果連接導線的長度及其所包圍的空間截面不變，則感抗Kx是一常數。

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

當一次電流值大于1 000 A時，升流器的容量按下式計算：

當一次電流大于5 kA時，感抗越來越大，則升流器的容量主要由連接導線的感抗決定，它與電流的平方成正比。

3 一次升流解決方法

3.1 減小大電流導線所包圍的空間截面

受現場條件限制，一次回路所連接大電流導線的長度一般無法減小，一種可行的方法是多根大電流導線并聯組成大電流回路。如果均為1匝穿心，則兩回路相當于并聯，感抗減小一半。但是由于大電流導線過于沉重，不易實施。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線貼近布置，以減小連接導線所包圍的面積，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線布置示意圖

3.2 在升流器輸入端并聯補償電容

對于新建變電所，現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，現場檢修電源提供的額定電流只有30 A。現場進行額定電流1 000 A以上電流互感器誤差檢定試驗時，如果所有試驗設備放置在地面，要完成1臺220 kV獨立式電流互感器，一次回路導線的長度將近30 m，受變電所現場檢修電源容量限制而升流困難。此時，往往需要動用吊車，將升流器和標準電流互感器吊至高空，縮短一次回路大電流導線的長度，才能完成誤差測量工作。

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

圖3 在升流器輸入端并聯補償電容的接線原理

實踐證明，將電容器并聯在升流器的輸入端。采用1臺額定容量15 kVA、380 V調壓器與2臺額定容量15 kVA、輸出電壓5 V升流變壓器組成的大電流發生器，再加上1臺840 μF（可分檔調節）的補償電容器進行補償，即可完成一次升流回路15～30 m、電壓等級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補償電容

隨著大功率三相逆變電源的出現，解決現場檢修電源容量不足的問題成為可能，其主要優點是同時接入現場三相檢修電源，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臺額定容量60 kVA、輸出電壓24 V升流變壓器組成的大電流發生器，再加上2臺840 μF（可分檔調節）的補償電容器進行補償，即可完成額定一次電流4 000 A及以下、220 kV獨立式、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。所有試驗設備均放置在試驗車上完成升流工作，只需帶斗吊機配合一次大電流導線接線即可。其接線原理如圖4所示。

3.4 采用大功率三相逆變電源、并聯補償電容和等安匝法

圖4 使用大功率三相逆變電源和并聯補償電容的接線原理

以1 000 MW機組為例，發電機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28 kA，600 MW的機組額定一次電流達25 kA。即使擁有30 kA以上的大電流試驗裝置，因受管母與發電機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的大電流導線，不能通過額定一次電流進行誤差測量，但可以采用等安匝法進行誤差試驗。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臺額定容量60 kVA、輸出電壓24 V大電流發生器即可完成誤差測量。由于受現場條件限制 （試驗設備一般放置在發電機層），一次電流回路導線長度往往有40～60 m，仍然需要采用大功率三相逆變電源和并聯補償電容解決試驗電源的問題。

圖5 管母與發電機出口電流互感器間隙

3.5 以發電機為試驗電源

對已安裝就位的主變套管式電流互感器進行現場基本誤差檢測時，一次升流受主變短路阻抗的限制。可以將主變高壓側短路，將3臺標準電流互感器分別串接入A、B、C三相短路回路，以發電機作為試驗電源，當發電機轉速達到3 000 r/min時，利用發電機勵磁調節系統調節高壓側短路電流的大小，可有效解決主變套管式電流互感器一次通流的難題。

4 結語

綜上所述，采用大功率三相逆變電源和并聯補償電容，可以有效解決采用比較法進行傳統電流互感器誤差現場測量所需的電源問題，而將等安匝法與這兩種方法相結合，則可實現額定一次電流上萬安培的發電機出口電流互感器的現場檢定難題。通過結合主變短路試驗，將發電機作為試驗電源，可完成主變套管式電流互感器的現場檢定，為高壓電能計量的準確性提供了保證。

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