利用一次電流檢驗電流互感器二次回路的方法

兀鵬越，王團結，陳少華，何信林，張文斌

（西安熱工研究院有限責任公司，西安市，710032）

0 引言

在新安裝電氣設備投運過程中，確認電流互感器二次回路的接線正確是很重要的工作。在投入運行以前，除了仔細檢查二次回路接線及進行二次通流試驗外，新安裝或設備回路有較大變動的裝置，必須用一次電流加以檢驗和判定[1]。在設備投運前，優先采用獨立電源進行一次通流試驗。根據計算，確定一次電流的大小及負載性質，選擇一次通流試驗設備的容量。如果一次負載很大，且要求電流較大，如大型變壓器的通流試驗，需采用獨立發電機或大容量電流發生器；如果一次負載很小、且要求電流不大，如母線、線路及小型變壓器的通流，可采用便攜式的電流發生器、低壓交流電源或者其他合適的電源。當設備投運以后，可以用負荷電流檢查，這樣不僅可檢查各個電流回路的完整性、正確性，還可檢驗電壓、電流之間相對相位。如果正常的運行方式不能滿足二次電流回路檢查的要求，還要根據要求改變運行方式來創造檢查條件。有的情況下，還可以利用一些特殊的工況來滿足對一次電流的需要，如大電機啟動電流，變壓器勵磁涌流等[2-3]。本文根據近年來的工程實例，介紹了新建機組、變電站的若干一次電流檢驗電流互感器二次回路的方法。

1 一次通流試驗

1.1 二次測量方法

測量前預先根據圖紙做好記錄表格，防止遺漏測量點，預先計算好測量的預期結果，如幅值、相位等，實際測量值與之比對，應在誤差范圍內。

一次電流通入后，二次回路按如下順序測量：（1）通入較小的一次電流，在電流互感器端子箱測量各相電壓基本平衡，如某相電壓明顯過高，確認電流互感器二次回路無開路和接觸不良；（2）再通入較大電流，在分散控制系統（distributed control system，DCS）、保護、測量、錄波等裝置觀察采樣值及相位；（3）用相位表進行測量，相位表測量結果與裝置液晶觀察結果互相印證，符合預期結果。

1.2 電流大小的選擇

一次通流試驗電流越大，二次電流越大，測量結果越準確可靠，但對通流試驗設備的要求越高，因此要根據現場具體情況合理選擇試驗電流大小。其基本原則是在能夠滿足二次測量要求的前提下，通入一次電流越大、投入試驗設備越簡單、投入人力越少越好。根據在多個工程的實踐，當電流互感器二次電流大于50mA，電流的幅值和相位測量結果是準確、可信的。

2 采用獨立試驗電源的檢驗方法

2.1 發電機短路試驗法

對于新建機組來講，發電機就是一個很好的試驗電源，可在發電機短路特性試驗過程中對電流互感器進行全面檢查。新建機組的整套啟動試驗一般包含3次短路試驗，試驗線路如圖1所示。K1短路點設在發電機機端，通常試驗電流要達到發電機額定值，以錄取發電機短路特性曲線；K2短路點設在主變高壓側，試驗電流大小以滿足主變高壓側電流互感器二次電流回路的準確測量為準；K3/K4短路點設在高廠變低壓側，試驗電流以滿足高廠變電流互感器二次電流回路的準確測量為準，由于此處配置有主變差動保護的大變比電流互感器，要求通入電流較大，折算到K3/ K4點的電流更大，因此對高廠變低壓側短路裝置的要求較高。

試驗過程中可臨時將發電機過電壓保護定值修改為1.1倍額定電壓、0.1 s，防止短路裝置熔斷而導致發電機過電壓。

發電機短路試驗法的優點是一次電流完全可控，能滿足各種容量的短路試驗要求；缺點是整套啟動是大型試驗，需爐、機、電各個專業配合，限制因素較多，不夠靈活。此方法適用于發電機、主變、廠變、母線等的差動保護檢驗。

2.2 小型電流發生器通流法

如果發電廠升壓站的投運與機組整套啟動一并進行，則可利用發電機進行各個間隔的短路試驗，否則升壓站的一次通流試驗要采取另外的電流源。升壓站一次通流試驗的負載阻抗很小，對電源容量要求不高，一般試驗用電流源即可滿足要求，還可以采用交流電焊機，行燈變壓器等。試驗電路如圖2所示。

選擇1個間隔作為基準間隔，其余待檢驗間隔與之進行比較檢查，升壓站為典型雙母接線方式，先選擇主變間隔為基準間隔。（1）對主變間隔和線路甲間隔通流，電流發生器由主變高壓側輸入電流I1，合斷路器11、隔離開關112、II母、隔離開關212、斷路器21、接地開關2102，I1最終經大地形成回路；（2）I2為主變間隔對線路乙間隔通流；（3）I3為主變間隔對起備變間隔。

試驗中需注意：（1）一次通流試驗電流的方向應與實際潮流方向一致；（2）一次系統中的斷路器及隔離刀閘的接觸電阻會影響電流的大小，要保證其接觸良好；（3）可采用交流電焊機作為試驗電流源，交流電焊機可提供數百安電流，可以滿足一般試驗要求。由于電焊機正常工作時是斷續供電的，因此升流一段時間后需停下來，以免電焊機過載。

對于擴建間隔的一次通流試驗，要注意運行設備的感應電壓問題。根據現場實測，220 kV升壓站與運行母線并行的空母線感應電壓可達1 kV以上。因此，在變電站擴建工程的一次通流試驗接線時，即使該間隔已完全停電，要先加掛地線。當所有試驗一次接線完成，一次電流回路匯通且接地后，才能拆掉接地線，嚴防高壓危及人身、設備安全。

小型電流發生器通流法的優點是簡單直觀，在電流發生器的容量范圍內電流可以連續變化；缺點是電流發生器難于運輸，現場搬運不易。此方法適用于母線差動保護檢驗。

2.3 外加電壓法

外加電壓試驗方法的步驟如下：（1）試驗前先將變壓器低壓側三相短接，引一路三相380 V電源至變壓器高壓側，在高壓側接一足夠截面電纜到380 V電源盤；（2）連好各電流互感器端子的連接片，保證電流互感器二次回路沒有開路；（3）合上380 V電源開關；（4）測量變壓器各側電流幅值、相位，與計算值比較應基本相符，并在保護裝置檢查并記錄差流的大小[4]。

從保護裝置上觀察變壓器各側電流大小和相位，以及和流、差流的大小，并與計算值比較應該基本相等，且差動保護不應該動作，滿足這些條件就說明整個勵磁變差動回路完全正確。某1GW自并勵機組勵磁變的額定容量為3×3 000 kVA，額定電壓為27// 1.1 kV，額定電流為211.7/5 917/A，接線方式為Dy11，短路阻抗為8.25％，高壓側電流互感器變比300/ 5，低壓側電流互感器變比5 000/5。高壓側加380 V、低壓側短路時，高壓側一次電流IH1、低壓側一次電流IL1、高壓側二次電流IH2、低壓側二次電流IL2分別為：IH1=36.11A，IL1=511.74A，IH2=0.60A，IH2=0.51A。

由于IH1、IL1、IH2、IL2都大于100mA，所以保護裝置可以準確測量到差流。當變壓器高壓側電流互感器變比較大時，二次電流很小（4mA[5]），如沒有高精度毫安表，將無法進行準確測量。可采用以下方法提高測量靈敏度：

（1）將1根測試線繞成多匝后串入電流二次回路，然后采用鉗形相位表測量出多匝總電流的幅值和相位，多匝總電流幅值除以匝數就是實際二次電流大小，相位不變。

（2）由于試驗電流較小，差動保護裝置可觀測的差流基本為零漂值，而制動電流有不穩定的數值，不能確定電流極性配置正確性時，可把變壓器一側電流反極性接入保護裝置。如果觀察到的情況與原來的相反，即制動電流基本為零漂值，而差動電流有不穩定的數值時，則可確認原接線是正確的。

外加電壓法較適用于小型變壓器、電流互感器變比不大的差動保護檢驗。

3 利用負荷電流的檢驗方法

3.1 大電機啟動電流法

機組一些大型輔機，如給水泵、一次風機、循環泵等，其電機功率在1MW以上，其啟動電流可以達到1 kA，可利用此電流檢驗起備變差動保護的接線。由于電機啟動電流衰減很快，因此，必須在差動回路中串入波形記錄儀來記錄下電機啟動電流，如果利用波形記錄儀來記錄和分析電流相位就更加明確清晰。2007年楊柳青電廠3期工程中曾采取此方法。試驗接線見圖3[6]。

差動回路接線錯誤時的試驗波形如圖4所示，圖中Ie為額定電流。由圖4可知，起備變差動保護A相的高、低壓側電流相對相位為0°，B相高、低壓側電流相對相位為180°，顯然A相低壓側電流互感器極性配置錯誤。

大電機啟動電流法適用于在發電廠起備變差動保護的檢驗。

3.2 勵磁涌流法

目前，國內有些變壓器已開始裝設零序差動保護。由于正常運行狀態下基本沒有零序電流，無法靠負荷電流核對零序互感器的極性配置正確性，可能導致由于零序電流互感器極性配置錯誤引起的零序差動保護誤動事故[7]。變壓器空載合閘時，可產生最大達到數倍額定電流的勵磁涌流，持續時間為幾s到十幾s。理論及經驗均證實，對于三相變壓器空投合閘，至少會有兩相有勵磁涌流，必然產生零序電流，此零序電流對于零序差動保護來講屬于穿越性電流。當零序互感器接線正確的情況下，差流應為0[8-9]。

2009年5月海門電廠1號主變倒送電時記錄的波形，如圖5所示。圖5中：Ia、Ib、Ic為高壓側相電流；Io為中性點零序電流；Iocd為零序差流。由圖5可看出，盡管零序電流很大，但零序差流為0，說明零序差動回路接線正確。

3.3 容性電流法

超高壓系統的輸電線大都采用多根分裂導線構成相線，這使得線路的感抗減少，分布電容增大。同時，超高壓輸電線路往往要承擔遠距離、大容量的電力輸送任務，較長線路使分布電容的等值容抗大大減少，導致電容電流進一步增大[10]。當此電流足夠大的時候，可利用來校核線路縱差保護的極性。某升壓站的電流測量電路如圖6所示，測量結果如表1所示。當線路丁由乙變電站充電時，乙站會檢測到容性電流，而甲站沒有電流；當線路丁由乙變電站送電到甲站，再由甲站對線路丙充電時，線路乙兩側均可檢驗到容性電流，而線路丙只能在甲站側檢測到電流。這里要注意，由于線路兩側容性電流的不平衡性，差動保護的差流大小剛好等于線路容性電流大小。容性電流法可作為初步檢驗，差動保護的最終檢驗還是要用負荷電流進行。

表1 某500 kV升壓站測量記錄Tab.1 Measuring records of a 500 kV booster station

3.4 負荷電流法

當新投運的變電站有2條及以上輸電線路時，可以調整系統運行方式，使得潮流經一條線路流入新站，再經另一條線路流回電網，利用系統潮流來檢驗線路縱差保護及升壓站母差保護的電流互感器極性配置。經負荷電流檢驗正確的保護即可投入運行。負荷電流法涉及到電網操作及潮流計算，須要由調度統一指揮進行。

4 結語

本文介紹了一次通流試驗的若干實用方法，工程中可以根據實際情況來選擇使用。其中發電機短路電流法、外加電壓法和線路潮流法經常用到，利用交流電焊機作為電流源的辦法也很實用，值得推廣。而電機啟動電流法和勵磁涌流法是在特殊情況下采取的辦法，要結合波形記錄儀等設備進行。以上方法均為實踐證明可行的方法，可供有關工程參考。

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