發(fā)電機出口大電流互感器誤差的現(xiàn)場測量方法

周永佳， 許靈潔， 李航康， 羅保順， 俞美忠

（1.浙江省電力試驗研究院， 杭州 310014； 2.神華浙江國華浙能發(fā)電有限公司， 浙江 寧海 315612；3.浙江北侖第一發(fā)電有限公司， 浙江 寧波 315800）

發(fā)電機出口大電流互感器誤差的現(xiàn)場測量方法

周永佳1， 許靈潔1， 李航康1， 羅保順2， 俞美忠3

（1.浙江省電力試驗研究院， 杭州 310014； 2.神華浙江國華浙能發(fā)電有限公司， 浙江 寧海 315612；3.浙江北侖第一發(fā)電有限公司， 浙江 寧波 315800）

發(fā)電機出口的大電流互感器受安裝位置和一次通過電流較大的限制，現(xiàn)場進(jìn)行誤差試驗較為困難。研究采用等安匝法和負(fù)荷誤差外推法相結(jié)合的方案，解決了發(fā)電機出口電流互感器現(xiàn)場誤差試驗的難題。

發(fā)電機；電流互感器；誤差；等安匝法；負(fù)荷誤差外推法

隨著陸續(xù)投產(chǎn) 660 MW 及 1 000 MW 超大容量機組，發(fā)電機出口電流互感器的額定一次電流越來越大， 有的額定電流已接近 30 kA。 對此類電流互感器已無法采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行現(xiàn)場檢定。另一方面，電能不平衡率是判定發(fā)電廠經(jīng)濟效益的一項重要指標(biāo)。

2009 年以來， 浙江省內(nèi)發(fā)現(xiàn)多臺 1 000 MW機組存在較嚴(yán)重的電能不平衡現(xiàn)象，有的機組不平衡率甚至達(dá) 0.5%以上。 分析和確認(rèn)電能 不平衡率偏大的原因并加以解決，對發(fā)電廠經(jīng)濟效益有著重大意義，而發(fā)電機出口電流互感器誤差現(xiàn)場檢定方法的研究成為重要一環(huán)。

1 發(fā)電機出口電流互感器現(xiàn)場誤差試驗的難點

大型發(fā)電機出口電流互感器的額定一次電流很大，百萬機組發(fā)電機出口電流互感器的額定一次電流可達(dá) 28 000 A， 額定變比為 28 000 A/1 A。如果在實驗室內(nèi)對其作誤差檢定，現(xiàn)有的制造技術(shù)已能解決 30 kA 以上的試驗電源。 而發(fā)電機出口電流互感器一般為母線型（俗稱穿心式）， 套裝在發(fā)電機管母上，測量時將受到現(xiàn)場安裝位置的種種限制[1]， 不可能為了測量誤差而將其重新拆裝,只能在現(xiàn)場條件下對其進(jìn)行誤差試驗，但具體實施存在很大困難。對于安裝在現(xiàn)場的發(fā)電機出 口 電 流互 感 器 ， 即 使 擁 有 30 kA 以 上 的 大 電 流試驗裝置，但因管母與發(fā)電機出口電流互感器的間隙太 小 ， 亦無法 穿 越 30 kA 的大 電 流 導(dǎo) 線。

利用發(fā)電機出口短路試驗時產(chǎn)生的大電流進(jìn)行發(fā)電機出口電流互感器的誤差試驗[2]， 是解決現(xiàn)場升流難題的有效方法。但目前大容量機組發(fā)電機出口都采用封閉母線形式，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器接入和大電流導(dǎo)線連接等比較困難，工程量大，需多方協(xié)調(diào)與配合，現(xiàn)場不易實施。

為此，研究了將等安匝法和負(fù)荷誤差外推法相結(jié)合的方法，可方便、可靠地實現(xiàn)發(fā)電機出口大電流互感器的現(xiàn)場誤差試驗。

2 測量基本原理

2.1 等安匝法

發(fā)電機出口穿心式電流互感器一次繞組為穿心一匝，在不考慮勵磁電流功率損耗的情況下，電流互感器始終滿足一次繞組和二次繞組安匝數(shù)平衡原理，即：

式中： I1， I2分別為電流互感器額定一次電流和額定二次電流； N1， N2分別為電流互感器一次繞組匝數(shù)和二次繞組匝數(shù)。

等安匝法是根據(jù)電流互感器的安匝數(shù)平衡原理， 通過增加一次繞組的匝數(shù) N1來減小一次電流值 I1， 其安匝數(shù)等效于一次繞組為一匝、 一次電流為額定大電流時的情況。在一次繞組的磁場引起互感器鐵心局部飽和之前，二次繞組可等比例感應(yīng)到一次繞組的電流值。

2.2 負(fù)荷誤差外推法

利用負(fù)荷誤差外推法測量電流互感器的誤差是較為成熟的方法，且應(yīng)用廣泛。圖1為不考慮二次等效電容時電流互感器的等效電路圖。該電流互感器的基本誤差ε為：

式中： Kn=N2/N1為電流互感器的匝數(shù)比；為電流互感器的勵磁電流。

當(dāng) 實 際 一 次 電 流 I1，20%只 有 額 定 一 次 電 流 I1n的 20%時， 實際二次電流 I2，20%等于 20%的額定二次電流 I2n； 實際勵磁電流 I0，20%等于 20%的額定勵磁電流 I0。 實際感應(yīng)電動勢 E20%為：

圖1 電流互感器等效電路

式中： Z2為電流互感器二次繞組等效阻抗， 包括繞組內(nèi)電阻和漏電抗；ZL為二次繞組實際負(fù)荷。

當(dāng)實際一次電流 I1等于額定一次電流 I1n時，實際二次電流 I2等于額定二次電流 I2n。實際感應(yīng)電動勢 En為：

式中：ZB為二次繞組額定負(fù)荷。

分析式（3）與式（4）可知， 當(dāng) ZL=5ZB+4Z2時，記為，則：

即通過改變二次實際負(fù)荷 ZL可實現(xiàn)在 20%額定一次電流值時產(chǎn)生與額定一次電流相同的感應(yīng)電動勢。

由于在鐵心未飽和前勵磁阻抗 Zm基本不變，當(dāng)， 可得：

通過以上公式推導(dǎo)可知，當(dāng)選擇合適的二次實際負(fù)荷后， 可以利用在 20%額定一次電流值時測得的誤差數(shù)據(jù) ε′推算額定一次電流時的基本誤差 εn。 同理可得， 其他測試點（如 120%， 150%額定一次電流值）的基本誤差亦可用負(fù)荷誤差外推法獲得。

2.3 等安匝法加負(fù)荷誤差外推法

對 于 變 比 為 28 000 A/1 A 的 發(fā) 電 機 出 口 電流互感器基本誤差試驗，單獨采用等安匝法或負(fù)荷誤差外推法都是不合適的。主要原因之一是當(dāng)一次繞組為穿心 14匝時， 發(fā)電機出口電流互感器 的 變 比 等 效 為 2 000 A/1 A。 由 于 發(fā) 電 機 廠 房平臺與發(fā)電機出口距離較遠(yuǎn)，一次通流導(dǎo)線長度可達(dá) 50 m 以上。 受管母與發(fā)電機出口電流互感器的間隙太小所限，一次大電流導(dǎo)線截面不能太大， 只能采用 1 000 A 以下的導(dǎo)線， 導(dǎo)線間連接觸點多，大大增加了一次升流回路的阻抗。此外， 受現(xiàn)場檢修電源的限制（一般不超過 60 A），即便具備大容量升流裝置，也無條件使用，只能采用額定容量不超過 20 kVA 的升流裝置。

現(xiàn)場試驗表明僅采用等安匝壓法時，最大電流只能升至被試互感器額定一次電流值的 60%，無法達(dá)到現(xiàn)場誤差試驗的升流能力要求。受現(xiàn)場間隙限制，也無法實施增加穿心匝數(shù)的措施。若單獨采用負(fù)荷誤差外推法，要求一次試驗電流能達(dá)到額定一次電流的 20%（即5 600 A）， 一次回路長度達(dá) 30 m， 而現(xiàn)場試驗用的檢修電源和調(diào)壓器容量以及一次大電流導(dǎo)線都無法滿足這樣的要求。

如果采用等安匝法加負(fù)荷誤差外推法，以變比為 28 000 A/1 A 電流互感器為例，一次繞組穿心 14 匝， 一次升流能力只要達(dá)到 400 A以上即可。 現(xiàn)場試驗設(shè)備主要有 3 kVA 的自動升流功率源、0．01S 級標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、 伏安數(shù)和功率因數(shù)可任意設(shè)置的電流負(fù)荷箱、額定通流能力為600 A 的大電流導(dǎo)線（50 m）、2 級互感器校驗儀等，現(xiàn)場誤差試驗原理接線如圖2所示。

圖2 電流互感器基本誤差測量接線

3 方法的驗證和應(yīng)用

3.1 方法的驗證

利用 1 臺額定變比為 28 000 A/1 A、 準(zhǔn)確度等級為 0．2S 級的發(fā)電機出口電流互感器， 分別采用傳統(tǒng)直接比較法和等安匝法加負(fù)荷誤差外推法進(jìn)行基本誤差試驗。采用等安匝法加負(fù)荷誤差外推法進(jìn)行試驗時， 一次穿心為 14匝， 標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、升流功率源、負(fù)荷箱等都和現(xiàn)場使用的設(shè)備一致。根據(jù)傳統(tǒng)直接比較法進(jìn)行的試驗利用實驗室內(nèi)的大電流互感器檢定裝置，最大輸出一次電流可達(dá) 30 000 A， 采用 0．01S 級的標(biāo)準(zhǔn)電流互感器，試驗結(jié)果如表1所示。

表1 直接比較法和等安匝法加負(fù)荷誤差外推法試驗結(jié)果

由前述原理可知，等安匝法加負(fù)荷誤差外推法在 1%～20%額定一次電流下的誤差數(shù)據(jù)實際上是采用等安匝法（穿心 14 匝）測量的。 分析表1數(shù)據(jù)可知， 該方法和直接比較法（穿心 1 匝）相比，在二次負(fù)荷 20VA 及 1%額定電流時誤差差異最大， 比差差異為 0．03%， 角差差異為 1．7′。 造成誤差測量結(jié)果差異的主要原因是用等安匝法測量誤差時，一次電流導(dǎo)線在被試互感器鐵心上繞線不均勻，以及周圍磁場對被檢互感器誤差的影響。

100%額定電流點的誤差測量采用的是等安匝法加負(fù)荷誤差外推法，測量結(jié)果與直接比較法（穿心 1 匝）相比， 比差差異為 0．002%， 角差差異為 1．11′。

綜上分析，以直接比較法測量結(jié)果作為實際值，等安匝法加負(fù)荷誤差外推法測量結(jié)果作為測量值， 兩者的最大偏差未超過被檢 0．2S 級電流互感器誤差限值的 1/5，符合 JJG 1021－2007《電力互感器》國家計量檢定規(guī)程的要求。

3.2 方法的應(yīng)用

本方法已成功應(yīng)用于北侖發(fā)電廠6號與7號、寧海發(fā)電廠 5 號與 6 號等 1 000 MW 機組的發(fā)電機出口電流互感器現(xiàn)場誤差試驗[3]。 試驗結(jié)果表明：所測發(fā)電機出口電流互感器誤差均超出0．2S 級 誤 差 限 值 的 要 求 ， 最 大 誤 差 達(dá) 到 0．4% 左右。兩廠根據(jù)試驗結(jié)果對發(fā)電機出口互感器進(jìn)行技術(shù)改造后，經(jīng)現(xiàn)場復(fù)測，誤差均已滿足 0．2S 級技術(shù)指標(biāo)的要求。以北侖發(fā)電廠7號發(fā)電機為例，經(jīng)過幾個月的穩(wěn)定運行，電能不平衡率從改造前的 0．5%降至約 0．2%， 處于正常運行時的理想數(shù)據(jù)區(qū)間（0．1%～0．3%）。 上述應(yīng)用效果說明， 基于等安匝法加負(fù)荷誤差外推法的試驗方法能準(zhǔn)確測出發(fā)電機出口電流互感器的誤差，有效解決百萬機組電能不平衡率異常和發(fā)電量虛高的問題。

等安匝法應(yīng)用的關(guān)鍵是盡可能保證一次繞組穿心均勻分布，避免因一次繞組過于集中造成的鐵心局部飽和現(xiàn)象。當(dāng)鐵心局部飽和時，將會造成電流互感器的誤差急劇增大，結(jié)果異常。圖3為采用等安匝法加負(fù)荷誤差外推法進(jìn)行發(fā)電機出口電流互感器現(xiàn)場誤差試驗時的一次接線情況。

圖3 發(fā)電機出口電流互感器的試驗一次接線

4 結(jié)語

對應(yīng)用等安匝法加負(fù)荷誤差外推法現(xiàn)場測量發(fā)電機出口大電流互感器誤差的新方法進(jìn)行了研究。該方法使用低容量升流裝置成功實現(xiàn)了一次電流達(dá) 28 000 A 的電流互感器的現(xiàn)場誤差試驗，解決了傳統(tǒng)電流互感器誤差檢定方法中存在的升流能力和一次接線的難題。通過對該方法與傳統(tǒng)直接比較法的科學(xué)比對，驗證了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性完全能滿足 0．2S 級電流互感器的誤差測量要求。

應(yīng)用等安匝法加負(fù)荷誤差外推法原理對發(fā)電機出口電流互感器進(jìn)行現(xiàn)場試驗和分析的結(jié)果表明，發(fā)電機出口電流互感器誤差超差是造成電能不平衡率過高的主要原因之一。

[1]康文龍，朱瑞永．大型電站發(fā)電機出口母線式電流互感器 安 裝 裝 置 的 探 討[J]．發(fā) 電 設(shè) 備，2005（1）∶59－61．

[2]崇 春 瑩 ， 張 愛 國 ．300 MW 發(fā) 電 機 出 口 CT 現(xiàn) 場 測 試[J]．吉林電力技術(shù)，1996（3）∶31．

[3]許靈潔，周琦，周永佳，等．電流互感器基本誤差現(xiàn)場檢定 一 次 升 流 方 法 的 研 究[J]．浙 江 電 力 ，2010，29（5）∶15－18．

[4]JJG 1021－2007 電 力 互 感 器 國 家 計 量 檢 定 規(guī) 程[S]．北 京 ：中國計量出版社，2007．

（本文編輯：龔 皓）

On-site Error Verification M ethod for High Current Transformer of Generator Outlet

ZHOU Yong-jia1， XU Ling-jie1， LIHang-kang1， LUO Bao-shun2， YU Mei-zhong3
（1.Zhejiang Electric Power Test and Research Institute， Hangzhou 310014， China；2.Shenhua Zhejiang Guohua Zheneng Power Generation Co.，Ltd，Ninghai Zhejiang 315612， China；3.Zhejiang Beilun No.1 Power Generation Co.Ltd， Ningbo Zhejiang 315800， China）

On-site error verification is difficult since the high current transformer of generator outlet is constrained by the installation position and high primary current.This paper solves the problem of on-site error verification for the current transformer of generator outlet by adopting a scheme which combines equal ampere-turns and load error extrapolationmethods.

generator； current transformer； error； equalampere-turns； load error extrapolation

TM452

： A

： 1007-1881（2011）11-0034-04

2011-05-03

周永佳（1984-）， 男， 浙江衢州人， 碩士， 工程師，從事高壓互感器和電子式互感器的計量檢測工作。