大型GI S電流互感器二次回路校驗技術研究

李泓，何文富，康勇全

（廣州市電力工程有限公司，廣州510260）

1 引言

GIS設備目前已被廣泛使用，其電流互感器二次回路的正確與否影響電氣設備的保護動作、測量監控等功能的可靠性。因此，變電站GIS設備的成功投運與安全運行，離不開調試階段對其電流互感器二次回路的正確校驗。

目前，國內電流回路的校驗測試主要依靠使用大電流發生器在電流互感器一次側進行單相通流來確定電流互感器的變比和回路的正確性。同時，需要確定電流回路極性的正確性，還需要在通流過程中將電流互感器二次繞組逐一短接進行組別校驗。多項不同的工序花費時間較多，可能出現工序之間銜接不到位的情況。且傳統測試方法每次只能對每個間隔單相電流互感器通流，換接線比較頻繁，效率不高。另外，在通流過程中，也無法校驗三相電流的相位關系。因此，傳統的GIS電流互感器二次回路校驗方法還有提升的空間。

在對以往校驗方法和技術經驗進行總結的基礎上，根據多間隔帶母線GIS設備的特點，研究人員通過研發新型的電流回路仿真校驗儀，改進傳統校驗方法，可進行三相電流互感器同時通流，在主控室模擬帶負荷測試的方式來校驗電流二次回路。該方法可模擬運行實際情況，對電流回路的校驗更加全面到位，有效降低了施工操作難度，提高了校驗效率。

2 電流互感器二次回路的校驗要求

根據相關規程規范要求，電流互感器二次回路需進行以下校驗項目。

2.1 勵磁特性及內阻

電流互感器的勵磁特性是指互感器二次側勵磁電流與所加電壓的關系曲線。通過鑒別磁化曲線的飽和程度，校核用于繼電保護的電流互感器的特性是否符合要求，并從勵磁特性發現二次繞組有無匝間短路，檢查電流互感器的鐵芯質量。檢查內阻是否與廠家出廠值相符。

2.2 絕緣電阻及一點接地

電流互感器的二次回路有且只能有1個接地點。電流回路一點接地檢查可結合絕緣檢查進行：斷開電流互感器二次回路接地點，檢查全回路對地絕緣，若絕緣合格可判斷僅有1個接地點。

2.3 繞組接線核對

檢查電流互感器二次繞組的用途、接線方式、級別、容量、實際使用變比。確認保護用的電流互感器二次繞組排列不存在保護死區。

2.4 極性及變比

電流互感器極性判斷錯誤會導致接線錯誤，進而使計量儀表指示錯誤，更為嚴重的是，使帶有方向性的繼電保護誤動作[1]。因此，電流互感器的極性必須符合設計要求，并與銘牌和標志相符。測量變比可以檢查互感器一次、二次關系的正確性，給繼電保護正確動作、保護定值計算提供依據。

2.5 回路接線檢查

由于繼電保護裝置多采用集中組屏布置，距離電流互感器的距離一般較遠，需用較長的二次電纜連接。二次電纜的接線是否正確無誤，這是電流二次回路校驗的一個重點工作。

3 電流仿真校驗儀簡介

3.1 原理簡介

根據多間隔GIS設備的特點，研究人員對傳統儀器及方法進行改進，研發出一款新型電流回路仿真校驗儀，其工作原理如圖1所示。該校驗儀舍棄了傳統大電流發生器采用模擬線圈產生電流的模式，而使用新型開關電源模塊作為電流源，可以同時產生三相幅值及角度可調的工頻大電流。

圖1 電流仿真校驗儀工作原理

該儀器主要包括輸入/輸出端、變壓器、相位比較器、低通濾波器、壓控振蕩器、處理器和3個功率放大器。其中，變壓器的初級連接在市電的火線和零線上，電壓傳遞到次級后，電壓降低，該電壓隨后輸入相位比較器作為參考電壓。相位比較器用于比較壓控振蕩器的輸出相位和參考電壓的相位，將其比較結果以電壓值的形式經由低通濾波器返回到壓控振蕩器，從而形成一個反饋回路[2]，使壓控振蕩器的輸出相位和頻率與參考電壓一致，以達到跟蹤電網電壓的目的。處理器用于對壓控振蕩器輸出的信號進行處理，然后輸出3個相位相差120°的正弦波信號，以驅動3個功率放大器產生三相電流。率放大器用于對處理器所輸出的信號進行幅值放大如圖2所示。

圖2 功率放大器原理圖

3.2 功能概述

該儀器采用鋁合金機箱封裝，操作界面由手提電腦操控，具有質量輕、便攜帶的優點。它可以輸出三相0~100 A的電流作為測試電流，電流幅值、頻率、相位均可任意調節，具有精度高、易操作的優點。并且增設了由相位比較器、低通濾波器和壓控振蕩器所構成的跟隨電路，其能夠跟隨電網的頻率和相位，使得在帶負荷測試時，可以以儀器的輸出電壓或市電電壓作為參考電壓，極大地減少了測試的麻煩，提升了測試效率[3]。該儀器經過多次改進優化，目前已獲得使用新型專利授權。

4 以電流仿真為基礎的電流回路校驗方法

4.1 測試步驟

測試流程如圖3所示。

1）施工準備：審閱圖紙，確定電流互感器二次繞組的用途、接線方式、準確級、容量、實際使用變比符合設計、定值要求，保護用的電流互感器二次繞組排列是否存在保護死區等，同時，收集銘牌參數，整理匯總電流互感器臺賬，方便后續施工如圖3所示。

圖3 測試流程示意圖

2）將所有被試的GIS設備按要求操作到所需狀態，為開始通流做準備。

3）將GIS其中一把母線地刀合上并將一次銅排解開，將電流回路仿真校驗儀的輸出線地刀接地柱連接。

4）將首先被測的間隔合上開關及刀閘，并解鎖，將出線測地刀接地，使GIS母線、被測間隔的母線刀閘、斷路器、出線刀閘、接地刀、仿真儀形成回路。

5）打開儀器，設置輸出電流參數，設置為電網跟蹤模式。啟動儀器輸出，此時被測間隔中形成了三相與實際運行類似電流[電流大小可根據不同CT（電流互感器）變比而進行調節，滿足相位表測試要求即可]。

6）用相位伏安表在主控室各相關保護測控裝置進行模擬帶負荷測試，測試電壓基準以電網電壓為基準（注意選擇與仿真儀電源同相的電壓）。

7）根據測試結果，判斷該間隔的電流互感器二次回路是否正確。

8）更換被測間隔時，只需先將下一個間隔的出線側地刀合上，再拉開前一個間隔的出線側地刀即可，無須重新換接線。后續測試與前間隔相同。

9）校驗另一段母線的間隔時，除合上出線側地刀外，還應將母聯合上形成通路，同時也滿足了對母聯間隔進行通流的條件。

4.2 效益分析

由于本施工校驗方法由三相電流回路同時測試，而且對幾個工序進行了整合，因此，校驗效率、校驗質量都有所提高。隨著本校驗方法的現場運用，從質量、效率、經濟與社會4個方面取得了良好的效益，以下對前3個方面進行分析。

質量效益：本校驗方法從宏觀的回路上進行校驗，避免了因分工序校驗帶來的銜接問題，通過實現施工方法的規范化與標準化，有效減少校驗失誤，消除施工隱患，有效提高施工質量。

效率效益：近幾年，隨著電力建設的不斷加快，對施工進度的要求不斷提高。本校驗方法整合了校驗步驟，檢驗時間大大縮短，通過合理安排施工流程，提高了校驗準確率，有效減少了問題查找解決時間。電流回路仿真校驗儀的使用，提高了操作的簡便性，對比傳統方法有效加快了施工進度[4]。

經濟效益：本校驗方法與傳統的校驗方法進行對比，每個220 kV變電站采用本校驗方法平均可節約12個工日，由此而降低人工費用、車輛使用成本等。

5 結語

本文所研究的大型GIS電流互感器二次回路校驗方法利用大型GIS設備的結構特點，融合提煉現場傳統施工經驗改進而成，適用于110 kV及220 kV電壓等級大型GIS設備電流互感器二次回路的相關校驗。該校驗方法先后在廣州市電力工程有限公司220 kV鏡湖（雅瑤）輸變電工程、220 kV化龍輸變電工程等多個項目中得到成功應用，證明其先進有效，符合現場施工要求，可用于規范、指導以后的校驗工作。

通過本新校驗方法的應用可有效提高新建變電站投產效率，減少因回路錯誤導致的故障停電，縮短停電檢修時間，從而改善用電企業與廣大市民的用電感受，建立起電力施工與運行維護的良好企業形象。