石瑞才

(南寧供電局，廣西 南寧 530031)

1 引言

在實際應(yīng)用中，電流互感器(以下簡稱為TA)是在出廠或投運(yùn)前進(jìn)行較為詳細(xì)的檢測。但由于目前的檢測方法及TA現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境的制約，對現(xiàn)場已經(jīng)投運(yùn)的電流互感器誤差、運(yùn)行狀況、勵磁特性等一直缺乏有效檢測手段，因而TA帶電測試的現(xiàn)實運(yùn)用也相對較少。隨著電力技術(shù)的不斷發(fā)展，TA的帶電測試技術(shù)也越來越受到關(guān)注，并且國內(nèi)外的科研人員對TA帶電測試的研究也取得了一定成果。通過學(xué)習(xí)國內(nèi)、外TA檢測的先進(jìn)理論和經(jīng)驗，收集整理出以下三種TA帶電測試技術(shù)，以供參考。

2 三種電流互感器帶電檢測技術(shù)及應(yīng)用

2.1 電流互感器誤差帶電測試技術(shù)

2.1.1 TA誤差帶電檢測技術(shù)理論依據(jù)

現(xiàn)場帶電運(yùn)行的TA受其工作環(huán)境及自身特性的制約，采用傳統(tǒng)的檢測理論和方法或近年出現(xiàn)的TA低壓測試法難以實現(xiàn)高精度的帶電在線檢測。研究人員從TA誤差的基本定義入手，研究其帶電檢測手段。

電流誤差(比值差):

式中，Kn為TA額定變比;I1為TA一次電流;I2為TA二次電流。

相位差:一次電流與二次電流相量的相位差。

由上述定義可知，如可實現(xiàn)對帶電運(yùn)行的電流互感器一、二次電流幅值及相位進(jìn)行在線測量，即可實現(xiàn)對帶電運(yùn)行的TA在實際工作點下(實際電流點和實際二次負(fù)荷下)的誤差在線檢測，如圖1所示。

圖1 TA誤差帶電檢測原理圖

2.1.2 應(yīng)用實例

澳大利亞紅相電力設(shè)備有限公司研發(fā)的590F帶電TA測試儀較好地運(yùn)用了該理論。其高壓電流夾鉗實現(xiàn)對TA一次電流的在線采集。如圖2所示，590F夾鉗及信號處理單元負(fù)責(zé)將一次母線的電流轉(zhuǎn)換成小信號后，經(jīng)數(shù)字處理再次轉(zhuǎn)換為光纖信號，經(jīng)光纖線路傳輸后送入光電轉(zhuǎn)換模塊，最后光纖信號被轉(zhuǎn)換成RS485信號送入數(shù)據(jù)處理中心。同時，另一路信號通過590F電流測試模塊直接對TA二次電流進(jìn)行測試。數(shù)據(jù)處理模塊將實際采集到的TA一次和二次信號進(jìn)行比較運(yùn)算，最后計算出帶電TA的比差和角差。

圖2 590F測試原理框圖

2.1.3 TA誤差帶電檢測技術(shù)的優(yōu)缺點

基于TA誤差基本概念的TA帶電測試技術(shù)的實際應(yīng)用作為對現(xiàn)場運(yùn)行TA的檢測手段之一，可對運(yùn)行的TA進(jìn)行誤差測試，及時發(fā)現(xiàn)TA在運(yùn)行中出現(xiàn)的故障，如超差。同時，該技術(shù)在測試中不影響帶電計量回路的正常工作，可作為對TA運(yùn)行狀況日常巡檢的一種手段。但由于受目前高壓電流夾鉗制造技術(shù)、高壓測試的危險等因素的限制，其測試精度并不高。另外，其僅能對現(xiàn)場運(yùn)行的某一電流點和負(fù)荷點下的TA誤差進(jìn)行測試。

2.2 電流互感器及其二次回路帶電故障偵測技術(shù)

2.2.1 TA帶電故障偵測技術(shù)理論依據(jù)

1977年V.A.MUNTZ提出了基于高頻導(dǎo)納的TA故障判別方法。此方法基于TA阻頻特性的建模方法;采用在50Hz的基礎(chǔ)上疊加一個音頻信號來達(dá)到滿足靈敏度和簡易測試的要求。研究表明，對于性能良好的TA，在頻率遠(yuǎn)高于工作頻率(50Hz)的時候測試出的導(dǎo)納值與50Hz下的感抗值直接相關(guān)。所以，通過在50Hz上疊加一個測試信號來辨別TA的工作狀況，進(jìn)而來判斷電流誤差的變化等參量是可以實現(xiàn)的。

如圖3所示，在TA工作在50Hz信號時，對TA二次回路注入高頻測試信號，再利用選頻技術(shù)對高頻信號進(jìn)行采樣測試，達(dá)到對TA及其二次回路的導(dǎo)納測試的目的。此方法可用于測試TA在特征故障條件下(如匝間短路、直流殘余過量、二次回路非正常)工作時的定向判斷。

圖3 高頻導(dǎo)納測試原理框圖

2.2.2 應(yīng)用實例

澳大利亞紅相電力設(shè)備公司成功運(yùn)用該理論研制開發(fā)的505型TA導(dǎo)納測試儀不僅能夠?qū)﹄x線TA進(jìn)行測量，也可方便地串入在線TA二次回路(通過TA并接開關(guān))，在50Hz信號依然存在情況下快速準(zhǔn)確地測試TA高頻導(dǎo)納，解決了在線TA測試的難題。由于對不同的TA導(dǎo)納值也不盡相同，可通過兩種方式來判別TA的導(dǎo)納值是否異常:一是采用一組同型號TA導(dǎo)納值相互對比來判別，一組TA全部出現(xiàn)故障的可能性是非常小的;二是不斷累積經(jīng)驗數(shù)據(jù)。如能將兩種方法結(jié)合起來使用，效果更好。

2.2.3 TA帶電故障偵測技術(shù)的優(yōu)缺點

由于該方法采用串入TA二次回路的方法測試導(dǎo)納值，因此測試在線TA時應(yīng)注意將導(dǎo)納測試儀完好串入回路，并確認(rèn)不會中途脫落造成二次開路。測試可單獨對TA二次繞組進(jìn)行測量，也可將整個二次回路包括在內(nèi)。在導(dǎo)納測試儀的串入不會對繼電保護(hù)電路構(gòu)成影響的情況下，也可用于保護(hù)TA的測試。實踐證明:采用給TA二次回路疊加音頻信號的方法來測試TA二次導(dǎo)納是可行的。通過將設(shè)備串入在線TA二次回路，可實現(xiàn)二次回路電流及相角的測量。利用信號注入原理，還可用于測試TA二次負(fù)荷量，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。因此可以作為TA在線運(yùn)行時故障偵測的一種工具。

2.3 電流互感器帶電勵磁特性檢測技術(shù)

2.3.1 TA帶電勵磁特性檢測技術(shù)理論依據(jù)

電流互感器勵磁特性帶電測試技術(shù)是基于電流互感器的負(fù)載工作特性。在電流互感器現(xiàn)場運(yùn)行時，通過改變接于電流互感器的二次負(fù)載實現(xiàn)對電流互感器不同工作點下的勵磁改變，來等效模擬改變TA一次電流對TA勵磁的影響。通過測量不同二次負(fù)荷下的TA二次電流、TA二次電壓等參數(shù)，實現(xiàn)對電流互感器勵磁特性的測量。其本質(zhì)是利用了電流互感器的負(fù)載工作特性，利用一次電流變化和二次電壓變化對電流互感器工作特性改變等效關(guān)系來建立的。

其測試步驟及理論基礎(chǔ)如下:

由圖(4)可知:

且

圖4 TA帶載等效原理圖

式中，E為感應(yīng)電動勢，V;I1為一次電流，A;I2為二次電流，A;I0為勵磁電流，A;I為空載電流，A;Zb為負(fù)載阻抗，Ω;Z2為電流互感器二次阻抗，Ω;Z0為勵磁阻抗，Ω。

由上述公式(1)、(2)可知，要得到TA測量勵磁特性E=f(Z0)，首先需確定TA一次電流I1和TA二次阻抗Z2;再通過改變TA二次負(fù)載，并對應(yīng)不同TA二次負(fù)載下的TA二次電壓U，TA二次電流I2;結(jié)合公式(1)、(2)計算出不同負(fù)載時TA的感應(yīng)電動勢E和勵磁電流I0。其測試過程大致可分為以下幾步:

(1)通過查詢該電流互感器出廠記錄或停電測試記錄確定被測電流互感器二次繞組阻抗Z2。

(2)在線帶電將TA二次短接，將TA實際二次負(fù)荷與TA二次回路分離。測量此時的TA二次電流，即TA空載電流I和TA二次電壓U。因此時TA工作在空載狀態(tài)下，即二次負(fù)荷Zb=0，此時電流互感器勵磁電流I0很小，可忽略。因此可認(rèn)為此時:

I1/K=I即I1=KI

(3)在TA二次回路中串接入一負(fù)荷箱，改變TA二次負(fù)荷，測出不同負(fù)荷下，電流互感器二次電壓U及二次電流I2，并計算出感應(yīng)電動勢E和勵磁電流I0;

(4)根據(jù)所測試出的不同負(fù)荷下的感應(yīng)電動勢E和勵磁電流I0，繪制出被測電流互感器當(dāng)前電流點工作狀態(tài)的勵磁特性曲線:E=f(I0)。

2.3.2 TA帶電勵磁特性檢測技術(shù)的優(yōu)缺點

該技術(shù)還處在理論實驗階段，作為帶電勵磁測試技術(shù)值得進(jìn)一步研究。該方法在負(fù)荷相對穩(wěn)定的場合具有較好的實用意義，在負(fù)荷變動較大的場合，應(yīng)該考慮負(fù)荷變化對電流互感器勵磁工作點的改變情況。為保護(hù)用電流互感器勵磁特性的檢測提供參考，但是帶電測試方法的應(yīng)用在下述方面受到一些限制:

(1)負(fù)荷經(jīng)常變動的場合，由于被測互感器勵磁工作點一直在改變，無法通過直接改變二次工作電壓來定向改變TA的勵磁工作點，因此本文介紹的測試方法僅用于線路負(fù)荷比較穩(wěn)定的場合。

(2)帶電勵磁特性測試結(jié)果只能對繼電保護(hù)及二次回路的配置提供參考。

(3)由于高壓互感器的拐點電壓較高，僅通過提高二次電壓使被測互感器達(dá)到拐點還應(yīng)考慮互感器二次端子的絕緣因素，在條件可行的情況下進(jìn)行測試。

3 結(jié)論

本文介紹了三種分別針對電流互感器的誤差、自身及其二次回路高頻導(dǎo)納、勵磁特性的帶電在線測試技術(shù);為研究電流互感器帶電運(yùn)行特性提供了理論和實踐依據(jù)。當(dāng)然，影響電流互感器現(xiàn)場運(yùn)行的因素很多，同樣可供在線檢測、研究的特性還有很多，如電流互感器二次負(fù)荷、暫態(tài)特性等等。本文作為帶電測試技術(shù)的一個小結(jié)，為電流互感器其他特性參數(shù)的在線檢測技術(shù)提供了參考。

［1］590F 中文操作手冊［Z］.Redphase Instruments Group Pty Ltd，2004.

［2］505 operating manual V1.0，Redphase Instruments Group Pty Ltd，2004.

［3］白洋，張建，余育植.在線CT導(dǎo)納測試及其應(yīng)用［J］.電測與儀表.20第九期.

［4］袁季修.保護(hù)用電流互感器應(yīng)用指南［M］.北京中國電力出版社，2004，2 －10.

［5］肖耀榮等.互感器原理與設(shè)計基礎(chǔ)［M］.遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2003.01.

［6］Khalin，Vladimir M.In-service testing of current transformers，United States Patent 6680616.

［7］In-Situ Testing of Current Transformers without Interruption of the Supply，V.A.MUNTZ，Senior Test Engineer，Meter and Test Laboratories，State Electricity Commission of Victoria and P.G.HOLMES.Engineer-Standards，Meter and Test Laboratories，State Electricity Commission of Victoria(Reprint of a paper originally presented at the Electric Energy Conference，Sydney，Australia，October 1980).