顧 華 周 臖 許震歡 沈曉峰
(1.上海交通大學(xué)電氣工程系,上海200240;2.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司,上海201799)
GIS是全部或部分采用SF6作為絕緣介質(zhì)的金屬封閉式開關(guān)設(shè)備。它由斷路器、母線、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、套管等高壓電器組合而成。所有電器元件均密封在接地金屬筒中,因此與傳統(tǒng)敞開式配電裝置相比,具有占地小、元件不受環(huán)境干擾、運(yùn)行可靠性高、運(yùn)行方便、檢修周期長(zhǎng)、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。隨著GIS技術(shù)的日益成熟,采用GIS設(shè)備的變電站逐漸成為了變電站的重要形式,得到了大規(guī)模的發(fā)展和應(yīng)用。
隨著GIS變電站不斷興建,大量CT被安裝到GIS內(nèi)部。由于GIS的封閉性結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),GIS內(nèi)CT具有一次回路長(zhǎng)、一次阻抗大的特點(diǎn)。本文根據(jù)GIS內(nèi)CT結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),首先介紹了目前現(xiàn)場(chǎng)常用的采用升流方式檢定電流互感器的方法,并分析其在檢定GIS CT時(shí)的不足和適應(yīng)性,從而引出對(duì)GIS CT檢測(cè)新技術(shù)的介紹,最終通過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明其可行性。
目前,采用升電流方式現(xiàn)場(chǎng)檢定電流互感器的方法主要有傳統(tǒng)測(cè)差法和負(fù)荷誤差仿真法。
傳統(tǒng)測(cè)差法即用標(biāo)準(zhǔn)電流互感器與被檢的電流互感器接成串聯(lián)回路,在一次側(cè)引入相同的電流,在二次側(cè)取得差流信號(hào),在一定的二次電流作為工作電流的情況下,用互感器校驗(yàn)儀測(cè)量二次差流信號(hào),并對(duì)差流信號(hào)進(jìn)行分解運(yùn)算,即可得到被檢互感器的比差和角差。其接線圖如圖1所示。
圖1 測(cè)差法測(cè)量電流互感器接線圖
由于測(cè)試過程中需要升流測(cè)試,因此傳統(tǒng)測(cè)差法需要的設(shè)備主要有調(diào)壓器、升流器、標(biāo)準(zhǔn)CT、負(fù)載箱、大電流導(dǎo)線等。
該測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)是采用直接升流的方式進(jìn)行測(cè)量,抗干擾能力強(qiáng),測(cè)量準(zhǔn)確;測(cè)量誤差是電流互感器實(shí)際各工作電流點(diǎn)的誤差。
電流互感器在不同工作點(diǎn)的誤差變比是由互感器的二次勵(lì)磁導(dǎo)納在各工作點(diǎn)不一致引起的,而二次勵(lì)磁電壓由二次負(fù)載電流Ict及二次總負(fù)載Z的乘積決定,即Vct=Ict×Z。因此增大Z而減小Ict可以獲得同樣的Vct。負(fù)荷仿真法就是在m點(diǎn)(工作電流為m%In,In為額定電流)且總負(fù)載為Z時(shí)用傳統(tǒng)法測(cè)得誤差為ε1。在工作點(diǎn)m/2處(工作電流為(0.5m%In,In為額定電流),總負(fù)載為2Z時(shí),用傳統(tǒng)法測(cè)得誤差為ε2。要獲得工作點(diǎn)n處(n>m)的誤差時(shí),先在工作點(diǎn)m處,總負(fù)載為(n/m)×Z時(shí),用傳統(tǒng)法測(cè)得誤差ε3。則在工作點(diǎn)n處,總負(fù)載為Z時(shí)的誤差可以用ε1、ε2、ε3適當(dāng)?shù)慕M合獲得。因此,負(fù)荷誤差仿真法就是通過改變二次外接負(fù)荷來外推出電流互感器的誤差曲線,通過傳統(tǒng)測(cè)差法測(cè)量1%、5%和20%額定電流點(diǎn)的誤差,然后通過提升二次負(fù)荷的方法來推導(dǎo)出100%和120%額定電流點(diǎn)的誤差,各電流點(diǎn)的誤差測(cè)量全部采用升流方式測(cè)得,但最大實(shí)際升流為額定電流點(diǎn)的20%,因此負(fù)荷仿真法一方面保持了與傳統(tǒng)測(cè)差法的一致,另一方面校驗(yàn)設(shè)備的體積和重量都比傳統(tǒng)測(cè)差法大大減少。
由于負(fù)荷仿真法對(duì)調(diào)壓器、升流器容量要求較小,因此采用此方法的設(shè)備可將調(diào)壓器、升流器、標(biāo)準(zhǔn)器、校驗(yàn)儀、負(fù)荷箱等設(shè)備集成在一起,做成一體機(jī),可簡(jiǎn)化接線,達(dá)到小型化、便攜化設(shè)備的目的。
通過上文的分析我們已經(jīng)了解,GIS CT一次回路阻抗很大,而且并非純電阻回路,回路的感抗也較大,因而使用升電流方式測(cè)量GIS CT誤差時(shí),一次回路感抗需要消耗大量的無功功率。以某一500kV變電站為例,其GIS試驗(yàn)回路長(zhǎng)達(dá)300m,用相鄰GIS的大電流母線作為返回導(dǎo)體時(shí),實(shí)際測(cè)量得到:回路電阻R=15mΩ,回路感抗ZL=50mΩ,回路總阻抗Z=R+jZL=15+j50。電流互感器的變比為3 200/1A,當(dāng)測(cè)量100%額定電流點(diǎn),一次回路需流過電流為3 200A,此回路消耗的功率如下:
有功功率約為無功功率的1/3,在不考慮線路損耗及設(shè)備自身?yè)p耗的情況下,則升流器及調(diào)壓器容量均要在|S|=A,一方面升流器和調(diào)壓器達(dá)到此容量非常困難,另外變電站現(xiàn)場(chǎng)的檢修電源也無法提供此容量。
為解決升流時(shí)消耗的無功功率過大的問題,傳統(tǒng)測(cè)差法采用了在測(cè)試回路中并聯(lián)電容或串聯(lián)電容,使其與回路的感抗組成諧振回路,當(dāng)達(dá)到諧振狀態(tài)時(shí),可使感性無功和容性無功互相平衡,從而降低了對(duì)電源、調(diào)壓器及升流器容量的要求,可在一定程度上降低設(shè)備體積和重量,但需要增加額外的容性無功補(bǔ)償設(shè)備。
因此采用此原理的缺點(diǎn)在于所需設(shè)備多,對(duì)設(shè)備容量要求高,設(shè)備體積大,重量重,現(xiàn)場(chǎng)安裝、操作復(fù)雜,工作效率低下,且部分特殊場(chǎng)合的GIS CT,受現(xiàn)場(chǎng)電源、設(shè)備容量以及場(chǎng)地的限制無法開展檢定工作。而采用負(fù)荷仿真原理的設(shè)備一般體積有限,設(shè)備的輸出容量一般不超過3kVA,也不能增加無功補(bǔ)償裝置,因此此類設(shè)備并不適合在現(xiàn)場(chǎng)檢定 GIS CT。
通過上文對(duì)升流測(cè)試方法的分析,我們已經(jīng)了解到,采用升流測(cè)試原理在檢定GIS內(nèi)CT時(shí)具有很大的局限性,因此需要更換一種思路來解決GIS內(nèi)CT的誤差檢定問題。下文將介紹一種新型的測(cè)試方法——小信號(hào)測(cè)試法。
小信號(hào)測(cè)試法,即利用互易原理,把電流互感器看成等變比電壓互感器,通過在被測(cè)量電流互感器的二次側(cè)施加電壓信號(hào),測(cè)量出電流互感器的變比、二次阻抗、勵(lì)磁導(dǎo)納等參數(shù),再通過誤差公式計(jì)算出CT的比差和角差。
如圖2所示,根據(jù)互易原理,可以把電流互感器看成等變比、等誤差的電壓互感器,則V1/V2應(yīng)等于電流互感器的電流比 K,即K=V1/V2。
圖2 電流互感器等效電路圖
又:
其中:
式中,Y0為勵(lì)磁導(dǎo)納;G0為勵(lì)磁電導(dǎo);B0為勵(lì)磁電納。
由電流互感器誤差基本公式可知:
式中,I2x為CT的實(shí)際二次電流;I20為CT的標(biāo)準(zhǔn)二次電流;SR為CT標(biāo)稱變比;I1為CT的一次電流。
又:
則:
結(jié)合式(1)和式(3),可得:
將式(4)進(jìn)行復(fù)數(shù)分解,將Z2=r2+jx2,Zb=rb+jxb,Y0=G0+jB0代入式(4),可得電流互感器的比差和角差計(jì)算公式:
由式(5)、式(6)可知,只要測(cè)量出實(shí)際匝數(shù)比n2/n1、磁勵(lì)導(dǎo)納G0+jB0、二次阻抗r2+jx2,即可得出電流互感器的誤差。
采用小信號(hào)測(cè)試法,是通過施加電壓信號(hào)來模擬電流互感器的工作狀態(tài),考慮到現(xiàn)場(chǎng)存在的電磁干擾可能對(duì)測(cè)試的影響,因此在實(shí)際的測(cè)試設(shè)備設(shè)計(jì)中,增加了變頻源,即通過施加異頻信號(hào)的方式提高抗現(xiàn)場(chǎng)干擾能力,保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度。
采用小信號(hào)測(cè)量時(shí),最大施加電壓不超過120V,設(shè)備的輸入容量在50VA以內(nèi),設(shè)備重量可保證在7kg以內(nèi),且單臺(tái)設(shè)備即可完成檢定工作,一次接線重量可控制在2kg以內(nèi)。因此采用該設(shè)備測(cè)量GIS內(nèi)CT時(shí),可大大降低現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)強(qiáng)度,提高工作效率。
在實(shí)驗(yàn)室選擇1只常規(guī)的電流互感器,采用傳統(tǒng)測(cè)差法和小信號(hào)測(cè)試法設(shè)備分別進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量結(jié)果如表1所示。
表1 實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證結(jié)果
測(cè)試條件:500kV運(yùn)行變電站停電間隔。
被測(cè)CT:常規(guī)電流互感器。
現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證結(jié)果如表2所示。
現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試GIS內(nèi)CT結(jié)果如表3所示。
(1)本文從GIS內(nèi)CT結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā),闡述采用升流方式檢測(cè)電流互感器的原理,分析了其適用性,及在實(shí)際測(cè)試中的不足,并引出采用施加電壓測(cè)試的檢測(cè)新技術(shù)——小信號(hào)測(cè)試法。
表2 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證結(jié)果
表3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試DEF內(nèi)AB結(jié)果
(2)通過在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試結(jié)果與傳統(tǒng)測(cè)差法數(shù)據(jù)的直接比對(duì),得出小信號(hào)測(cè)試法設(shè)備的測(cè)試結(jié)果可靠,偏差在規(guī)程允許范圍內(nèi)。
(3)采用小信號(hào)測(cè)試法檢定GIS內(nèi)CT時(shí),可以節(jié)省人力物力,提高工作效率,且可很好地確保測(cè)量數(shù)據(jù)的有效性。
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