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）

0 引言

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。

1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)

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。

1.1 傳統(tǒng)測(cè)差法

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。

1.2 負(fù)荷誤差仿真法

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。

1.3 適用性分析

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。

2 小信號(hào)測(cè)試法

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。

3 測(cè)試與比對(duì)

3.1 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試驗(yàn)證

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

3.2 抗干擾性能驗(yàn)證

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。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試GIS內(nèi)CT

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試GIS內(nèi)CT結(jié)果如表3所示。

4 結(jié)論

（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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