關(guān)志東 吳智海

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局，廣東 中山528400）

0 引言

氣體絕緣封閉式組合電器（Gas Insulated Substation）簡稱GIS，采用SF6氣體作為絕緣介質(zhì)。它由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電壓／電流互感器、避雷器、母線、連接件等單元組成，這些單元均被封閉在接地的金屬罐體內(nèi)。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

GIS與傳統(tǒng)敞開式配電裝置相比具有運(yùn)行可靠性高、占地面積小、體積小、維護(hù)方便、安全性好、檢修周期長等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。隨著近年來GIS的廣泛應(yīng)用，其內(nèi)置電壓互感器的使用也越來越多。按照國家計(jì)量檢定規(guī)程的要求，必須對GIS內(nèi)PT進(jìn)行檢定，以便準(zhǔn)確判斷其運(yùn)行的準(zhǔn)確性及可靠性。

1 GIS內(nèi)PT檢測現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)場檢測方法

GIS內(nèi)電壓互感器均為電磁式電壓互感器，目前均按JJG314—2010《測量用電壓互感器》檢定規(guī)程中的比較法進(jìn)行檢測，即把相同變比的被檢電壓互感器和標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的一次側(cè)接成并聯(lián)回路，在一次側(cè)施加電壓，升壓至不同的電壓點(diǎn)（如80%Un、100%Un、120%Un等），然后采集被檢電壓互感器和標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器二次側(cè)輸出的電壓信號，通過校驗(yàn)儀進(jìn)行分解運(yùn)算，最終得出被檢電壓互感器的誤差。

由于GIS為全封閉式組合電器，無法單獨(dú)對某只PT進(jìn)行升壓，必須帶著母線才能進(jìn)行一次升壓。但母線存在較大的寄生電容，如采用一次側(cè)直接升壓方式，會消耗大量無功電能，想升壓至測量點(diǎn)非常困難。因此，為解決一次升壓問題，近年來，現(xiàn)場多采用諧振升壓方式，即把母線和被試的電磁式電壓互感器看成一個整體，利用母線的寄生電容和諧振電抗器組成諧振回路，升壓至現(xiàn)場PT測試所要求的高電壓。

1.2 串聯(lián)諧振升壓測試方法

GIS內(nèi)PT串聯(lián)諧振升壓原理如圖2所示。

圖1 DEF結(jié)構(gòu)圖

圖2 DEF內(nèi)6B串聯(lián)諧振升壓原理圖

根據(jù)GIS內(nèi)PT的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，檢測時，一次側(cè)可以等效為RLC電路，諧振時性無功和容性無功大小相等、方向相反，可有效消除母線寄生電容對電源容量的消耗，達(dá)到升高電壓進(jìn)行測試的目的。

以某220kV GIS變電站為例，220kV單相母線的寄生電容量約為5 000pF，為了減少現(xiàn)場所使用的電抗器數(shù)量，采用三相母線并聯(lián)和電抗器串聯(lián)諧振升壓，這樣整個母線的寄生電容就達(dá)到了15 000pF，這時可以采用工頻電抗值為80kΩ的電抗器串聯(lián)，達(dá)到諧振升壓試驗(yàn)的目的，從而實(shí)現(xiàn)GIS內(nèi)PT的檢定［1］。

串聯(lián)諧振的特點(diǎn)是波形畸變小，不會產(chǎn)生過電壓，不會燒損設(shè)備，不會對電源產(chǎn)生沖擊負(fù)荷，同時也充分利用了被試品的電容，很好地解決了現(xiàn)場測試時母線寄生電容消耗無功電能、需要大容量電源及大容量升壓設(shè)備的問題，給現(xiàn)場檢定工作帶來了很大的方便。

綜上所述，諧振升壓方法可以在一定程度上解決電源容量要求高的問題，但測試時需要調(diào)壓器、升壓器、標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器、負(fù)載箱等體積龐大、重量重的設(shè)備。現(xiàn)場操作時存在較多問題，如運(yùn)輸、搬運(yùn)、安裝困難；設(shè)備多，接線復(fù)雜；試驗(yàn)電壓高，存在安全隱患；設(shè)備對現(xiàn)場試驗(yàn)場地及電源容量有較高要求等。這些問題在一定程度上降低了現(xiàn)場工作的效率，不利于現(xiàn)場檢定工作的開展。

為解決上述問題，本文介紹了如何基于異頻小信號測試原理現(xiàn)場校驗(yàn)電壓互感器設(shè)備，可解決一次升壓測試法存在的設(shè)備笨重、接線復(fù)雜、安全性差等問題，能快速、準(zhǔn)確地完成現(xiàn)場GIS內(nèi)PT的誤差檢定。

2 小信號測試法原理

小信號測試法是基于互感器經(jīng)典誤差原理的間接測試方法。該方法通過測量電壓互感器的一次阻抗、二次阻抗和不同電壓點(diǎn)下的勵磁導(dǎo)納等影響PT誤差的物理參數(shù)，運(yùn)用PT經(jīng)典誤差公式，完成對PT各電壓、負(fù)荷點(diǎn)下的比差和角差的測算。

如圖3所示，由電壓互感器誤差定義可得：

式中，V1為一次標(biāo)準(zhǔn)電壓；Kn為額定變比；V2為二次標(biāo)準(zhǔn)電壓，V2＝V1／Kn；SR為實(shí)際變比；Vs為二次實(shí)際電壓，Vs＝V1／SR。

圖3 電壓互感器原理圖

根據(jù)電壓互感器的工作狀況，其等效電路圖如圖4所示。

圖4 電壓互感器等效電路圖

如圖4所示，實(shí)際變比SR＝Vp／Vs，根據(jù)基爾霍夫定律可推導(dǎo)出：

由式（1）、式（2）經(jīng)過推導(dǎo)可得電壓互感器的誤差公式：

因此，實(shí)際測試中，采用小信號測試法只需測量出電壓互感器的變比、一次阻抗、二次阻抗、勵磁導(dǎo)納等參數(shù)，結(jié)合式（3）、（4），就可計(jì)算出其比差和角差。

GIS內(nèi)電壓互感器均是電磁式電壓互感器，因此可以利用小信號測試法進(jìn)行測試?？紤]到GIS內(nèi)電壓互感器一次回路較長、寄生電容較大的問題，采用小信號測試法測試時從二次側(cè)升壓，升壓時一次開路，因此可以切斷一次母線的刀閘，從而避開一次回路寄生電容對測試的影響，完成GIS內(nèi)電壓互感器的誤差測試。

3 異頻測試技術(shù)

采用小信號測試法在運(yùn)行變電站現(xiàn)場測試電壓互感器時，如果在一次母線不停電或者不完全停電的情況下進(jìn)行，設(shè)備將受到工頻電磁干擾的影響，即運(yùn)行的高電壓母線可在空間內(nèi)形成電場和交變磁場，從而在被試PT的一次側(cè)和二次側(cè)形成一定的感應(yīng)電壓，這個電壓有可能會疊加或耦合進(jìn)設(shè)備測試信號中，引起測試結(jié)果的偏差。

由于現(xiàn)場的干擾多為工頻干擾信號及工頻的高次諧波干擾信號，因此，在測量中采用異頻信號，并在信號采集時設(shè)計(jì)選頻、高精度濾波電路，濾除工頻及工頻的高次諧波干擾信號，以有效避免干擾信號對采樣信號的影響，從而保證現(xiàn)場測量的準(zhǔn)確度。

研究表明，對測量線路的干擾主要來自鄰近運(yùn)行線路引起的工頻感應(yīng)電壓，而電網(wǎng)頻率相對固定，因此可以通過施加變頻電源避開工頻干擾信號。異頻電源發(fā)出異頻信號，施加到被測電壓互感器上，信號采樣模塊采集電流、電壓信號，然后再進(jìn)行濾波、放大處理，即可得到特定頻段范圍內(nèi)的采樣信號，實(shí)現(xiàn)異頻測試信號與工頻干擾信號的有效分離。然后DSP數(shù)據(jù)處理器對異頻信號進(jìn)行運(yùn)算處理，即得到最終測試數(shù)據(jù)。其原理框圖如圖5所示。

圖5 設(shè)備測試原理框圖

例如：設(shè)備分別在47.5Hz和52.5Hz兩個頻點(diǎn)下自動完成一次測試，得到電壓互感器相關(guān)參數(shù)，再根據(jù)公式換算成工頻50Hz下的測試結(jié)果。由于采用了不同于工頻的異頻電源和濾波電路，所有測試信號均為異頻信號，工頻干擾信號均被濾除，因此可以排除工頻干擾的影響，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)工頻干擾環(huán)境下的準(zhǔn)確測試［2］。

4 現(xiàn)場測試驗(yàn)證

為驗(yàn)證現(xiàn)場實(shí)際測試效果，我們于2013年12月17日在廣東升輝南110kV變電站進(jìn)行了現(xiàn)場測試，詳細(xì)情況如下：

（1）被測PT信息：

型號：TPZX19－110G；額定變比：110／／0 . 1kV；額定負(fù)荷：50VA；精度：0.2、0.5。

（2）測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 ""!45Ⅱ>段6B測試結(jié)果

（3）由測試結(jié)果我們可以看出，590D－3測試數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)設(shè)備測試數(shù)據(jù)一致，其測試結(jié)果完全滿足JJG314—2010《測量用電壓互感器》檢定規(guī)程的要求［3］。

5 結(jié)語

采用比較法（傳統(tǒng)測試方法）檢定GIS內(nèi)電壓互感器需要配備的設(shè)備多，現(xiàn)場操作搬運(yùn)困難，導(dǎo)致了檢測工作效率低下，且受母線寄生電容的影響，部分PT無法進(jìn)行現(xiàn)場檢測，不能滿足目前的現(xiàn)場檢測需求。采用異頻小信號測試技術(shù)的590D－3設(shè)備具有體積小、重量輕、攜帶方便、抗現(xiàn)場干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可以快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)GIS內(nèi)電壓互感器的檢測，較好地解決了采用傳統(tǒng)測試法進(jìn)行現(xiàn)場檢測存在的各種難題，提高了現(xiàn)場工作效率及安全性。

［1］趙玉富，陳卓婭，谷曉冉.GIS中電壓互感器的現(xiàn)場檢定［J］.電測與儀表，2007（8）

［2］郭守賢，王貽平，程晉明.輸電線路工頻參數(shù)抗干擾測量研究［J］.高電壓技術(shù)，1999（2）

［3］JJG314—2010 測量用電壓互感器［S］