朱曉紅

(云南電網(wǎng)公司曲靖供電局，云南 曲靖 655000)

變壓器套管CT試驗(yàn)方法

朱曉紅

(云南電網(wǎng)公司曲靖供電局，云南 曲靖 655000)

變壓器套管CT試驗(yàn)，利用常規(guī)試驗(yàn)方法——電壓法由于變壓器繞組電感的影響無法順利完成。從電流互感器和變壓器工作原理入手，通過對(duì)套管CT和變壓器電磁感應(yīng)理論分析，找出了一種簡(jiǎn)單、有效的方法，即對(duì)某一側(cè)一相試驗(yàn)時(shí)，短路其他側(cè)對(duì)應(yīng)相，從而抵消變壓器繞組電感的影響。該方法經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次實(shí)踐證明，是可行、準(zhǔn)確、可靠的。

變壓器套管CT；伏安特性試驗(yàn)；電磁感應(yīng)；抵消；測(cè)試方法

0 引言

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和電力市場(chǎng)機(jī)制的引入，對(duì)繼電保護(hù)正確動(dòng)作率的要求也越來越高。通常情況下，對(duì)保護(hù)裝置的可靠性、保護(hù)定值的正確性及二次回路的完好與接線正確性非常重視，而對(duì)于繼電保護(hù)用電流互感器的現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)不夠重視。特別是主變套管CT，一方面對(duì)于220kV及以下的主變，主變保護(hù)取自斷路器CT，主變套管CT主要用于錄波、測(cè)量、計(jì)量等用途；另一方面，主變套管CT在結(jié)構(gòu)上的特殊性，一旦安裝后，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)工作，技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度也很大。主變套管CT現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)工作也就往往被忽視。

規(guī)范對(duì)高壓側(cè) (500kV側(cè))后備保護(hù)配置有一條：配置一段不帶方向的零序反時(shí)限過流保護(hù)。采用IEC60255-4的標(biāo)準(zhǔn)反時(shí)限特性，動(dòng)作后跳開變壓器各側(cè)斷路器。采用套管CT，裝置自產(chǎn)零序電流。這里就明確要求采用套管CT。而近兩年來，由于電流互感器飽和導(dǎo)致的微機(jī)保護(hù)裝置不正確動(dòng)作事故時(shí)有發(fā)生且呈上升趨勢(shì)，因此，主變套管CT現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試也應(yīng)引起基建調(diào)試、運(yùn)行檢驗(yàn)及其管理、監(jiān)督等部門的高度重視。

1 電流互感器和變壓器工作原理

1.1 電流互感器工作原理

一次電流I1流過一次繞組，建立一次磁動(dòng)勢(shì)I1W1。磁動(dòng)勢(shì)I1W1產(chǎn)生磁通Φ1，磁通Φ1在二次繞組感應(yīng)出二次電流I2，二次電流I2建立磁動(dòng)勢(shì)I2W2，磁動(dòng)勢(shì)I2W2產(chǎn)生磁通 Φ2。Φ2與 Φ1方向相反，起去磁作用，力圖減小Φ1的變化。忽略勵(lì)磁電流，式 (1)成立。

圖1為電流互感器結(jié)構(gòu)示意圖。

1.2 變壓器工作原理

如圖2。變壓器是基于電磁感應(yīng)原理而工作的。閉合的鐵芯上繞有兩個(gè)互相絕緣的繞組。其中接入電源的一側(cè)叫一次繞組，輸出電能的一側(cè)叫二次繞組。當(dāng)交流電源電壓u1加到一次繞組后，就有交流電流i1通過該繞組并在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通Φ。這個(gè)交變磁通不僅穿過一次繞組，同時(shí)也穿過二次繞組，兩個(gè)繞組中將分別產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)e1和e2。如式 (2)和式 (3)。

圖1 電流互感器結(jié)構(gòu)示意圖

如果忽略漏磁通的影響并且不考慮繞組上電阻的壓降時(shí)，可認(rèn)為一次、二次繞組上電動(dòng)勢(shì)的有效值近似等于一次、二次繞組上電壓的有效值，即

K稱為變壓器的變比，若改變變壓器一次、二次繞組的匝數(shù)，就能把某一數(shù)值的交流電壓變?yōu)橥活l率的另一數(shù)值的交流電壓。

圖2 變壓器結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 電流互感器和變壓器的對(duì)比

從以上分析可以看出，電流互感器，其工作原理與變壓器基本相同，不同點(diǎn)僅在于鐵芯內(nèi)產(chǎn)生交變主磁通的電流來源不同，前者是由與之串聯(lián)的高壓回路電流通過其一次繞組產(chǎn)生的，而后者為由作用于一次繞組兩端的交流電壓產(chǎn)生的電流建立的。

2 電流互感器 (CT)試驗(yàn)方法

電壓法CT試驗(yàn)接線示意圖如圖3所示，在CT一次側(cè)兩端 (L1、L2)接毫伏表，在CT二次側(cè)兩端 (K1、K2)接伏安特性試驗(yàn)儀。試驗(yàn)中伏安特性試驗(yàn)儀的作用相當(dāng)于調(diào)壓器，輸出交流電壓，輸出容量為1 000 V×10 A或者500 V×10 A。試驗(yàn)時(shí)，CT一次側(cè)開路，二次側(cè)加交流電壓。為了減少變電站電磁干擾，試驗(yàn)用連接導(dǎo)線采用抗干擾性能良好的同軸測(cè)試電纜。

圖3 電壓法CT試驗(yàn)等效圖

圖3 中，Z′1為折算到二次側(cè)的一次漏抗，Z2為二次漏抗，Z′e為折算到二次側(cè)的勵(lì)磁阻抗。I′e為折算到二次側(cè)的勵(lì)磁電流。

CT變比測(cè)試：

由等效圖并結(jié)合上述變壓器原理可以看出，CT一次側(cè)開路，在CT二次側(cè)兩端 (K1、K2)施加交流電壓U2，產(chǎn)生交流電流I1，交流電流I2在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通Φ，磁通Φ在CT一次側(cè)兩端 (L1、L2)感應(yīng)出U′1。根據(jù)式 (4)可知，U2與U′1之比即為CT的變比。

以一組1000/5的CT現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)為例：CT二次側(cè)施加 109.5 V的電壓時(shí)，CT一次側(cè)電壓為550.1 mV，此時(shí)二次線圈勵(lì)磁電流為257 mA，而此CT二次線圈漏抗約為1Ω，二次線圈的壓降為0.257V，可忽略不計(jì)。CT的變比N=109.5 V/ 550.1 mV=199.1。

CT伏安特性試驗(yàn)：

當(dāng)一次系統(tǒng)故障，電流互感器一次電流通常比正常運(yùn)行時(shí)的電流大的多，因此，電流互感器的誤差也會(huì)擴(kuò)大。為了使繼電保護(hù)裝置能夠正確反應(yīng)一次系統(tǒng)狀況而正確動(dòng)作，要求電流互感器的變比誤差小于或等于10%。不論是一次電流加大，還是二次負(fù)載阻抗增加，其結(jié)果都會(huì)引起電流互感器感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的升高，從而擴(kuò)大誤差。在電流互感器10%誤差允許范圍內(nèi)，一次電流和二次負(fù)載是相互制約的。作為電流互感器一個(gè)重要特征參數(shù)，10%誤差曲線本應(yīng)由制造廠家提供，但往往廠家不提供該特性曲線，所以必須通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試互感器的伏安特性曲線，由伏安特性曲線經(jīng)計(jì)算求得10%誤差曲線。

與變比測(cè)試相同，CT一次側(cè)開路，二次側(cè)與負(fù)載斷開。從二次側(cè)施加交流電壓U2，產(chǎn)生交流電流I2，勵(lì)磁電流I′e與I2相等，由此，得到一組U2-I′e數(shù)據(jù)，此組數(shù)據(jù)即可繪制伏安特性曲線。并由此組數(shù)據(jù)計(jì)算10%誤差曲線，進(jìn)行CT二次負(fù)載的校核。

除了繪制10%誤差曲線來進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校核外，還有一種更為簡(jiǎn)便、有效的方法，即利用伏安特性試驗(yàn)得到的拐點(diǎn)電壓進(jìn)行校核。下面對(duì)這種方法進(jìn)行闡述說明。

當(dāng)二次回路所帶負(fù)載為額定阻抗ZH，并且一次電流達(dá)額定電流的標(biāo)稱準(zhǔn)確限值倍數(shù)M倍時(shí)，電流互感器處于極限飽和邊緣，即一、二次間的復(fù)合誤差剛好能維持在誤差區(qū)別 (如5P30中的5)為5%以下，也就是說此時(shí)二次也剛好維持有30×1=30 A(二次額定電流為1 A)的電流數(shù)值，此時(shí)的二次回路極限電動(dòng)勢(shì)E0等于回路極限電壓降U0，即：

式中Km——允許誤差時(shí)的電流倍數(shù)；I2N——電流互感器二次額定電流；ZH——電流互感器二次額定負(fù)載阻抗；Z——電流互感器內(nèi)部阻抗。

顯然，電流互感器的二次回路極限電動(dòng)勢(shì)越高，則飽和特性越好，對(duì)避免二次電流的失真越有利。對(duì)于確定的電流互感器來說，回路極限電動(dòng)勢(shì)E0是個(gè)常數(shù)，但實(shí)際準(zhǔn)確限值電流倍數(shù)KX卻隨實(shí)際的二次回路阻抗 ZX按反比規(guī)律變化，即：

伏安特性曲線中的拐點(diǎn)電壓Ug就是二次回路極限電壓降 U0，則實(shí)際準(zhǔn)確限制電流倍數(shù)KX為

利用式 (7)，計(jì)算出實(shí)際允許故障電流倍數(shù)，與實(shí)際可能出現(xiàn)的最大短路電流倍數(shù)比較，就能判定電流互感器是否滿足誤差要求。

3 變壓器套管CT試驗(yàn)

3.1 問題分析

如圖6所示，主變高壓側(cè)套管CT試驗(yàn)，從套管CT二次側(cè)施加交流電壓，如前述，將在套管CT一次側(cè)感應(yīng)出電壓U，電壓U產(chǎn)生突變電流I流過主變高壓側(cè)繞組，產(chǎn)生交變的磁通Φ，在主變高壓側(cè)繞組中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eL。此電勢(shì)的大小與磁通Φ變化的快慢有關(guān) (式 (2))，方向與電壓U相反，力圖在高壓側(cè)繞組中產(chǎn)生一電流，使此電流產(chǎn)生磁通來抵消線圈中磁通的變化。由于變壓器鐵芯的作用，電感大大增強(qiáng)，即單位電流產(chǎn)生的磁通鏈劇增，從而使eL更高。eL對(duì)U是抵消作用，eL越高，影響越大，導(dǎo)致主變套管CT試驗(yàn)不能順利進(jìn)行。

圖4 變壓器套管CT試驗(yàn)原理圖

3.2 主變套管CT試驗(yàn)方法

以系統(tǒng)內(nèi)常見的接線方式為YN/Yn/△-11的變壓器為例。如何減小甚至完全補(bǔ)償eL，消除對(duì)變壓器高壓側(cè)繞組電壓U的影響，是確保套管CT試驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)。為了便于說明問題，將回到變壓器工作原理和電流互感器的工作原理上進(jìn)行分析。

圖2中，u1(和圖6中的U對(duì)應(yīng))的作用產(chǎn)生i1，i1建立磁勢(shì)，并產(chǎn)生磁通。磁通感生出一次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1(和圖6中的eL對(duì)應(yīng))和二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2?？梢?，出現(xiàn)一次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1(即圖6中的eL)的根本原因在于出現(xiàn)了一次電流i1。減小和補(bǔ)償一次電流i1，就能消除對(duì)套管CT試驗(yàn)的影響。

二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2會(huì)產(chǎn)生二次電流i2，二次電流i2會(huì)建立磁勢(shì)，產(chǎn)生去磁作用的Φ2(見圖1)，由于Φ2的去磁作用，可補(bǔ)償和消除i1。至此，可以看出，如何產(chǎn)生一個(gè)大小合適的二次電流i2是解決問題的關(guān)鍵所在。圖1中電流互感器的工作原理和式 (1)表明，二次負(fù)載Z足夠小(短路)，即可產(chǎn)生大小合適的二次電流i2，足以抵消一次電流i2(e1)的影響。

圖5是試驗(yàn)方案實(shí)施原理圖。對(duì)高壓側(cè)A相套管CT試驗(yàn)時(shí)，中壓側(cè)A相套管CT短路至中性點(diǎn)套管CT，低壓側(cè)為△接線，三相套管CT短路。

圖5 試驗(yàn)方案實(shí)施原理圖

3.3 自耦變壓器套管CT試驗(yàn)方案改進(jìn)

自耦變壓器的一、二次繞組除了有磁的聯(lián)系，還有電的聯(lián)系。一、二次繞組有較大部分是共用的，流過共用繞組部分的一、二次電流很大部分將在繞組中抵消，有較小部分通過共用繞組。自耦變壓器一、二次繞組電氣上直接相連，一、二次之間的零序電流和過電壓無法相互隔離，為防止一次 (高壓)側(cè)發(fā)生單相接地時(shí)，引起二次(中壓)側(cè)過電壓，通常將自耦變壓器的中性點(diǎn)直接接地。

圖6 自耦變壓器試驗(yàn)方案實(shí)施原理圖

圖6 中，自耦變壓器高壓側(cè)A相套管CT試驗(yàn)時(shí)，將在A相高壓側(cè)繞組上產(chǎn)生電流I1，若按圖6短路接線，I1將有很大一部分電流直接從短路線流過，直接流入大地，而未流經(jīng)中壓側(cè)繞組，流經(jīng)中壓側(cè)繞組的只是其中很小一部分，這部分電流產(chǎn)生的磁通不能很好地補(bǔ)償I1產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1。解決這個(gè)問題的方法是在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，拆除中性點(diǎn)直接接地的連扳 (如圖6紅叉所示)。

表1、表2是運(yùn)用文中介紹的方法對(duì)某500 kV變電站#1主變 (自耦變壓器)高壓側(cè)A相套管CT(型號(hào)LRB-500)進(jìn)行測(cè)試得到的數(shù)據(jù)，測(cè)試過程較為順利，測(cè)試數(shù)據(jù)也很良好。

表1 套管CT基本參數(shù)列表

表2 套管CT伏安特性測(cè)試數(shù)據(jù)

套管CT二次線圈漏抗12 Ω，二次負(fù)載阻抗1.5 Ω，飽和點(diǎn)電壓1 813.9V代入式 (7)，可得允許故障電流倍數(shù)KX=1 813.9 V/1 A×(12 Ω+ 1.5 Ω)≈在134，KX是的四倍還多，可以判斷套管CT滿足誤差要求。

4 結(jié)束語

主變套管CT試驗(yàn)，從電流互感器和變壓器工作原理入手，通過對(duì)套管CT和變壓器電磁感應(yīng)理論分析，找出了一種簡(jiǎn)單、有效的方法，即對(duì)某一側(cè)一相試驗(yàn)時(shí)，短路其他側(cè)對(duì)應(yīng)相，從而抵消變壓器繞組電感的影響。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次測(cè)試證明，該方法是可行的，而且測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠，具有很好的推廣價(jià)值。

[1] 郭耀珠，石光等.保護(hù)用電流互感器10%誤差曲線現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及其二次負(fù)載校核 [J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2008，(23)：102-108.

[2] 陳亦平，穆國(guó)平等.電壓法測(cè)變壓器套管CT變比 [J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，(2)：122-130.

[3] 國(guó)家電力調(diào)度中心.國(guó)家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)培訓(xùn)教材[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[4] 國(guó)家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問答(第二版)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2000.

Research on Test Methods of the Sleeve-type Current Transformer

ZHU Xiaohong
(Qujing Power Supply Bureau，Qujing，Yunnan 655000)

Through the theoretical analysis on the bushing CT and the electromagnetic induction of transformer，a simple and effective mean were found from the operating principle of the current transformer and transformer，which was making other sides'corresponding phase short-circuited，thus canceling out the influence of the transformer winding inductance when one side's one-phase test was operated.This method has been proved by the field practice for many times to be practicable，accurate and reliable.

sleeve-type current transformer；V-A character measurement；electromagnetic induction；counteraxt；method of measurement

TM41

B

1006-7345(2014)05-0092-04

2014-08-23

朱曉紅 (1978)，男，碩士，工程師，云南電網(wǎng)公司曲靖供電局，從事繼電保護(hù)專業(yè)工作 (e-mail)13769887755＠163.com。