張　弛， 龐福濱， 羅　強(qiáng)，劉琛琛， 湯漢松， 孔祥平

(1. 國(guó)網(wǎng)變電站智能設(shè)備檢測(cè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司電力科學(xué)研究院), 江蘇 南京 211103；2. 江蘇凌創(chuàng)電氣自動(dòng)化股份有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212009；3. 國(guó)網(wǎng)南京供電公司, 江蘇 南京 210000)

0　引言

作為迄今為止最為全面的柔性交流輸電(f￣l￣e￣x￣i￣ble AC transmission system, FACTS)裝置，統(tǒng)一潮流控制器(unified power flow controller, UPFC)具有電壓調(diào)節(jié)、串聯(lián)補(bǔ)償和移相控制等功能，可同時(shí)快速控制輸電線路中的有功、無(wú)功功率[1-4]。世界上已經(jīng)建成或在建的UPFC裝置共有6套。其中，南京西環(huán)網(wǎng)220 kV UPFC示范工程在2015年順利建成投運(yùn)，積累了大量的工程建設(shè)和科研成果。文獻(xiàn)[5—7]討論了UPFC的結(jié)構(gòu)及其對(duì)原有電網(wǎng)的影響；文獻(xiàn)[8]研究了UPFC系統(tǒng)的啟動(dòng)調(diào)試方法；文獻(xiàn)[9—11]探討了UPFC控制保護(hù)系統(tǒng)的配置和運(yùn)行策略。在此基礎(chǔ)上，蘇南500 kV UPFC工程開(kāi)工建設(shè)，是目前世界上電壓等級(jí)最高、容量最大的UPFC工程，代表了柔性交流輸電的最先進(jìn)水平[12]。

目前，對(duì)于新建的直流輸電和柔性交流輸電工程，在設(shè)備入場(chǎng)之后、投運(yùn)之前均有針對(duì)變壓器、換流器等的交接試驗(yàn)，用以驗(yàn)證設(shè)備在運(yùn)輸過(guò)程中沒(méi)有被損壞且性能滿足投運(yùn)要求。但是，對(duì)于在直流場(chǎng)被廣泛應(yīng)用的電子式互感器，沒(méi)有成熟的手段對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，而只是通過(guò)一次通流對(duì)其極性和傳變準(zhǔn)確度進(jìn)行簡(jiǎn)單驗(yàn)證。一方面，電子式互感器是直流場(chǎng)及其連接區(qū)重要的電氣量采集設(shè)備，其性能優(yōu)劣對(duì)直流控制保護(hù)等裝置的可靠穩(wěn)定運(yùn)行影響巨大。另一方面，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，電子式互感器出現(xiàn)的問(wèn)題要明顯多于傳統(tǒng)的電磁式互感器。所以，有必要在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展針對(duì)電子式互感器的專項(xiàng)測(cè)試，保證其性能滿足投運(yùn)要求。

文中首先對(duì)蘇南500 kV UPFC工程進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，隨后重點(diǎn)闡述針對(duì)電子式電流互感器開(kāi)展的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程，分析了試驗(yàn)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，所測(cè)互感器的精度、階躍延時(shí)等特性滿足投運(yùn)要求。

1　蘇南500 kV UPFC工程

為解決蘇州南部電網(wǎng)在直流小方式下梅木雙線的N-1過(guò)載問(wèn)題，保證充分消納錦蘇直流輸送功率，提升蘇南地區(qū)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功和電壓支撐能力，選擇在緊鄰500 kV木瀆變裝設(shè)UPFC裝置。將梅里—木瀆雙線改接至UPFC，實(shí)現(xiàn)UPFC裝置在梅里—木瀆雙線的控制功能，UPFC站的接入位置如圖1所示。蘇南500 kV UPFC工程系統(tǒng)建設(shè)方案如圖2所示。

圖1　蘇南500 kV UPFC站的接入位置Fig.1　Access location of the Sunan 500 kV UPFC project

圖2　蘇南500 kV UPFC工程系統(tǒng)建設(shè)方案Fig.2　System construction program of the Sunan 500 kV UPFC project

工程共包括3個(gè)換流器：并聯(lián)側(cè)一個(gè)換流器通過(guò)起動(dòng)電阻接至并聯(lián)變壓器，再接入木瀆500 kV母線；串聯(lián)側(cè)2個(gè)換流器通過(guò)2個(gè)串聯(lián)變壓器接入梅里—木瀆500 kV雙回線路。在并聯(lián)變壓器的閥側(cè)和系統(tǒng)側(cè)均配有交流斷路器，串聯(lián)變壓器系統(tǒng)側(cè)配置1臺(tái)連接斷路器，閥側(cè)和系統(tǒng)側(cè)各配置1臺(tái)旁路斷路器。3個(gè)換流器采用背靠背連接方式。

UPFC站進(jìn)出線規(guī)模5回(梅里2回、木瀆3回)。木瀆變?cè)?00 kV梅里1、2線改接至UPFC站串聯(lián)變壓器分支。500 kV UPFC站新建2回聯(lián)絡(luò)線，由串聯(lián)變壓器另一分支與木瀆變相連，接入原梅里1、2線間隔。當(dāng)高、低壓側(cè)旁路開(kāi)關(guān)均斷開(kāi)時(shí)，串聯(lián)變壓器串入線路，UPFC投入運(yùn)行。并聯(lián)換流器與1臺(tái)三相變壓器相連，后者通過(guò)專用斷路器接入木瀆變500 kV第5串預(yù)留間隔。

2　電子式互感器試驗(yàn)

2.1　試驗(yàn)對(duì)象

一般500 kV變電站中使用的電子式電流互感器多用于測(cè)量交流電流，采用羅氏線圈原理。而蘇南500 kV UPFC工程中用到的電子式電流互感器需采集直流量，故原理有所不同。

蘇南500 kV UPFC工程共使用了42套電子式互感器，其中電子式電流互感器36套，電子式電壓互感器6套。電子式電流互感器中，除了3套測(cè)量變壓器中性點(diǎn)電流的互感器采用霍爾元件外，其余均采用分流原理。電子式電壓互感器則均采用分壓原理。具體情況見(jiàn)表1。

表1　工程中使用的電子式互感器Tab.1　Electronic transformers used in the project

由表1可知，現(xiàn)場(chǎng)使用的電子式電流互感器的型號(hào)共有3種。從這3種互感器中各選取1臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)，分別是并聯(lián)換流器直流側(cè)電流互感器、并聯(lián)換流器上橋臂電流互感器和1號(hào)串變中性點(diǎn)電流互感器。為表述方便，將這3套互感器依次命名為CT1、CT2和CT3，其位置由圖2中紅框標(biāo)出。

2.2　試驗(yàn)原理

試驗(yàn)中，通過(guò)直流信號(hào)源產(chǎn)生一次電流，并將其串接于標(biāo)準(zhǔn)互感器和被測(cè)電子式電流互感器。標(biāo)準(zhǔn)互感器將一次電流轉(zhuǎn)換成小電壓模擬信號(hào)輸出給前置信號(hào)轉(zhuǎn)換單元，后者將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)光纖輸出給電子式互感器校驗(yàn)儀。被測(cè)互感器則直接輸出數(shù)字信號(hào)給互感器校驗(yàn)儀。通過(guò)后臺(tái)分析系統(tǒng)比較被測(cè)互感器和標(biāo)準(zhǔn)互感器的輸出，對(duì)被測(cè)互感器的性能進(jìn)行評(píng)估。試驗(yàn)接線示意如圖3所示。

圖3　試驗(yàn)接線示意Fig.3　Diagram of test wiring

本次對(duì)電子式電流互感器的試驗(yàn)包括2個(gè)項(xiàng)目，分別是直流精度試驗(yàn)和暫態(tài)階躍試驗(yàn)。在直流精度試驗(yàn)中，信號(hào)源輸出不同幅值的穩(wěn)態(tài)直流信號(hào)，對(duì)被測(cè)互感器的測(cè)量精度進(jìn)行考核。在暫態(tài)階躍試驗(yàn)中，信號(hào)源輸出直流階躍信號(hào)，對(duì)被測(cè)互感器暫態(tài)階躍指標(biāo)中的上升時(shí)間、過(guò)沖和延時(shí)進(jìn)行考核。

2.3　試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果

分別對(duì)并聯(lián)換流器直流側(cè)電流互感器CT1，并聯(lián)換流器上橋臂電流互感器CT2和1號(hào)串變中性點(diǎn)電流互感器CT3進(jìn)行直流精度試驗(yàn)和暫態(tài)階躍試驗(yàn)。

2.3.1并聯(lián)換流器直流側(cè)電流互感器CT1試驗(yàn)

并聯(lián)換流器直流側(cè)電流互感器CT1的額定電流為1000 A。通過(guò)信號(hào)源輸出幅值分別為100 A，200 A，500 A和1000 A的直流電流，完成被測(cè)互感器在不同比率點(diǎn)下的精度測(cè)試，結(jié)果如表2所示。

表2CT1直流精度試驗(yàn)結(jié)果
Tab.2Results of CT1 DC accuracy test %

比率比差最大值比差最小值比差平均值復(fù)合誤差10-0．2607-0．2248-0．24700．397620-0．1609-0．1493-0．15450．201750-0．1097-0．1068-0．10840．1286100-0．0806-0．0765-0．07890．0946

通過(guò)信號(hào)源輸出穩(wěn)定后幅值為100 A直流階躍信號(hào)，完成被測(cè)互感器的暫態(tài)階躍試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。為表述方便，表格中用“標(biāo)互”代指“標(biāo)準(zhǔn)互感器”，用“試品”代指“被測(cè)互感器”。

表3　CT1暫態(tài)階躍試驗(yàn)結(jié)果Tab.3　Results of CT1 step test

暫態(tài)階躍試驗(yàn)過(guò)程中標(biāo)準(zhǔn)互感器和被測(cè)互感器的輸出波形如圖4所示。

圖4　CT1暫態(tài)階躍試驗(yàn)波形Fig.4　Waveforms of the CT1 step test

根據(jù)廠家提供的說(shuō)明書，此型號(hào)互感器的測(cè)量精度滿足0.2級(jí)要求，階躍響應(yīng)上升時(shí)間小于125 μs。試驗(yàn)結(jié)果表明，被測(cè)互感器特性與說(shuō)明書所述一致。

2.3.2并聯(lián)換流器上橋臂電流互感器CT2試驗(yàn)

并聯(lián)換流器上橋臂電流互感器CT2的額定電流為2000 A。通過(guò)信號(hào)源輸出幅值分別為200 A，400 A，600 A和1000 A的直流電流，完成被測(cè)互感器在不同比率點(diǎn)下的精度測(cè)試，結(jié)果如表4所示。

表4　CT2直流精度試驗(yàn)結(jié)果Tab.4　Results of CT2 DC accuracy test　%

通過(guò)信號(hào)源輸出穩(wěn)定后幅值為100 A直流階躍信號(hào)，完成被測(cè)互感器的暫態(tài)階躍試驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。

表5　CT2暫態(tài)階躍試驗(yàn)結(jié)果Tab.5　Results of CT2 step test

暫態(tài)階躍試驗(yàn)過(guò)程中標(biāo)準(zhǔn)互感器和被測(cè)互感器的輸出波形如圖5所示。

圖5　CT2暫態(tài)階躍試驗(yàn)波形Fig.5　Waveforms of the CT2 step test

根據(jù)廠家提供的說(shuō)明書，此型號(hào)互感器的測(cè)量精度滿足0.2級(jí)要求，階躍響應(yīng)上升時(shí)間小于125 μs。試驗(yàn)結(jié)果表明，被測(cè)互感器特性與說(shuō)明書所述一致。

2.3.31號(hào)串變中性點(diǎn)電流互感器CT3試驗(yàn)

1號(hào)串變中性點(diǎn)電流互感器CT3的額定電流為100 A。通過(guò)信號(hào)源輸出幅值分別為10 A，20 A，50 A和100 A的直流電流，完成被測(cè)互感器在不同比率點(diǎn)下的精度測(cè)試，結(jié)果如表6所示。

表6　CT3直流精度試驗(yàn)結(jié)果Tab.6　Results of CT3 DC accuracy test　%

通過(guò)信號(hào)源輸出穩(wěn)定后幅值為100 A直流階躍信號(hào)，完成被測(cè)互感器的暫態(tài)階躍試驗(yàn)，結(jié)果如表7所示。

表7　CT3暫態(tài)階躍試驗(yàn)結(jié)果Tab.7　Results of CT3 step test

暫態(tài)階躍試驗(yàn)過(guò)程中標(biāo)準(zhǔn)互感器和被測(cè)互感器的輸出波形如圖6所示。

圖6　CT3暫態(tài)階躍試驗(yàn)波形Fig.6　Waveforms of the CT3 step test

根據(jù)廠家提供的說(shuō)明書，此型號(hào)互感器的測(cè)量精度滿足1級(jí)要求，無(wú)階躍響應(yīng)上升時(shí)間要求。試驗(yàn)結(jié)果表明，被測(cè)互感器特性與說(shuō)明書所述一致。

3　結(jié)語(yǔ)

對(duì)蘇南500 kV UPFC工程中使用的電子式電流互感器進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，包括直流精度試驗(yàn)和暫態(tài)階躍試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果表明被測(cè)互感器性能滿足投運(yùn)要求。作為首次在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展的針對(duì)電子式互感器的交接試驗(yàn)，本次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的順利開(kāi)展證明了所提出的測(cè)試裝置與測(cè)試方法的實(shí)用性，為后續(xù)進(jìn)行系統(tǒng)的電子式互感器現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。

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