利用一次電流檢驗(yàn)電流互感器二次回路的方法

兀鵬越，王團(tuán)結(jié)，陳少華，何信林，張文斌

（西安熱工研究院有限責(zé)任公司，西安市，710032）

0 引言

在新安裝電氣設(shè)備投運(yùn)過(guò)程中，確認(rèn)電流互感器二次回路的接線正確是很重要的工作。在投入運(yùn)行以前，除了仔細(xì)檢查二次回路接線及進(jìn)行二次通流試驗(yàn)外，新安裝或設(shè)備回路有較大變動(dòng)的裝置，必須用一次電流加以檢驗(yàn)和判定[1]。在設(shè)備投運(yùn)前，優(yōu)先采用獨(dú)立電源進(jìn)行一次通流試驗(yàn)。根據(jù)計(jì)算，確定一次電流的大小及負(fù)載性質(zhì)，選擇一次通流試驗(yàn)設(shè)備的容量。如果一次負(fù)載很大，且要求電流較大，如大型變壓器的通流試驗(yàn)，需采用獨(dú)立發(fā)電機(jī)或大容量電流發(fā)生器；如果一次負(fù)載很小、且要求電流不大，如母線、線路及小型變壓器的通流，可采用便攜式的電流發(fā)生器、低壓交流電源或者其他合適的電源。當(dāng)設(shè)備投運(yùn)以后，可以用負(fù)荷電流檢查，這樣不僅可檢查各個(gè)電流回路的完整性、正確性，還可檢驗(yàn)電壓、電流之間相對(duì)相位。如果正常的運(yùn)行方式不能滿足二次電流回路檢查的要求，還要根據(jù)要求改變運(yùn)行方式來(lái)創(chuàng)造檢查條件。有的情況下，還可以利用一些特殊的工況來(lái)滿足對(duì)一次電流的需要，如大電機(jī)啟動(dòng)電流，變壓器勵(lì)磁涌流等[2-3]。本文根據(jù)近年來(lái)的工程實(shí)例，介紹了新建機(jī)組、變電站的若干一次電流檢驗(yàn)電流互感器二次回路的方法。

1 一次通流試驗(yàn)

1.1 二次測(cè)量方法

測(cè)量前預(yù)先根據(jù)圖紙做好記錄表格，防止遺漏測(cè)量點(diǎn)，預(yù)先計(jì)算好測(cè)量的預(yù)期結(jié)果，如幅值、相位等，實(shí)際測(cè)量值與之比對(duì)，應(yīng)在誤差范圍內(nèi)。

一次電流通入后，二次回路按如下順序測(cè)量：（1）通入較小的一次電流，在電流互感器端子箱測(cè)量各相電壓基本平衡，如某相電壓明顯過(guò)高，確認(rèn)電流互感器二次回路無(wú)開(kāi)路和接觸不良；（2）再通入較大電流，在分散控制系統(tǒng)（distributed control system，DCS）、保護(hù)、測(cè)量、錄波等裝置觀察采樣值及相位；（3）用相位表進(jìn)行測(cè)量，相位表測(cè)量結(jié)果與裝置液晶觀察結(jié)果互相印證，符合預(yù)期結(jié)果。

1.2 電流大小的選擇

一次通流試驗(yàn)電流越大，二次電流越大，測(cè)量結(jié)果越準(zhǔn)確可靠，但對(duì)通流試驗(yàn)設(shè)備的要求越高，因此要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況合理選擇試驗(yàn)電流大小。其基本原則是在能夠滿足二次測(cè)量要求的前提下，通入一次電流越大、投入試驗(yàn)設(shè)備越簡(jiǎn)單、投入人力越少越好。根據(jù)在多個(gè)工程的實(shí)踐，當(dāng)電流互感器二次電流大于50mA，電流的幅值和相位測(cè)量結(jié)果是準(zhǔn)確、可信的。

2 采用獨(dú)立試驗(yàn)電源的檢驗(yàn)方法

2.1 發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)法

對(duì)于新建機(jī)組來(lái)講，發(fā)電機(jī)就是一個(gè)很好的試驗(yàn)電源，可在發(fā)電機(jī)短路特性試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)電流互感器進(jìn)行全面檢查。新建機(jī)組的整套啟動(dòng)試驗(yàn)一般包含3次短路試驗(yàn)，試驗(yàn)線路如圖1所示。K1短路點(diǎn)設(shè)在發(fā)電機(jī)機(jī)端，通常試驗(yàn)電流要達(dá)到發(fā)電機(jī)額定值，以錄取發(fā)電機(jī)短路特性曲線；K2短路點(diǎn)設(shè)在主變高壓側(cè)，試驗(yàn)電流大小以滿足主變高壓側(cè)電流互感器二次電流回路的準(zhǔn)確測(cè)量為準(zhǔn)；K3/K4短路點(diǎn)設(shè)在高廠變低壓側(cè)，試驗(yàn)電流以滿足高廠變電流互感器二次電流回路的準(zhǔn)確測(cè)量為準(zhǔn)，由于此處配置有主變差動(dòng)保護(hù)的大變比電流互感器，要求通入電流較大，折算到K3/ K4點(diǎn)的電流更大，因此對(duì)高廠變低壓側(cè)短路裝置的要求較高。

試驗(yàn)過(guò)程中可臨時(shí)將發(fā)電機(jī)過(guò)電壓保護(hù)定值修改為1.1倍額定電壓、0.1 s，防止短路裝置熔斷而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過(guò)電壓。

發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)法的優(yōu)點(diǎn)是一次電流完全可控，能滿足各種容量的短路試驗(yàn)要求；缺點(diǎn)是整套啟動(dòng)是大型試驗(yàn)，需爐、機(jī)、電各個(gè)專業(yè)配合，限制因素較多，不夠靈活。此方法適用于發(fā)電機(jī)、主變、廠變、母線等的差動(dòng)保護(hù)檢驗(yàn)。

2.2 小型電流發(fā)生器通流法

如果發(fā)電廠升壓站的投運(yùn)與機(jī)組整套啟動(dòng)一并進(jìn)行，則可利用發(fā)電機(jī)進(jìn)行各個(gè)間隔的短路試驗(yàn)，否則升壓站的一次通流試驗(yàn)要采取另外的電流源。升壓站一次通流試驗(yàn)的負(fù)載阻抗很小，對(duì)電源容量要求不高，一般試驗(yàn)用電流源即可滿足要求，還可以采用交流電焊機(jī)，行燈變壓器等。試驗(yàn)電路如圖2所示。

選擇1個(gè)間隔作為基準(zhǔn)間隔，其余待檢驗(yàn)間隔與之進(jìn)行比較檢查，升壓站為典型雙母接線方式，先選擇主變間隔為基準(zhǔn)間隔。（1）對(duì)主變間隔和線路甲間隔通流，電流發(fā)生器由主變高壓側(cè)輸入電流I1，合斷路器11、隔離開(kāi)關(guān)112、II母、隔離開(kāi)關(guān)212、斷路器21、接地開(kāi)關(guān)2102，I1最終經(jīng)大地形成回路；（2）I2為主變間隔對(duì)線路乙間隔通流；（3）I3為主變間隔對(duì)起備變間隔。

試驗(yàn)中需注意：（1）一次通流試驗(yàn)電流的方向應(yīng)與實(shí)際潮流方向一致；（2）一次系統(tǒng)中的斷路器及隔離刀閘的接觸電阻會(huì)影響電流的大小，要保證其接觸良好；（3）可采用交流電焊機(jī)作為試驗(yàn)電流源，交流電焊機(jī)可提供數(shù)百安電流，可以滿足一般試驗(yàn)要求。由于電焊機(jī)正常工作時(shí)是斷續(xù)供電的，因此升流一段時(shí)間后需停下來(lái)，以免電焊機(jī)過(guò)載。

對(duì)于擴(kuò)建間隔的一次通流試驗(yàn)，要注意運(yùn)行設(shè)備的感應(yīng)電壓?jiǎn)栴}。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，220 kV升壓站與運(yùn)行母線并行的空母線感應(yīng)電壓可達(dá)1 kV以上。因此，在變電站擴(kuò)建工程的一次通流試驗(yàn)接線時(shí)，即使該間隔已完全停電，要先加掛地線。當(dāng)所有試驗(yàn)一次接線完成，一次電流回路匯通且接地后，才能拆掉接地線，嚴(yán)防高壓危及人身、設(shè)備安全。

小型電流發(fā)生器通流法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單直觀，在電流發(fā)生器的容量范圍內(nèi)電流可以連續(xù)變化；缺點(diǎn)是電流發(fā)生器難于運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)搬運(yùn)不易。此方法適用于母線差動(dòng)保護(hù)檢驗(yàn)。

2.3 外加電壓法

外加電壓試驗(yàn)方法的步驟如下：（1）試驗(yàn)前先將變壓器低壓側(cè)三相短接，引一路三相380 V電源至變壓器高壓側(cè)，在高壓側(cè)接一足夠截面電纜到380 V電源盤(pán)；（2）連好各電流互感器端子的連接片，保證電流互感器二次回路沒(méi)有開(kāi)路；（3）合上380 V電源開(kāi)關(guān)；（4）測(cè)量變壓器各側(cè)電流幅值、相位，與計(jì)算值比較應(yīng)基本相符，并在保護(hù)裝置檢查并記錄差流的大小[4]。

從保護(hù)裝置上觀察變壓器各側(cè)電流大小和相位，以及和流、差流的大小，并與計(jì)算值比較應(yīng)該基本相等，且差動(dòng)保護(hù)不應(yīng)該動(dòng)作，滿足這些條件就說(shuō)明整個(gè)勵(lì)磁變差動(dòng)回路完全正確。某1GW自并勵(lì)機(jī)組勵(lì)磁變的額定容量為3×3 000 kVA，額定電壓為27// 1.1 kV，額定電流為211.7/5 917/A，接線方式為Dy11，短路阻抗為8.25％，高壓側(cè)電流互感器變比300/ 5，低壓側(cè)電流互感器變比5 000/5。高壓側(cè)加380 V、低壓側(cè)短路時(shí)，高壓側(cè)一次電流IH1、低壓側(cè)一次電流IL1、高壓側(cè)二次電流IH2、低壓側(cè)二次電流IL2分別為：IH1=36.11A，IL1=511.74A，IH2=0.60A，IH2=0.51A。

由于IH1、IL1、IH2、IL2都大于100mA，所以保護(hù)裝置可以準(zhǔn)確測(cè)量到差流。當(dāng)變壓器高壓側(cè)電流互感器變比較大時(shí)，二次電流很?。?mA[5]），如沒(méi)有高精度毫安表，將無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量?？刹捎靡韵路椒ㄌ岣邷y(cè)量靈敏度：

（1）將1根測(cè)試線繞成多匝后串入電流二次回路，然后采用鉗形相位表測(cè)量出多匝總電流的幅值和相位，多匝總電流幅值除以匝數(shù)就是實(shí)際二次電流大小，相位不變。

（2）由于試驗(yàn)電流較小，差動(dòng)保護(hù)裝置可觀測(cè)的差流基本為零漂值，而制動(dòng)電流有不穩(wěn)定的數(shù)值，不能確定電流極性配置正確性時(shí)，可把變壓器一側(cè)電流反極性接入保護(hù)裝置。如果觀察到的情況與原來(lái)的相反，即制動(dòng)電流基本為零漂值，而差動(dòng)電流有不穩(wěn)定的數(shù)值時(shí)，則可確認(rèn)原接線是正確的。

外加電壓法較適用于小型變壓器、電流互感器變比不大的差動(dòng)保護(hù)檢驗(yàn)。

3 利用負(fù)荷電流的檢驗(yàn)方法

3.1 大電機(jī)啟動(dòng)電流法

機(jī)組一些大型輔機(jī)，如給水泵、一次風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵等，其電機(jī)功率在1MW以上，其啟動(dòng)電流可以達(dá)到1 kA，可利用此電流檢驗(yàn)起備變差動(dòng)保護(hù)的接線。由于電機(jī)啟動(dòng)電流衰減很快，因此，必須在差動(dòng)回路中串入波形記錄儀來(lái)記錄下電機(jī)啟動(dòng)電流，如果利用波形記錄儀來(lái)記錄和分析電流相位就更加明確清晰。2007年楊柳青電廠3期工程中曾采取此方法。試驗(yàn)接線見(jiàn)圖3[6]。

差動(dòng)回路接線錯(cuò)誤時(shí)的試驗(yàn)波形如圖4所示，圖中Ie為額定電流。由圖4可知，起備變差動(dòng)保護(hù)A相的高、低壓側(cè)電流相對(duì)相位為0°，B相高、低壓側(cè)電流相對(duì)相位為180°，顯然A相低壓側(cè)電流互感器極性配置錯(cuò)誤。

大電機(jī)啟動(dòng)電流法適用于在發(fā)電廠起備變差動(dòng)保護(hù)的檢驗(yàn)。

3.2 勵(lì)磁涌流法

目前，國(guó)內(nèi)有些變壓器已開(kāi)始裝設(shè)零序差動(dòng)保護(hù)。由于正常運(yùn)行狀態(tài)下基本沒(méi)有零序電流，無(wú)法靠負(fù)荷電流核對(duì)零序互感器的極性配置正確性，可能導(dǎo)致由于零序電流互感器極性配置錯(cuò)誤引起的零序差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)事故[7]。變壓器空載合閘時(shí)，可產(chǎn)生最大達(dá)到數(shù)倍額定電流的勵(lì)磁涌流，持續(xù)時(shí)間為幾s到十幾s。理論及經(jīng)驗(yàn)均證實(shí)，對(duì)于三相變壓器空投合閘，至少會(huì)有兩相有勵(lì)磁涌流，必然產(chǎn)生零序電流，此零序電流對(duì)于零序差動(dòng)保護(hù)來(lái)講屬于穿越性電流。當(dāng)零序互感器接線正確的情況下，差流應(yīng)為0[8-9]。

2009年5月海門(mén)電廠1號(hào)主變倒送電時(shí)記錄的波形，如圖5所示。圖5中：Ia、Ib、Ic為高壓側(cè)相電流；Io為中性點(diǎn)零序電流；Iocd為零序差流。由圖5可看出，盡管零序電流很大，但零序差流為0，說(shuō)明零序差動(dòng)回路接線正確。

3.3 容性電流法

超高壓系統(tǒng)的輸電線大都采用多根分裂導(dǎo)線構(gòu)成相線，這使得線路的感抗減少，分布電容增大。同時(shí)，超高壓輸電線路往往要承擔(dān)遠(yuǎn)距離、大容量的電力輸送任務(wù)，較長(zhǎng)線路使分布電容的等值容抗大大減少，導(dǎo)致電容電流進(jìn)一步增大[10]。當(dāng)此電流足夠大的時(shí)候，可利用來(lái)校核線路縱差保護(hù)的極性。某升壓站的電流測(cè)量電路如圖6所示，測(cè)量結(jié)果如表1所示。當(dāng)線路丁由乙變電站充電時(shí)，乙站會(huì)檢測(cè)到容性電流，而甲站沒(méi)有電流；當(dāng)線路丁由乙變電站送電到甲站，再由甲站對(duì)線路丙充電時(shí)，線路乙兩側(cè)均可檢驗(yàn)到容性電流，而線路丙只能在甲站側(cè)檢測(cè)到電流。這里要注意，由于線路兩側(cè)容性電流的不平衡性，差動(dòng)保護(hù)的差流大小剛好等于線路容性電流大小。容性電流法可作為初步檢驗(yàn)，差動(dòng)保護(hù)的最終檢驗(yàn)還是要用負(fù)荷電流進(jìn)行。

表1 某500 kV升壓站測(cè)量記錄Tab.1 Measuring records of a 500 kV booster station

3.4 負(fù)荷電流法

當(dāng)新投運(yùn)的變電站有2條及以上輸電線路時(shí)，可以調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行方式，使得潮流經(jīng)一條線路流入新站，再經(jīng)另一條線路流回電網(wǎng)，利用系統(tǒng)潮流來(lái)檢驗(yàn)線路縱差保護(hù)及升壓站母差保護(hù)的電流互感器極性配置。經(jīng)負(fù)荷電流檢驗(yàn)正確的保護(hù)即可投入運(yùn)行。負(fù)荷電流法涉及到電網(wǎng)操作及潮流計(jì)算，須要由調(diào)度統(tǒng)一指揮進(jìn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一次通流試驗(yàn)的若干實(shí)用方法，工程中可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇使用。其中發(fā)電機(jī)短路電流法、外加電壓法和線路潮流法經(jīng)常用到，利用交流電焊機(jī)作為電流源的辦法也很實(shí)用，值得推廣。而電機(jī)啟動(dòng)電流法和勵(lì)磁涌流法是在特殊情況下采取的辦法，要結(jié)合波形記錄儀等設(shè)備進(jìn)行。以上方法均為實(shí)踐證明可行的方法，可供有關(guān)工程參考。

[1]DL/T 995—2006繼電保護(hù)和電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置檢驗(yàn)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[2]歐陽(yáng)青.繼電保護(hù)裝置帶負(fù)荷校驗(yàn)的步驟及注意事項(xiàng)[J].電工技術(shù)雜志，2001（11）：52-53.

[3]華偉，石結(jié)銀，李玉海.微機(jī)型發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)投運(yùn)試驗(yàn)及檢查[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2004，24（10）：88-89.

[4]羅平.一種新的差動(dòng)回路通電試驗(yàn)方法[J].繼電器，2005，33（6）：75-76.

[5]鄧潔清，項(xiàng)巍.500 kV主變一次通流試驗(yàn)?zāi)Ｐ图胺桨傅难芯縖J].繼電器，2008，36（4）：94-93.

[6]兀鵬越，張文斌，趙炳忠，等.利用電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流檢驗(yàn)差動(dòng)保護(hù)接線的新方法[J].電力建設(shè)，2007，28（9）：71-72.

[7]王玉玲，舒治淮，周玉蘭，等.1987年全國(guó)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置運(yùn)行情況[J].電網(wǎng)技術(shù)，1998，22（10）：54-56.

[8]張項(xiàng)安，單強(qiáng)，張弦.變壓器零序差動(dòng)的幾個(gè)問(wèn)題[J].繼電器，2005，33（8）：13-14.

[9]彭金寧，李毅，牛利濤.變壓器零序差動(dòng)保護(hù)電流互感器極性校對(duì)方法探討[J].陜西電力，2009（12）：56-57.

[10]鄒勇，趙兵.電容電流對(duì)電流差動(dòng)保護(hù)的影響及調(diào)試方法[J].廣東電力，2007，20（11）：11-12.