大型GI S電流互感器二次回路校驗(yàn)技術(shù)研究

李泓，何文富，康勇全

（廣州市電力工程有限公司，廣州510260）

1 引言

GIS設(shè)備目前已被廣泛使用，其電流互感器二次回路的正確與否影響電氣設(shè)備的保護(hù)動(dòng)作、測(cè)量監(jiān)控等功能的可靠性。因此，變電站GIS設(shè)備的成功投運(yùn)與安全運(yùn)行，離不開(kāi)調(diào)試階段對(duì)其電流互感器二次回路的正確校驗(yàn)。

目前，國(guó)內(nèi)電流回路的校驗(yàn)測(cè)試主要依靠使用大電流發(fā)生器在電流互感器一次側(cè)進(jìn)行單相通流來(lái)確定電流互感器的變比和回路的正確性。同時(shí)，需要確定電流回路極性的正確性，還需要在通流過(guò)程中將電流互感器二次繞組逐一短接進(jìn)行組別校驗(yàn)。多項(xiàng)不同的工序花費(fèi)時(shí)間較多，可能出現(xiàn)工序之間銜接不到位的情況。且傳統(tǒng)測(cè)試方法每次只能對(duì)每個(gè)間隔單相電流互感器通流，換接線(xiàn)比較頻繁，效率不高。另外，在通流過(guò)程中，也無(wú)法校驗(yàn)三相電流的相位關(guān)系。因此，傳統(tǒng)的GIS電流互感器二次回路校驗(yàn)方法還有提升的空間。

在對(duì)以往校驗(yàn)方法和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上，根據(jù)多間隔帶母線(xiàn)GIS設(shè)備的特點(diǎn)，研究人員通過(guò)研發(fā)新型的電流回路仿真校驗(yàn)儀，改進(jìn)傳統(tǒng)校驗(yàn)方法，可進(jìn)行三相電流互感器同時(shí)通流，在主控室模擬帶負(fù)荷測(cè)試的方式來(lái)校驗(yàn)電流二次回路。該方法可模擬運(yùn)行實(shí)際情況，對(duì)電流回路的校驗(yàn)更加全面到位，有效降低了施工操作難度，提高了校驗(yàn)效率。

2 電流互感器二次回路的校驗(yàn)要求

根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求，電流互感器二次回路需進(jìn)行以下校驗(yàn)項(xiàng)目。

2.1 勵(lì)磁特性及內(nèi)阻

電流互感器的勵(lì)磁特性是指互感器二次側(cè)勵(lì)磁電流與所加電壓的關(guān)系曲線(xiàn)。通過(guò)鑒別磁化曲線(xiàn)的飽和程度，校核用于繼電保護(hù)的電流互感器的特性是否符合要求，并從勵(lì)磁特性發(fā)現(xiàn)二次繞組有無(wú)匝間短路，檢查電流互感器的鐵芯質(zhì)量。檢查內(nèi)阻是否與廠(chǎng)家出廠(chǎng)值相符。

2.2 絕緣電阻及一點(diǎn)接地

電流互感器的二次回路有且只能有1個(gè)接地點(diǎn)。電流回路一點(diǎn)接地檢查可結(jié)合絕緣檢查進(jìn)行：斷開(kāi)電流互感器二次回路接地點(diǎn)，檢查全回路對(duì)地絕緣，若絕緣合格可判斷僅有1個(gè)接地點(diǎn)。

2.3 繞組接線(xiàn)核對(duì)

檢查電流互感器二次繞組的用途、接線(xiàn)方式、級(jí)別、容量、實(shí)際使用變比。確認(rèn)保護(hù)用的電流互感器二次繞組排列不存在保護(hù)死區(qū)。

2.4 極性及變比

電流互感器極性判斷錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致接線(xiàn)錯(cuò)誤，進(jìn)而使計(jì)量?jī)x表指示錯(cuò)誤，更為嚴(yán)重的是，使帶有方向性的繼電保護(hù)誤動(dòng)作[1]。因此，電流互感器的極性必須符合設(shè)計(jì)要求，并與銘牌和標(biāo)志相符。測(cè)量變比可以檢查互感器一次、二次關(guān)系的正確性，給繼電保護(hù)正確動(dòng)作、保護(hù)定值計(jì)算提供依據(jù)。

2.5 回路接線(xiàn)檢查

由于繼電保護(hù)裝置多采用集中組屏布置，距離電流互感器的距離一般較遠(yuǎn)，需用較長(zhǎng)的二次電纜連接。二次電纜的接線(xiàn)是否正確無(wú)誤，這是電流二次回路校驗(yàn)的一個(gè)重點(diǎn)工作。

3 電流仿真校驗(yàn)儀簡(jiǎn)介

3.1 原理簡(jiǎn)介

根據(jù)多間隔GIS設(shè)備的特點(diǎn)，研究人員對(duì)傳統(tǒng)儀器及方法進(jìn)行改進(jìn)，研發(fā)出一款新型電流回路仿真校驗(yàn)儀，其工作原理如圖1所示。該校驗(yàn)儀舍棄了傳統(tǒng)大電流發(fā)生器采用模擬線(xiàn)圈產(chǎn)生電流的模式，而使用新型開(kāi)關(guān)電源模塊作為電流源，可以同時(shí)產(chǎn)生三相幅值及角度可調(diào)的工頻大電流。

圖1 電流仿真校驗(yàn)儀工作原理

該儀器主要包括輸入/輸出端、變壓器、相位比較器、低通濾波器、壓控振蕩器、處理器和3個(gè)功率放大器。其中，變壓器的初級(jí)連接在市電的火線(xiàn)和零線(xiàn)上，電壓傳遞到次級(jí)后，電壓降低，該電壓隨后輸入相位比較器作為參考電壓。相位比較器用于比較壓控振蕩器的輸出相位和參考電壓的相位，將其比較結(jié)果以電壓值的形式經(jīng)由低通濾波器返回到壓控振蕩器，從而形成一個(gè)反饋回路[2]，使壓控振蕩器的輸出相位和頻率與參考電壓一致，以達(dá)到跟蹤電網(wǎng)電壓的目的。處理器用于對(duì)壓控振蕩器輸出的信號(hào)進(jìn)行處理，然后輸出3個(gè)相位相差120°的正弦波信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)3個(gè)功率放大器產(chǎn)生三相電流。率放大器用于對(duì)處理器所輸出的信號(hào)進(jìn)行幅值放大如圖2所示。

圖2 功率放大器原理圖

3.2 功能概述

該儀器采用鋁合金機(jī)箱封裝，操作界面由手提電腦操控，具有質(zhì)量輕、便攜帶的優(yōu)點(diǎn)。它可以輸出三相0~100 A的電流作為測(cè)試電流，電流幅值、頻率、相位均可任意調(diào)節(jié)，具有精度高、易操作的優(yōu)點(diǎn)。并且增設(shè)了由相位比較器、低通濾波器和壓控振蕩器所構(gòu)成的跟隨電路，其能夠跟隨電網(wǎng)的頻率和相位，使得在帶負(fù)荷測(cè)試時(shí)，可以以?xún)x器的輸出電壓或市電電壓作為參考電壓，極大地減少了測(cè)試的麻煩，提升了測(cè)試效率[3]。該儀器經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)優(yōu)化，目前已獲得使用新型專(zhuān)利授權(quán)。

4 以電流仿真為基礎(chǔ)的電流回路校驗(yàn)方法

4.1 測(cè)試步驟

測(cè)試流程如圖3所示。

1）施工準(zhǔn)備：審閱圖紙，確定電流互感器二次繞組的用途、接線(xiàn)方式、準(zhǔn)確級(jí)、容量、實(shí)際使用變比符合設(shè)計(jì)、定值要求，保護(hù)用的電流互感器二次繞組排列是否存在保護(hù)死區(qū)等，同時(shí)，收集銘牌參數(shù)，整理匯總電流互感器臺(tái)賬，方便后續(xù)施工如圖3所示。

圖3 測(cè)試流程示意圖

2）將所有被試的GIS設(shè)備按要求操作到所需狀態(tài)，為開(kāi)始通流做準(zhǔn)備。

3）將GIS其中一把母線(xiàn)地刀合上并將一次銅排解開(kāi)，將電流回路仿真校驗(yàn)儀的輸出線(xiàn)地刀接地柱連接。

4）將首先被測(cè)的間隔合上開(kāi)關(guān)及刀閘，并解鎖，將出線(xiàn)測(cè)地刀接地，使GIS母線(xiàn)、被測(cè)間隔的母線(xiàn)刀閘、斷路器、出線(xiàn)刀閘、接地刀、仿真儀形成回路。

5）打開(kāi)儀器，設(shè)置輸出電流參數(shù)，設(shè)置為電網(wǎng)跟蹤模式。啟動(dòng)儀器輸出，此時(shí)被測(cè)間隔中形成了三相與實(shí)際運(yùn)行類(lèi)似電流[電流大小可根據(jù)不同CT（電流互感器）變比而進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿(mǎn)足相位表測(cè)試要求即可]。

6）用相位伏安表在主控室各相關(guān)保護(hù)測(cè)控裝置進(jìn)行模擬帶負(fù)荷測(cè)試，測(cè)試電壓基準(zhǔn)以電網(wǎng)電壓為基準(zhǔn)（注意選擇與仿真儀電源同相的電壓）。

7）根據(jù)測(cè)試結(jié)果，判斷該間隔的電流互感器二次回路是否正確。

8）更換被測(cè)間隔時(shí)，只需先將下一個(gè)間隔的出線(xiàn)側(cè)地刀合上，再拉開(kāi)前一個(gè)間隔的出線(xiàn)側(cè)地刀即可，無(wú)須重新?lián)Q接線(xiàn)。后續(xù)測(cè)試與前間隔相同。

9）校驗(yàn)另一段母線(xiàn)的間隔時(shí)，除合上出線(xiàn)側(cè)地刀外，還應(yīng)將母聯(lián)合上形成通路，同時(shí)也滿(mǎn)足了對(duì)母聯(lián)間隔進(jìn)行通流的條件。

4.2 效益分析

由于本施工校驗(yàn)方法由三相電流回路同時(shí)測(cè)試，而且對(duì)幾個(gè)工序進(jìn)行了整合，因此，校驗(yàn)效率、校驗(yàn)質(zhì)量都有所提高。隨著本校驗(yàn)方法的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用，從質(zhì)量、效率、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)4個(gè)方面取得了良好的效益，以下對(duì)前3個(gè)方面進(jìn)行分析。

質(zhì)量效益：本校驗(yàn)方法從宏觀(guān)的回路上進(jìn)行校驗(yàn)，避免了因分工序校驗(yàn)帶來(lái)的銜接問(wèn)題，通過(guò)實(shí)現(xiàn)施工方法的規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化，有效減少校驗(yàn)失誤，消除施工隱患，有效提高施工質(zhì)量。

效率效益：近幾年，隨著電力建設(shè)的不斷加快，對(duì)施工進(jìn)度的要求不斷提高。本校驗(yàn)方法整合了校驗(yàn)步驟，檢驗(yàn)時(shí)間大大縮短，通過(guò)合理安排施工流程，提高了校驗(yàn)準(zhǔn)確率，有效減少了問(wèn)題查找解決時(shí)間。電流回路仿真校驗(yàn)儀的使用，提高了操作的簡(jiǎn)便性，對(duì)比傳統(tǒng)方法有效加快了施工進(jìn)度[4]。

經(jīng)濟(jì)效益：本校驗(yàn)方法與傳統(tǒng)的校驗(yàn)方法進(jìn)行對(duì)比，每個(gè)220 kV變電站采用本校驗(yàn)方法平均可節(jié)約12個(gè)工日，由此而降低人工費(fèi)用、車(chē)輛使用成本等。

5 結(jié)語(yǔ)

本文所研究的大型GIS電流互感器二次回路校驗(yàn)方法利用大型GIS設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，融合提煉現(xiàn)場(chǎng)傳統(tǒng)施工經(jīng)驗(yàn)改進(jìn)而成，適用于110 kV及220 kV電壓等級(jí)大型GIS設(shè)備電流互感器二次回路的相關(guān)校驗(yàn)。該校驗(yàn)方法先后在廣州市電力工程有限公司220 kV鏡湖（雅瑤）輸變電工程、220 kV化龍輸變電工程等多個(gè)項(xiàng)目中得到成功應(yīng)用，證明其先進(jìn)有效，符合現(xiàn)場(chǎng)施工要求，可用于規(guī)范、指導(dǎo)以后的校驗(yàn)工作。

通過(guò)本新校驗(yàn)方法的應(yīng)用可有效提高新建變電站投產(chǎn)效率，減少因回路錯(cuò)誤導(dǎo)致的故障停電，縮短停電檢修時(shí)間，從而改善用電企業(yè)與廣大市民的用電感受，建立起電力施工與運(yùn)行維護(hù)的良好企業(yè)形象。