GIS电流互感器试验方案研究

罗同春

摘要：介绍了1000kV电流互感器设备的概况,根据GIS电流互感器的安装、技术特点以及现场检定技术的发展现状,提出了针对我省特高压变电站GIS电流互感器的检测技术方案,给出了试验设备的技术参数和要求。

关键词：特高压；GIS套管式电流互感器；误差试验方案

1引言

在500kV高压试验中,电流互感器将主要安装在变压器、电抗器套管处以及GIS(全封闭组合电路)断路器两侧,均为套管式电流互感器,其额定电流多数为4000A及以下。在现场交接试验中,对电流互感器一次回路施加全电流(即1.2倍额定电流)是很有必要的,可以检验电流互感器各个线圈在组装之后是否存在相互电磁干扰的问题。试验回路电流可以按4kA的1.2倍(4.8kA)考虑,近似取值为5kA。

由于GIS的金属罐体尺寸庞大,一次回路升流试验难度很大。较长的一次升流回路不仅存在回路电阻,消耗较小的有功功率,而且存在较大的回路电感,消耗很大的无功功率。环形回路包围的面积越大,回路无功消耗越大,升流难度越大。因此,全电流试验要求针对不同大小的环形回路估测出有功和无功试验容量,选择适当的电容器组进行无功补偿,并且选择技术参数适当的升流装置。

升流装置包括升流器组、电容补偿装置、大电流试验导线、电源控制系统及辅助设施,因此需要对升流装置进行设计和估算,合理选择升流器、一次导体、补偿电容器的参数。

2试验回路参数的估算

将升流装置的大电流输出导线接入GIS本体的进出线两端,构成一个较长的大电流试验回路,被试回路导体的截面积为2500mm2,根据GIS各试验间隔回路尺寸的不同,我们测算出不同长度试验回路参数,见表1。

可以看出,试验回路的有功容量大约占到回路总容量的2.2%左右,考虑到实际回路导线接触点较多，不同试验回路的电阻值存在差异,以及当GIS回路导体电流较大时存在不容忽视的涡流损耗,因此有功损耗可能要比预想的大。

3升流装置的选择和配置

3.1升流器本体

单体升流器的参数选择:升流容量20kVA;输入电压380V,输出单匝电势额定值为4.0V。因此输出1匝为5kA(4V)、4匝为1.25kA(16V)、10匝为500A(40V)、20匝为250A(80V)。

由单体升流器组成升流器组,根据回路实际阻抗的不同进行组合使用,以保证试验回路对端口电压的要求。升流器单匝5级串联的电势为20V(5kA),20匝5级串联时的总电势为400V(250A),再并联一组时的额定输出电流为500A。试验电流5kA、试验容量2000kVA对应的升流装置电势电压达400V,试验回路消耗的有功容量按回路总容量的5%选取,升流装置要提供250A的有功电流。因此,每个单体升流器输出绕制20匝,输出电压80V,大电流试验导线应选取额定工作电流大于250A的导线。试验回路阻抗参数范围较广,不同的阻抗需要配置的试验容量不同,可通过对升流器的组合设计,兼顾可能出现的端口电压。试验估计需要配备10台(20kVA)升流器,按照串联、并联和串并联接线方式组建升流器组。

通常制造厂选择的铁芯磁密过高,实际输出容量较低,因此要认真核对设计容量。为保证输出电流波形失真度小,铁芯柱的有效直径不小于H250mm。要求升流器采用对称结构,一次和二次导线均匀绕制以减少升流器内阻抗,升流器单体重量不宜超过1000kg。

3.2调压装置

升流装置配置的调压装置容量不低于升流器容量。考虑到商品化调压器容量计算和试验工程计算上存在的差异,因此选择的单台调压器标称容量至少为200kVA或250kVA。

3.3试验原理图

图1是对试验回路施加大电流试验的原理接线图。图1中,T1为升流装置,T2为调压装置,CTN和CTx分别为标准和被检电流互感器,R、L为试验回路的等值电阻和等值电感,并且感抗XL>>R,由于回路阻抗较大,需要升流装置T1提供较大的试验容量。在升流装置T1的输出端口并联匹配的电容C,可以对感性无功进行补偿,从而减小了升流装置T1的输出容量。

由于回路阻抗变化范围较大,每次试验都要对电容器进行配置,配置时要考虑单元电容器的安全耐压、电容器配置的灵活性以及电容量的调节细度。配置原则以80V端口电压为基础点,单元电容器选择10000μF/200V。无功补偿电容的补偿量要求占回路总容量的95%以上,否则无功补偿效果不明显。

4间接法的试验方法

互感器的误差测量以直接(测差)法为准,如果施加电流达不到规定值,允许采用间接法检测,但是使用间接法的前提是采用直接法测量20%额定电流的误差。目前主要采用的间接测量方法包括外推法和模拟负荷法两种。

（1）外推法

在不低于额定电流20%的条件下,测量CT误差,然后测量互感器的激磁阻抗和回路阻抗,根据励磁曲线推算出20%～120%额定工作电流的误差特性曲线。这种方法的缺陷是缺少对附加误差的验证,在检测较大的电流比时测量误差较大。

（2）模拟负荷法

模拟负荷法同样需要在不低于额定电流20%的条件下测量电流互感器误差,区别在于需要人为加大二次负荷。例如,现场可以施加20%额定电流,如果不计电流互感器漏抗影响,将二次负荷加大5倍,在20%额定工作电流下的励磁磁势已经达到了100%工作电流下的励磁磁势。通过这种方式间接测量电流互感器在额定电流下的测量误差,这种试验需要配置较多的二次负荷箱,但是成本还是比较低的。

5结束语

无功补偿装置即电容器组的配置,在理论计算的基础上还要结合试验回路的实际情况反复试验,对电容器组合进行适当的调整,以获得最好的补偿效果。虽然交接试验标准中允许使用间接法进行测量,但作为特高压工程的首次现场检测,对GIS电流互感器进行全电流试验是必要的。其意义在于:虽然互感器本身在出厂时做过试验,但是在现场与GIS罐体进行组装后,互感器各线圈之间、互感器与罐体之间的电磁干扰程度还需要在全电流下进行检查和验证。