向華，徐先勇，羅志坤，歐朝龍，萬(wàn)全

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007)

目前，大多數(shù)的直流輸電系統(tǒng)中采用傳統(tǒng)的電磁式直流或直流電子式電流互感器〔1-2〕。直流控制保護(hù)系統(tǒng)依賴于直流測(cè)量設(shè)備來(lái)測(cè)量直流系統(tǒng)的直流電壓和直流電流，并依此判定直流系統(tǒng)運(yùn)行狀況〔3〕。此次鵝城換流站直流場(chǎng)的極Ⅰ中性母線區(qū)、極Ⅱ中性母線區(qū)、雙極中性母線連接區(qū)和接地極線區(qū)共安裝了8臺(tái)零磁通直流CT(簡(jiǎn)稱(chēng)DCCT)。每臺(tái)零磁通直流CT提供2組二次繞組，配置2臺(tái)電子測(cè)量單元，將大直流電流量轉(zhuǎn)化為小直流電壓量供直流控制保護(hù)A，B系統(tǒng)使用。

目前，零磁通直流CT電子測(cè)量單元有3種原理〔4〕。第1種是從磁化電流波形的成分分析利用零磁通平衡時(shí)，檢測(cè)線圈被正弦波激勵(lì)后所產(chǎn)生的磁化電流中只有奇次諧波成分，偏離平衡時(shí)則有偶次諧波成分，且以二次諧波為主，故采用檢測(cè)二次諧波的方法檢測(cè)出直流信號(hào);第2種是從磁化電流的幅度大小進(jìn)行分析，依據(jù)正弦波信號(hào)激勵(lì)檢測(cè)線圈而產(chǎn)生的磁化電流在零磁通平衡時(shí)存在半波對(duì)稱(chēng)性，在偏離平衡時(shí)，磁化電流的半波不對(duì)稱(chēng)，而通過(guò)檢測(cè)正弦信號(hào)驅(qū)動(dòng)檢測(cè)線圈而產(chǎn)生的磁化電流的正負(fù)峰值來(lái)檢測(cè)被測(cè)電流的檢測(cè)信號(hào);第3種是將2個(gè)相同的檢測(cè)磁芯上的檢測(cè)線圈平均分為4組，每個(gè)檢測(cè)磁芯上各有2組檢測(cè)線圈，同一檢測(cè)磁芯上的線圈繞向相同，不同檢測(cè)磁芯的線圈繞向相反，通過(guò)線圈組合使磁化電流的奇次波相抵消，偶次諧波相加，以此獲得被測(cè)電流的檢測(cè)信號(hào)。

1 結(jié)構(gòu)與原理

圖1為零磁通直流TA及其電子測(cè)量單元測(cè)量原理圖，零磁通直流TA共5個(gè)線圈、3個(gè)鐵芯。鐵芯T1，T2，T3分別對(duì)應(yīng)輔助繞組 N1，N2，N3。匝數(shù)相同的補(bǔ)償繞組N4和校準(zhǔn)繞組N5并聯(lián)，圍繞3個(gè)鐵芯，N5在校準(zhǔn)補(bǔ)償繞組N4時(shí)，與N4解開(kāi)并聯(lián)，正常運(yùn)行時(shí)N4和N5并聯(lián)使用。一次繞組及N4，N5分別與 T1，T2，T3交鏈。

圖1 零磁通直流CT及其電子測(cè)量單元測(cè)量原理圖

正常工作時(shí)，T1，T2由振蕩器激勵(lì)，進(jìn)入飽和狀態(tài)。此時(shí)若Id≠0，將導(dǎo)致鐵芯進(jìn)一步飽和，電流陡增。峰值探測(cè)器通過(guò)電阻感應(yīng)到電流的陡增(正、負(fù)峰值)，并向功放提供校正信號(hào)，后經(jīng)功放提供電壓進(jìn)而產(chǎn)生電流I2。I2流過(guò)N4，N5線圈，產(chǎn)生磁通I2W2(W2包含N4和N5繞組)來(lái)平衡Id在鐵芯T1，T2，T3中產(chǎn)生的磁通，使得鐵芯飽和程度降低，峰值檢測(cè)器檢測(cè)不到峰值?？梢钥闯觯娏鱅2可以反映一次電流Id，通過(guò)測(cè)量I2在負(fù)載電阻上形成的直流電壓信號(hào)，即可得到一次電流信號(hào)大小，實(shí)現(xiàn)直流電流測(cè)量的目的。

實(shí)際上，由于功放有限的增益和磁通量漂移，原邊和副邊磁勢(shì)不能保持平衡。為了恢復(fù)安匝數(shù)平衡，需要形成一個(gè)具有負(fù)反饋的系統(tǒng)，此時(shí)，磁積分器實(shí)現(xiàn)了該目的。

經(jīng)過(guò)分析看出，因I2流過(guò)N4，N5線圈產(chǎn)生的磁通I2W2與Id在鐵芯T1，T2，T3中產(chǎn)生的磁通相平衡，故一次繞組及N4，N5共同作用于鐵芯T1，T2，T3后，整體磁通量為零。振蕩器激勵(lì)N1，N2繞組，由于電流不是由同名端流入，故振蕩器作用于鐵芯T1，T2后，整體磁通量也為零。對(duì)于N3繞組，只反映磁通的變化，認(rèn)為是無(wú)源的，里面磁通為零。因此，3個(gè)鐵芯對(duì)外表現(xiàn)出的磁通整體為零，故稱(chēng)零磁通CT。

以鵝城換流站DCCT閥廳3000A零磁通直流CT為例說(shuō)明其原理。根據(jù)設(shè)備銘牌參數(shù)，得到繞組匝數(shù):P1P2(W1)=1;N1=1 500;N2=1 500;N3=1 500;N4=5 520;N5=5 520;電流額定值Id=3 000 A;負(fù)載電阻R=1 kΩ;額定輸出二次電壓±1.6667 V(經(jīng)過(guò)放大系數(shù));補(bǔ)償額定電流I2=±0.543 48 A

在安匝平衡狀態(tài)下，原邊安匝數(shù)為:

副邊安匝數(shù)為:

在排除測(cè)量誤差下，原邊和副邊實(shí)現(xiàn)了安匝平衡，該電流經(jīng)過(guò)1 kΩ負(fù)載電阻和分壓電阻后，輸入輸出放大器，最后額定輸出小電壓值為1.666 7 V，送入電子測(cè)量板卡PS862E，在軟件中換算成一次電流值，用于直流系統(tǒng)控制和保護(hù)。

2 接線與檢測(cè)方法

2.1 接線原理

圖2為DCCT一次設(shè)備的接線盒與二次電子測(cè)量單元之間的接線原理圖。實(shí)際接線時(shí)，從DCCT二次接線端子盒端子先把繞組 N1，N2，N3，N4，N5接地端子和屏蔽端子接線都接入暫態(tài)電壓保護(hù)用二極管，然后由暫態(tài)電壓保護(hù)二極管輸出信號(hào)接入DCCT二次電子測(cè)量單元端子排，所有接地線、信號(hào)線和屏蔽線都一一對(duì)應(yīng)接好。

圖2 電子測(cè)量裝置和DCCT接線原理圖

2.2 檢測(cè)方法及步驟

2.2.1 DCCT電子測(cè)量單元安裝到回路前的檢測(cè)

在僅接入110 V直流電源而不接入DCCT二次繞組情況下進(jìn)行測(cè)試:

1)打開(kāi)面板，在面板端子排上測(cè)量1(+)和2(-)端子間直流電壓;

2)電子測(cè)量單元左邊2塊直流電壓轉(zhuǎn)換器上綠色指示燈點(diǎn)亮;

3)在電子測(cè)量單元測(cè)試孔上測(cè)量直流電壓轉(zhuǎn)換器輸出電壓;

4)在面板端子排上用鉗形電流表測(cè)量流過(guò)1號(hào)端子或5號(hào)端子的直流電流。

5)以接供電電源或不接供電電源分別測(cè)試供電電源繼電器18對(duì)19之間電阻;

6)測(cè)試控制繼電器:測(cè)量16，17端子間電阻;

7)在電子測(cè)量單元測(cè)試孔上測(cè)量M6對(duì)M4的交流電壓、M8對(duì)M4的直流電壓、M10對(duì)M11的直流電壓、M9對(duì)M4的直流電壓。

2.2.2 DCCT電子測(cè)量單元安裝到回路中的檢測(cè)

完成電子測(cè)量單元的安裝工作，即連接上電子測(cè)量單元的110 V直流工作電源，CT二次繞組，直流電壓負(fù)載后，并在一次注流后進(jìn)行。

1)檢查是否提供110 V直流工作電源。

2)按照?qǐng)D3接線，用示波器檢測(cè)電子測(cè)量單元測(cè)試孔M7對(duì)M4的激勵(lì)電流波形，并記錄波形峰值及頻率值。

圖3 零磁通電流測(cè)量裝置激勵(lì)電流峰值檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)接線圖

3)按照?qǐng)D4接線，進(jìn)行準(zhǔn)確度的檢測(cè)。解開(kāi)繞組N5與N4的并聯(lián)回路，將N5繞組與N4繞組隔離，在N5繞組上注入測(cè)試電流Itest，測(cè)量電子測(cè)量單元的輸出電壓Uout，輸出電壓與測(cè)試電流必須滿足下列公式 (其中UN為二次額定輸出電壓，IN為二次額定輸入電流:

4)按照0.2IN，0.4IN，0.6IN，0.8IN，IN這樣5個(gè)點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)并記錄。

5)試驗(yàn)結(jié)束，拆除測(cè)試線，斷開(kāi)電源，并檢查和清理現(xiàn)場(chǎng)。

圖4 零磁通電流測(cè)量裝置準(zhǔn)確度檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)接線圖

3 實(shí)用情況

使用文中提出的檢測(cè)方法對(duì)鵝城換流站DCCT二次電子測(cè)量單元進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，被試品型號(hào)為EMVI.711EZ，等 級(jí) 為 0.1級(jí)，編 號(hào) 為 07/60000084，額定一次電流為50 A。檢測(cè)過(guò)程中采用的儀器為T(mén)DM-A多功能標(biāo)準(zhǔn)源 (0.01級(jí))，1281數(shù)字萬(wàn)用表、34401A數(shù)字萬(wàn)用表 (直流信號(hào)等級(jí)均為0.005級(jí))，DPO3034示波器。檢測(cè)依據(jù)規(guī)程為JJG(電力)01—1994《電測(cè)量變送器檢定規(guī)程》，Q/GDW 530-2010《高壓直流輸電直流電子式電流互感器技術(shù)規(guī)范》，Q/GDW 499—2010《高壓直流輸電直流測(cè)量裝置狀態(tài)檢修導(dǎo)則》。從表1的基本誤差測(cè)試結(jié)果可知，該被測(cè)DCCT二次電子測(cè)量單元等級(jí)符合0.1級(jí)。

表1 基本誤差

3.1 投運(yùn)前檢測(cè)

在接入110 V直流電源，不接入直流CT二次繞組情況下進(jìn)行下列測(cè)試:

1)在面板端子排上測(cè)量以下端子間的直流電壓 (允許范圍93～122 V)。1(+)對(duì)2(-)的直流電壓測(cè)試值為110.03 V;3(+)對(duì)4(-)的直流電壓測(cè)試值為109.33 V。

2)測(cè)量各測(cè)量點(diǎn)供電電壓 (M4=0，接地)。M1對(duì)M4的供電電壓 (允許范圍22～26 V)，測(cè)試值為23.897 V;M2對(duì)M4的供電電壓 (允許范圍-22～-26 V)，測(cè)試值為-23.854 V;M3對(duì)M4的供電電壓 (允許范圍14～16 V)，測(cè)試值為14.984 V;M5對(duì)M4的供電電壓 (允許范圍-14～-16 V)，測(cè)試值為-15.176 V。

3)測(cè)量供電電流 (允許范圍＜130 mA)。測(cè)量點(diǎn)1對(duì)供電端的供電電流測(cè)試值為80 mA。

4)測(cè)試供電電源繼電器電阻。測(cè)量點(diǎn)18對(duì)19電阻 (允許值為0，接供電電源)，測(cè)試值為2.52 Ω;測(cè)量點(diǎn)18對(duì)19電阻 (允許值為∞，不接供電電源)，測(cè)試值為∞。

5)測(cè)試控制繼電器。測(cè)量16，17端子間電阻(允許值為∞)，測(cè)試值為∞。

6)在電子測(cè)量單元測(cè)試孔上測(cè)量M6對(duì)M4的交流電壓 (允許范圍5～8 V)，實(shí)際測(cè)試值為6.037 V。

7)在電子測(cè)量單元測(cè)試孔上測(cè)量M8對(duì)M4的直流電壓 (允許范圍45～51 V或-45～-51 V)，測(cè)試值為47.185 V。

8)在電子測(cè)量單元測(cè)試孔上測(cè)量M10對(duì)M11的直流電壓和M9對(duì)M4的直流電壓 (應(yīng)＜1 mV)，測(cè)試值為-0.003 mV，0.007 mV。

3.2 安裝后檢測(cè)

完成電子測(cè)量單元的安裝工作，并連接上所有電纜連接線后，進(jìn)行以下的檢測(cè)工作:

1)檢查110 V直流工作電源已投入，且正常。2)用示波器檢測(cè)電子測(cè)量單元測(cè)試孔M7對(duì)M4的波形，實(shí)測(cè)波形如圖5所示，檢測(cè)到的波形峰值為1.92 V，周期為18.12 ms。

圖5 M7對(duì)M4的實(shí)測(cè)波形

3)在電子測(cè)量單元測(cè)試孔上測(cè)量M8對(duì)M4的直流電壓 (應(yīng)＜1 mV)，測(cè)量值為-0.27 mV。

4)在面板端子排上測(cè)量16，17端子間及18，19端子間電阻 (允許值為0)，測(cè)量值分別為1.40 Ω，2.54 Ω。

4 結(jié)論

文中介紹了鵝城換流站零磁通直流CT及電子測(cè)量單元基本工作原理，針對(duì)DCCT電子測(cè)量模塊備品的精度測(cè)試，提出了“DCCT一次設(shè)備備品+二次測(cè)量裝置備品”的測(cè)試方法，該方法安全、高效、簡(jiǎn)便。

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