康文，方海霞，張宏

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長(zhǎng)沙410004)

高壓電子式零磁通型直流電流互感器的精度要求較高，一旦出現(xiàn)測(cè)量異常，將導(dǎo)致直流輸電系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作，緊急停運(yùn)閉鎖，造成電網(wǎng)事故〔1-2〕。因此，對(duì)該裝置及其備品的離線精度校驗(yàn)方法研究?jī)?yōu)化工作具有重要意義。

結(jié)合鵝城換流站實(shí)際情況，通過(guò)研究常規(guī)校驗(yàn)方法，提出一種高壓電子式零磁通型直流電流互感器電子模塊和一次設(shè)備進(jìn)行離線測(cè)試的基本方法?；诖朔椒ㄟM(jìn)行故障檢測(cè)和維護(hù)，可提高運(yùn)行設(shè)備可靠性。

1 高壓電子式零磁通型直流電流互感器簡(jiǎn)介

1.1 鵝城換流站使用情況介紹

鵝城換流站共有8個(gè)基于零磁通原理的直流電流互感器 (以下簡(jiǎn)稱(chēng)DCTA)，用于測(cè)量直流場(chǎng)及閥廳直流電流，每個(gè)DCTA含有2個(gè)一次線圈，分別用于A，B冗余系統(tǒng)。每個(gè)一次線圈對(duì)應(yīng)1臺(tái)EMVI711EZ型號(hào)的電子模塊，用于直流電流的測(cè)量工作。該模塊有50 A和3 000 A 2種，前者2臺(tái)，后者14臺(tái)，總計(jì)16臺(tái)。

1.2 原理介紹

DCTA是將一次直流電流轉(zhuǎn)換成小電壓，提供給測(cè)量裝置，進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，輸入控制保護(hù)系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)電流計(jì)算和控制保護(hù)〔3〕。其測(cè)量原理圖如圖1所示。

圖1 電子式零磁通型直流電流互感器測(cè)量原理圖

零磁通直流電流互感器由磁積分器和磁調(diào)制器組成，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。

由測(cè)量原理圖可發(fā)現(xiàn)，磁積分器由N3，N4，N5、功放和負(fù)載電阻構(gòu)成。繞組N1，N2、峰值檢測(cè)器和振蕩器組成磁調(diào)制器。

磁積分器工作原理:利用功放消除N3繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使原邊繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)和副邊繞組N4產(chǎn)生的磁勢(shì)完全平衡。即原邊和副邊安匝平衡:IdW1=I2W2，W2包含 N4和N5繞組 (對(duì)于額定電流3 000 A的型號(hào)，N4=N5=5 520，對(duì)于額定電流50 A的型號(hào)，N4=N5=920)，W1為一次通流回路 (原邊繞組為1匝)。

磁調(diào)制器工作原理:振蕩器激勵(lì)T1和T2，使之進(jìn)入飽和狀態(tài)。當(dāng)T1和T2鐵芯飽和時(shí)，電流陡增。N1繞組的電流激增被風(fēng)機(jī)檢測(cè)器感應(yīng)到，N2用來(lái)平衡N1產(chǎn)生的磁通量。如果鐵芯內(nèi)是純直流磁通量，峰值探測(cè)器會(huì)感應(yīng)到正、負(fù)峰值并向功放提供校正信號(hào)。

當(dāng)被測(cè)直流電流Id≠0時(shí)，峰值檢測(cè)器輸出校正電壓Ur，Ur控制磁積分器的功放，使功放輸出副邊補(bǔ)償電流I2，從而使鐵芯中安匝數(shù)完全平衡，即Id=I2W2，W2包含N4和N5繞組。當(dāng)Id越大時(shí)，功放產(chǎn)生的補(bǔ)償電流越大，反之則越小。

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。磁通的一切變化都會(huì)在繞組N3上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓在積分器反相輸入端驅(qū)動(dòng)，從而改變功放輸出的補(bǔ)償電流I2，使得原邊和副邊繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)完全平衡?！?〕

最后，通過(guò)測(cè)量補(bǔ)償電流I2在負(fù)載電阻上形成直流電壓信號(hào)，可以得到一次電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量直流電流目的。

1.3 鵝城換流站設(shè)備計(jì)算實(shí)例

以閥廳3 000 A零磁通直流TA為例進(jìn)行計(jì)算說(shuō)明其原理。根據(jù)附件設(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±1.666 7 V;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3 000 A，用于直流輸電系統(tǒng)控制和保護(hù)。

2 原有備品校驗(yàn)方法及其優(yōu)化

2.1 原有備品校驗(yàn)

對(duì)原有備品精度校驗(yàn)需在停電檢修中進(jìn)行，首先需要解開(kāi)正在運(yùn)行的正常DCTA互感器線圈，接入備品電子模塊，利用運(yùn)行設(shè)備電源和一次互感器線圈進(jìn)行相關(guān)校驗(yàn)工作，無(wú)法在不停電時(shí)單獨(dú)對(duì)備品電子模塊進(jìn)行校驗(yàn)。

該方法存在以下問(wèn)題。首先，一旦誤動(dòng)正常運(yùn)行端子，將會(huì)導(dǎo)致保護(hù)端子燒毀。其次，若恢復(fù)不可靠，可能造成運(yùn)行設(shè)備TA二次開(kāi)路，損壞設(shè)備。最后，在大修工期要求較高的情況下，涉及到斷復(fù)引等工作，危險(xiǎn)系數(shù)較高。

2.2 校驗(yàn)方法優(yōu)化

通過(guò)1臺(tái)直流穩(wěn)壓電源、1臺(tái)高精度電流源、1臺(tái)高精度數(shù)字電流表和電壓表，按照?qǐng)D2將電子模塊、一次互感器、保護(hù)專(zhuān)用端子進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)離線電子模塊和一次互感器設(shè)備的精度校驗(yàn)。

圖2 帶線圈測(cè)試試驗(yàn)接線圖

3 精度校驗(yàn)方法

3.1 備品DCTA離線測(cè)試方法

3.1.1 空載測(cè)試

接入110 V直流穩(wěn)壓電源，不接入直流TV二次繞組，進(jìn)行空載測(cè)試，驗(yàn)證電子模塊基本功能。在面板端子排測(cè)量1(+)和2(-)端子間直流電壓，為93～122 V;檢查電子測(cè)量單元2塊直流電壓轉(zhuǎn)換器上綠色指示燈亮;在電子模塊測(cè)試孔上測(cè)量直流電壓轉(zhuǎn)換器輸出電壓。測(cè)量要求見(jiàn)表1。測(cè)試通過(guò)后，進(jìn)行后續(xù)的帶線圈測(cè)試。

3.1.2 帶線圈測(cè)試

通過(guò)保護(hù)端子將穩(wěn)壓電源、電子模塊、零磁通互感器線圈連接，進(jìn)行帶線圈測(cè)試工作。

1)用示波器觀察電子測(cè)量單元測(cè)試孔M7對(duì)M4波形，標(biāo)準(zhǔn)波形如圖3所示。

圖3 電子模塊標(biāo)準(zhǔn)波形

2)若波形出現(xiàn)畸變或電壓峰值出現(xiàn)偏差，調(diào)節(jié)電子模塊“amplitude adj”，使波形峰值達(dá)到2 V。在測(cè)試過(guò)程中，要求波形周期固定18 ms左右(見(jiàn)圖4)，電位器的調(diào)整僅改變波形峰值，不影響周期。

圖4 電子模塊實(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，小于1 mV。

4)解開(kāi)繞組 N5與 N4的并聯(lián)回路，斷開(kāi)X13—X23和 X12—X22連接片，將 N5與 N4繞組隔離。通過(guò)專(zhuān)用儀器測(cè)精度:“22(-)”“23(+)”接到高精度電流源;“14(+)”“15(-)”接到電壓表;在N5繞組上注入測(cè)試電流Itest，測(cè)量電子模塊輸出電壓Vout，標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓與測(cè)試電流必須滿足下列公式:

通過(guò)實(shí)測(cè)值Vout實(shí)測(cè)與Vout標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，即可得出其測(cè)試精度:

DCTA 精度 = (Vout實(shí)測(cè)-Vout標(biāo)準(zhǔn))/Vout標(biāo)準(zhǔn)

3.2 運(yùn)行DCTA測(cè)試工作及故障檢測(cè)

3.2.1 故障檢測(cè)

對(duì)于在運(yùn)行的DCTA，不必進(jìn)行空載測(cè)試工作，而是直接進(jìn)行帶線圈測(cè)試工作。用示波器觀察電子模塊測(cè)試孔M7對(duì)M4波形，檢查峰值脈沖頻率為18.12 ms，但是幅值偏小，為1.600 V。如圖5所示。

此設(shè)備在2012年出現(xiàn)過(guò)一次測(cè)量異常，基本判定其運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)偏差。根據(jù)要求，調(diào)節(jié)增益到2.00 V。

3.2.2 精度校驗(yàn)

解開(kāi)繞組N5與N4的并聯(lián)回路，拆下短接片，將N5與N4繞組隔離，在N5繞組〔22(-)”“23(+)〕上注入測(cè)試電流Itest，測(cè)量電子測(cè)量單元的輸出電壓Vout，輸出電壓與測(cè)試電流必須滿足下列公式:

在現(xiàn)場(chǎng)一次側(cè)注入1 500 A電流，在控制保護(hù)系統(tǒng)軟件讀取實(shí)時(shí)測(cè)量值為1 500～1510 A之間變化。同樣方法，依次注入不同電流值，計(jì)算出其具體精度，應(yīng)符合技術(shù)文件要求。

3.2.3 DCTA精度校驗(yàn)注意事項(xiàng)

1)注意區(qū)分每臺(tái)電子模塊的型號(hào) (區(qū)別50 A和3 000 A);

2)在短接TV端子或劃開(kāi)TV連接片時(shí)，一定要做好記錄，及時(shí)恢復(fù)，嚴(yán)防TV線圈二次開(kāi)路;

3)在接入110 V直流電源時(shí)，不要帶電接入，防止人員觸電;

4)最好使用空開(kāi)分合裝置電源，不建議使用劃片，至少要使用空開(kāi)旁邊的壓入式鳳凰端子。

4 結(jié)論

本測(cè)試方法通過(guò)在鵝城換流站備品試驗(yàn)、同時(shí)在年度檢修期間對(duì)在運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行了故障檢測(cè)和精度校驗(yàn)，證明較原有備品精度校驗(yàn)方法更安全、快捷、可靠，可用于國(guó)內(nèi)換流站各批次電子式零磁通型直流電流互感器備品精度校驗(yàn)。

同時(shí)通過(guò)對(duì)在運(yùn)16臺(tái)電子式零磁通直流電流互感器在線檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了1例性能差異，及時(shí)進(jìn)行了調(diào)整，能滿足高壓零磁通型直流電流互感器的精度校驗(yàn)和維護(hù)工作。

〔1〕梁旭明，吳巾克，冀肖彤.國(guó)家電網(wǎng)公司直流輸電工程控制保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行情況分析〔J〕.電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(23):7-11.

〔2〕羅德彬，汪峰，徐葉玲.國(guó)家電網(wǎng)公司直流輸電系統(tǒng)典型故障分析〔J〕.電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(1):35-39.

〔3〕國(guó)家能源局.DL/T 353—2010高壓直流測(cè)量裝置檢修導(dǎo)則〔S〕.北京:中國(guó)電力出版社，2011.

〔4〕申莉，聶珣，鄭華，等.直流TA電子測(cè)量單元校驗(yàn)方法探討〔J〕.電測(cè)與儀表，2008，45(513):18-22.