錢星榕，丁 蘇

(福建省送變電工程公司，福建 福州 350013)

一起500?kV?HGIS電流互感器誤差超差問題分析

錢星榕，丁 蘇

(福建省送變電工程公司，福建 福州 350013)

在500 kV HGIS組合電器交接試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)電流互感器誤差測(cè)量結(jié)果異常。通過對(duì)誤差原因的判斷和測(cè)試分析，發(fā)現(xiàn)支撐HGIS殼體的金屬連接支架形成環(huán)繞鐵芯的回路，且回路經(jīng)過HGIS構(gòu)架接地，并通過接地線形成閉合環(huán)路，造成電流互感器誤差嚴(yán)重超差。對(duì)此類故障進(jìn)行了詳細(xì)的分析總結(jié)，具有典型的指導(dǎo)意義。

HGIS；電流互感器；組合電器；超差

0 引言

電流互感器是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)電流間的聯(lián)絡(luò)元件，它將一次回路的大電流轉(zhuǎn)換為小電流，供給測(cè)量?jī)x表和保護(hù)裝置使用。電流是反映系統(tǒng)故障的重要電氣量，而保護(hù)裝置通過電流互感器間接反映一次電流，因此電流互感器的性能直接決定保護(hù)裝置能否正常運(yùn)行。然而互感器本身和其運(yùn)行使用條件決定其存在不可避免的誤差。下文對(duì)一起典型的電流互感器誤差超差進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際工作闡述了誤差帶來的影響，以便在工作中加強(qiáng)重視，并做出正確的分析。

1 發(fā)生過程

廈門海滄500 kV變電所500 kV HGIS電器設(shè)備采用河南平高東芝高壓開關(guān)有限公司生產(chǎn)的HGIS組合電器，型號(hào)為GSR-500R2B。設(shè)備整合了斷路器、電流互感器、隔離刀閘、接地刀閘等一次設(shè)備。在進(jìn)行交接試驗(yàn)時(shí)，要求對(duì)電流互感器進(jìn)行變比比差和角差試驗(yàn)。由于其結(jié)構(gòu)同常規(guī)的單體設(shè)備不同，造成了交接試驗(yàn)HGIS中電流互感器變比試驗(yàn)一次接線的不同。試驗(yàn)時(shí)一次電流接線試驗(yàn)回路如圖1所示，試驗(yàn)大電流線從兩側(cè)的地刀處接入，合上開關(guān)及兩側(cè)的地刀構(gòu)成回路。

測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)各相數(shù)據(jù)基本相似，比差最大達(dá)到-4.56 %，角差達(dá)到-153′。表1是對(duì)500 kV 5011 A相其中的一個(gè)測(cè)量繞組實(shí)測(cè)的一組數(shù)據(jù)表。

圖1 HGIS CT試驗(yàn)回路

表1 處理前500 kV 5011 A相7 S繞組的檢定數(shù)據(jù)

從表1所得的數(shù)據(jù)分析可知，被測(cè)試電流互感器誤差大于0.2 S級(jí)誤差限級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且所有的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)負(fù)誤差，不滿足設(shè)計(jì)要求，即電流互感器應(yīng)具有的規(guī)定的準(zhǔn)確度等級(jí)。

2 原因調(diào)查分析

一般為滿足設(shè)計(jì)要求，電流互感器應(yīng)具有規(guī)定的準(zhǔn)確度等級(jí)，出現(xiàn)誤差超差的值也應(yīng)基本滿足誤差曲線規(guī)律。從二次繞組絕緣不良，繞組存在短路匝、磁路原因，其他外部原因等幾個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行分析。

2.1 二次繞組絕緣不良

電流互感器的繞組絕緣不好可能造成一次或二次繞組上有分流支路，因?yàn)殡娏骰ジ衅鞫嗡迂?fù)載都是低阻的，其等值阻抗歐姆數(shù)量級(jí)很小。所以二次繞組的絕緣(包括匝間、層間和首末端間)要降低到歐姆數(shù)量級(jí)，才能極大地影響到電流互感器的測(cè)量結(jié)果。試驗(yàn)前進(jìn)行絕緣測(cè)試，一次對(duì)地絕緣大于10 000 MΩ，二次對(duì)其他繞組及地的絕緣大于10 000 MΩ，試驗(yàn)連線后一次對(duì)地總的絕緣大于200 MΩ，一二次回路中不存在分流支路。

2.2 電流互感器的二次繞組存在匝間短路

電流互感器結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。

圖2 電流互感器結(jié)構(gòu)原理

根據(jù)全電流定律，若不考慮漏磁，則有

∮H·dl=∑IW=I1W1+I2W2(1)

如果二次繞組存在匝間短路，則W2減小，電流I2增大，所得的結(jié)果應(yīng)該是誤差呈現(xiàn)正誤差，顯然與測(cè)試所得的結(jié)果不符。隨后進(jìn)行了伏安特性試驗(yàn)，數(shù)據(jù)與出廠相符，未發(fā)現(xiàn)有匝間短路問題。

2.3 磁路原因

一次導(dǎo)體產(chǎn)生的磁通不能全部通過電流互感器鐵芯，存在較大漏磁通，會(huì)造成測(cè)量不準(zhǔn)確。鐵芯存在剩磁現(xiàn)象會(huì)使鐵的磁導(dǎo)率下降，從而造成互感器的原始誤差增大，即比值差偏負(fù)，相位差偏正。一般的0.2級(jí)電流互感器經(jīng)過充磁后產(chǎn)生的誤差曲線，偏移不會(huì)超過0.5 %。而實(shí)測(cè)的誤差大大超過0.5 %，在試驗(yàn)中反復(fù)退磁后試驗(yàn)結(jié)果差別不大。

由式(1)可知，如果一次繞組產(chǎn)生的磁通沒有完全經(jīng)過鐵芯，即存在較大的漏磁通也會(huì)產(chǎn)生誤差，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)判斷套管式電流互感器的一次布置采用非導(dǎo)磁材料，通常電流互感器鐵芯由高導(dǎo)磁材料組成閉合回路，發(fā)生漏磁的情況可以忽略。

500 kV HGIS采用外置式電流互感器，并在外側(cè)加有外罩，廠家一次設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)充分考慮到外罩對(duì)鐵芯可能形成一個(gè)短路環(huán)，專門設(shè)置絕緣區(qū)形成斷開點(diǎn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)雖然設(shè)置了絕緣區(qū)，但廠方的現(xiàn)場(chǎng)安裝人員在架設(shè)電流互感器二次回路電纜橋架時(shí)，為方便橋架的固定，利用絕緣區(qū)上的螺栓安裝一塊角鐵用以固定電纜鋁合金橋架，橋架與地相同形成閉合回路，如圖3所示。根據(jù)全電流定律，由圖3可得∮H·dl＝∑IW＝I1W1+I2W2+I3W3，因此可以判斷短路環(huán)對(duì)主磁通有分流作用，可使在二次繞組上感應(yīng)的電流I2減小，從而產(chǎn)生負(fù)誤差。

圖3 HGIS電流互感器電流磁路

其相應(yīng)的電流互感器等值電路如圖4所示。

圖4 電流互感器等值電路

圖4中，Ip，Ie為歸算到電流互感器二次側(cè)的一次電流和勵(lì)磁電流；Is，Id為電流互感器的二次電流及短路環(huán)中的電流；Zp，Ze為歸算到電流互感器二次側(cè)的一次阻抗和勵(lì)磁阻抗；Zct，Zr為電流互感器的二次繞組阻抗和負(fù)載阻抗。

根據(jù)比值差的定義，電流互感器由于實(shí)際變比與額定變比不相等，在測(cè)量電流時(shí)產(chǎn)生數(shù)值誤差是不可避免的，正常時(shí)誤差由勵(lì)磁電流Ie造成。由此可推算出電流互感器的比值誤差為：

廠家的外裝式電流互感器線圈的出廠試驗(yàn)在安裝前單獨(dú)進(jìn)行，表2是500 kV 5011 A相7S繞組的檢定數(shù)據(jù)。

表2 500 kV 5011 A相7S繞組的出廠檢定數(shù)據(jù)

由圖4可知，勵(lì)磁電流Ie由于存在短路環(huán)電流Id產(chǎn)生誤差。將出廠數(shù)據(jù)同處理前的數(shù)據(jù)相比較可以得出，超差主要是由短路環(huán)中流經(jīng)的電流Id造成的，且比值差為負(fù)誤差。

原因確認(rèn)后，拆除電纜橋架與絕緣區(qū)的連接角鐵，然后再對(duì)500 kV 5011 A相進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表3所示。

表3 處理后500 kV 5011 A相7S繞組的檢定數(shù)據(jù)

從表3中的數(shù)據(jù)可知，測(cè)試結(jié)果符合電流互感器的檢定限級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求，并與廠家出廠數(shù)據(jù)相符。

3 結(jié)束語

通過以上分析，HGIS電流互感器測(cè)量不準(zhǔn)確除了要檢查內(nèi)部原因外，還要檢查互感器外部是否有閉合回路。因此在安裝中為了使HGIS能夠長期正常運(yùn)行，必須采取有效措施予以預(yù)防。由于電流互感器組件較重，制造廠在斷路器和電流互感器之間增加支撐架時(shí)，支撐架也要采取絕緣措施。電流互感器外罩和HGIS構(gòu)架相碰也能形成短路，因而必須采取絕緣措施。由于斷路器合跳閘振動(dòng)，絕緣環(huán)會(huì)出現(xiàn)串動(dòng)而造成絕緣破壞，因此絕緣環(huán)和絕緣墊應(yīng)加工成一體，并盡可能采用機(jī)械強(qiáng)度更高的絕緣材料。同時(shí)，建議制造廠嚴(yán)格生產(chǎn)工藝，嚴(yán)格產(chǎn)品質(zhì)量把關(guān)，切實(shí)有效地防止類似事故的發(fā)生。

1 GB 50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].

2 姚 鈺.高橋220 kV變電站GIS配電裝置淺析[J].寧夏電力，2007(6).

3 楊仕友.變電站中的GIS電器設(shè)備[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2007(8).

4 鄭澤鴻.GIS變電站幾個(gè)應(yīng)予注意的問題[J].廣東輸電與變電技術(shù)，2007(2).

5 羅學(xué)琛.SF6氣體絕緣全封閉組合電器[M].北京：中國電力出版社，1999.

6 李建基.高壓開關(guān)設(shè)備實(shí)用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2005.

2013-09-13。

錢星榕(1961-)， 男，工程師，主要從事電氣試驗(yàn)工作。

丁 蘇(1979-)，男，工程師，主要從事電氣高壓試驗(yàn)工作。