电流互感器基本误差现场检定一次升流方法的研究

许灵洁，周 琦，周永佳，李航康

（浙江省电力试验研究院，杭州 310014）

DL/T 448-2000电能计量装置技术管理规程要求对电能计量用互感器的准确度实行安装前、运行中和轮换拆回的全过程考核。安装前的检定指新购入或用户提供作计费用的互感器，安装前应进行试验室或现场首次检定；现场检验指电磁式电流互感器每10年应现场检验一次。对运行中互感器实际二次负荷则应进行现场测量。

发电厂与电网之间、联网线路之间、电网与大用户之间均要按电量计费结算，高压电能计量装置的准确可靠涉及各方经济利益。而电流互感器的基本误差检定，则是保证计量装置准确性的重要一环。

1 现场电流互感器基本误差检定存在的困难

电流互感器误差的现场测量一般采用比较法进行，就是将一台被检电流互感器与一台标准电流互感器比较，如图1所示。被检电流互感器一次绕组的P1端和标准电流互感器的L1端对接，二次绕组的S1端和标准电流互感器的K1端对接。共用一次绕组的其它电流互感器二次绕组端子用导线短路并接地。在互感器二次回路将两者形成的差流送入误差测量装置如互感器校验仪，测出被检电流互感器相对于标准电流互感器的比值差和相位差。

图1 电流互感器误差测量原理接线图

在现场进行高电压、大电流电流互感器基本误差检定中，除需要标准电流互感器外，还需大电流发生器及与之配套的调压器和大电流导线等升流设备，检定过程费时费力。而电压等级越高，电流互感器的绝缘距离就越大，与标准电流互感器一次导线形成的回路越长，即交流阻抗越大，升至额定试验电流就越困难。如500 kV电流互感器一次接线端距地面有的达到十几米，一次额定电流高达2 000～4 000 A，检定时得动用吊车进行高空作业，受现场电源、升流及调压设备的制约，要升至额定电流困难很大。对气体绝缘组合电器（GIS）中的电流互感器检定更是现场试验中不易解决的问题。例如台州电厂五期工程220 kV GIS 10号变压器端电流互感器回路超过100 m，为了升起一次电流，需要的升流器容量达数百千伏安。随着大容量机组陆续投产，发电机出口电流互感器测量的电流越来越大，有的额定电流已接近30 kA。

可见在电流互感器现场检定试验工作中传统的升流方法已不能满足检定工作的要求，已影响到电流互感器的现场检定工作，必须予以解决。

2 大电流导线对升流能力的影响分析

2.1 大电流导线电阻和回路接触电阻的影响

大电流导线的电阻可以用下式表示:

式中：L为大电流导线的长度，L=15～30 m；A为大电流导线的截面面积，A=I1n/J；J为大电流导线的电流密度， J=（5～10）mm2； I1n为一次电流值。

由上式可见，连接导线的电阻与导线长度L及电流密度J成正比，与一次电流的大小成反比。如果连接导线的总长度L和电流密度J不变，即当L和J均为常数时，导线电阻就与电流成反比，电阻压降也就成为常数，即压降不变：

同时考虑到连接导线的接触电阻，设其接触面的电流密度为常数，则接触电阻的压降也是常数Ur≈0.5～1 V，接触电阻的压降与接触点的数目和接触面的电流密度成正比，而现场检定电流互感器时一般至少有4个接触点，则4Ur≈2～4 V。因此，导线的容量就与电流成正比，即：

其中： 常数 KR=UR+4Ur=（3.5～10）V。

据此，当额定一次电流不大于1 000 A时，升流器的容量可近似为下述容量之和，即：

式中：SS为升流器输出绕组消耗的容量；S0为标准互感器的空载容量；SX为被检互感器的空载容量；SF为标准和被检互感器的负荷容量；SD为大电流导线上消耗的容量。

2.2 大电流导线感抗的影响

当一次电流大于1 kA时，连接导线的电阻与电流成反比，并逐渐接近连接导线的感抗，如果连接导线的长度及其所包围的空间截面不变，则感抗Kx是一常数。

Kx主要由导线本身的自感及其所包围的空间决定，与空间截面成正比。这时连接导线的容量又增加了感抗与电流平方的乘积，即：

当一次电流值大于1 000 A时，升流器的容量按下式计算：

当一次电流大于5 kA时，感抗越来越大，则升流器的容量主要由连接导线的感抗决定，它与电流的平方成正比。

3 一次升流解决方法

3.1 减小大电流导线所包围的空间截面

受现场条件限制，一次回路所连接大电流导线的长度一般无法减小，一种可行的方法是多根大电流导线并联组成大电流回路。如果均为1匝穿心，则两回路相当于并联，感抗减小一半。但是由于大电流导线过于沉重，不易实施。因此减小升流器容量最简单的办法，就是采用穿心式升流器，将被检电流互感器输入端与输出端导线贴近布置，以减小连接导线所包围的面积，减小回路的互感，从而减小所需电源和升流器的容量，如图2所示。

图2 减小回路互感的大电流导线布置示意图

3.2 在升流器输入端并联补偿电容

对于新建变电所，现场检修电源提供的额定电流一般为50 A或60 A，而有些老式变电所，现场检修电源提供的额定电流只有30 A。现场进行额定电流1 000 A以上电流互感器误差检定试验时，如果所有试验设备放置在地面，要完成1台220 kV独立式电流互感器，一次回路导线的长度将近30 m，受变电所现场检修电源容量限制而升流困难。此时，往往需要动用吊车，将升流器和标准电流互感器吊至高空，缩短一次回路大电流导线的长度，才能完成误差测量工作。

对于额定一次电流2 000 A及以下的电流互感器（GIS需视现场一次回路长短而定），一般可采用在升流器输入端并联补偿电容的方法，其接线原理如图3所示。由升流器容量的计算公式可知，在大电流下所需的升流器容量主要决定于连接导线的感抗。为了减小大电流回路的感抗，可以采用并联电容器，以容抗平衡感抗，从而减小调压器和电源所需的容量。

图3 在升流器输入端并联补偿电容的接线原理

实践证明，将电容器并联在升流器的输入端。采用1台额定容量15 kVA、380 V调压器与2台额定容量15 kVA、输出电压5 V升流变压器组成的大电流发生器，再加上1台840 μF（可分档调节）的补偿电容器进行补偿，即可完成一次升流回路15～30 m、电压等级220 kV及以下、一次额定电流2 000 A及以下电流互感器的检定，所需检修电源提供的电流一般不超过45 A。

3.3 采用大功率三相逆变电源和并联补偿电容

随着大功率三相逆变电源的出现，解决现场检修电源容量不足的问题成为可能，其主要优点是同时接入现场三相检修电源，变换成单相输出，从而提高了检修电源的容量。

采用1台额定容量120 kVA、380 V三相电压输入0～400 V单相电压输出的三相大功率逆变电源与2台额定容量60 kVA、输出电压24 V升流变压器组成的大电流发生器，再加上2台840 μF（可分档调节）的补偿电容器进行补偿，即可完成额定一次电流4 000 A及以下、220 kV独立式、220 kV和500 kV GIS电流互感器的检定，所需检修电源提供的电流一般不超过60 A。所有试验设备均放置在试验车上完成升流工作，只需带斗吊机配合一次大电流导线接线即可。其接线原理如图4所示。

3.4 采用大功率三相逆变电源、并联补偿电容和等安匝法

图4 使用大功率三相逆变电源和并联补偿电容的接线原理

以1 000 MW机组为例，发电机出口电流互感器的额定变比为28 000 A/1 A，额定一次电流达28 kA，600 MW的机组额定一次电流达25 kA。即使拥有30 kA以上的大电流试验装置，因受管母与发电机出口电流互感器之间间隙太小所限（如图5所示），无法穿越30 kA的大电流导线，不能通过额定一次电流进行误差测量，但可以采用等安匝法进行误差试验。比如在变比为28 000 A/1 A被检电流互感器中穿心14匝，采用2台额定容量60 kVA、输出电压24 V大电流发生器即可完成误差测量。由于受现场条件限制 （试验设备一般放置在发电机层），一次电流回路导线长度往往有40～60 m，仍然需要采用大功率三相逆变电源和并联补偿电容解决试验电源的问题。

图5 管母与发电机出口电流互感器间隙

3.5 以发电机为试验电源

对已安装就位的主变套管式电流互感器进行现场基本误差检测时，一次升流受主变短路阻抗的限制。可以将主变高压侧短路，将3台标准电流互感器分别串接入A、B、C三相短路回路，以发电机作为试验电源，当发电机转速达到3 000 r/min时，利用发电机励磁调节系统调节高压侧短路电流的大小，可有效解决主变套管式电流互感器一次通流的难题。

4 结语

综上所述，采用大功率三相逆变电源和并联补偿电容，可以有效解决采用比较法进行传统电流互感器误差现场测量所需的电源问题，而将等安匝法与这两种方法相结合，则可实现额定一次电流上万安培的发电机出口电流互感器的现场检定难题。通过结合主变短路试验，将发电机作为试验电源，可完成主变套管式电流互感器的现场检定，为高压电能计量的准确性提供了保证。

[1]赵屹涛，赵修民.升压升流器与负荷箱[M].北京：中国水力水电出版社，2005.