利用一次电流检验电流互感器二次回路的方法

兀鹏越，王团结，陈少华，何信林，张文斌

（西安热工研究院有限责任公司，西安市，710032）

0 引言

在新安装电气设备投运过程中，确认电流互感器二次回路的接线正确是很重要的工作。在投入运行以前，除了仔细检查二次回路接线及进行二次通流试验外，新安装或设备回路有较大变动的装置，必须用一次电流加以检验和判定[1]。在设备投运前，优先采用独立电源进行一次通流试验。根据计算，确定一次电流的大小及负载性质，选择一次通流试验设备的容量。如果一次负载很大，且要求电流较大，如大型变压器的通流试验，需采用独立发电机或大容量电流发生器；如果一次负载很小、且要求电流不大，如母线、线路及小型变压器的通流，可采用便携式的电流发生器、低压交流电源或者其他合适的电源。当设备投运以后，可以用负荷电流检查，这样不仅可检查各个电流回路的完整性、正确性，还可检验电压、电流之间相对相位。如果正常的运行方式不能满足二次电流回路检查的要求，还要根据要求改变运行方式来创造检查条件。有的情况下，还可以利用一些特殊的工况来满足对一次电流的需要，如大电机启动电流，变压器励磁涌流等[2-3]。本文根据近年来的工程实例，介绍了新建机组、变电站的若干一次电流检验电流互感器二次回路的方法。

1 一次通流试验

1.1 二次测量方法

测量前预先根据图纸做好记录表格，防止遗漏测量点，预先计算好测量的预期结果，如幅值、相位等，实际测量值与之比对，应在误差范围内。

一次电流通入后，二次回路按如下顺序测量：（1）通入较小的一次电流，在电流互感器端子箱测量各相电压基本平衡，如某相电压明显过高，确认电流互感器二次回路无开路和接触不良；（2）再通入较大电流，在分散控制系统（distributed control system，DCS）、保护、测量、录波等装置观察采样值及相位；（3）用相位表进行测量，相位表测量结果与装置液晶观察结果互相印证，符合预期结果。

1.2 电流大小的选择

一次通流试验电流越大，二次电流越大，测量结果越准确可靠，但对通流试验设备的要求越高，因此要根据现场具体情况合理选择试验电流大小。其基本原则是在能够满足二次测量要求的前提下，通入一次电流越大、投入试验设备越简单、投入人力越少越好。根据在多个工程的实践，当电流互感器二次电流大于50mA，电流的幅值和相位测量结果是准确、可信的。

2 采用独立试验电源的检验方法

2.1 发电机短路试验法

对于新建机组来讲，发电机就是一个很好的试验电源，可在发电机短路特性试验过程中对电流互感器进行全面检查。新建机组的整套启动试验一般包含3次短路试验，试验线路如图1所示。K1短路点设在发电机机端，通常试验电流要达到发电机额定值，以录取发电机短路特性曲线；K2短路点设在主变高压侧，试验电流大小以满足主变高压侧电流互感器二次电流回路的准确测量为准；K3/K4短路点设在高厂变低压侧，试验电流以满足高厂变电流互感器二次电流回路的准确测量为准，由于此处配置有主变差动保护的大变比电流互感器，要求通入电流较大，折算到K3/ K4点的电流更大，因此对高厂变低压侧短路装置的要求较高。

试验过程中可临时将发电机过电压保护定值修改为1.1倍额定电压、0.1 s，防止短路装置熔断而导致发电机过电压。

发电机短路试验法的优点是一次电流完全可控，能满足各种容量的短路试验要求；缺点是整套启动是大型试验，需炉、机、电各个专业配合，限制因素较多，不够灵活。此方法适用于发电机、主变、厂变、母线等的差动保护检验。

2.2 小型电流发生器通流法

如果发电厂升压站的投运与机组整套启动一并进行，则可利用发电机进行各个间隔的短路试验，否则升压站的一次通流试验要采取另外的电流源。升压站一次通流试验的负载阻抗很小，对电源容量要求不高，一般试验用电流源即可满足要求，还可以采用交流电焊机，行灯变压器等。试验电路如图2所示。

选择1个间隔作为基准间隔，其余待检验间隔与之进行比较检查，升压站为典型双母接线方式，先选择主变间隔为基准间隔。（1）对主变间隔和线路甲间隔通流，电流发生器由主变高压侧输入电流I1，合断路器11、隔离开关112、II母、隔离开关212、断路器21、接地开关2102，I1最终经大地形成回路；（2）I2为主变间隔对线路乙间隔通流；（3）I3为主变间隔对起备变间隔。

试验中需注意：（1）一次通流试验电流的方向应与实际潮流方向一致；（2）一次系统中的断路器及隔离刀闸的接触电阻会影响电流的大小，要保证其接触良好；（3）可采用交流电焊机作为试验电流源，交流电焊机可提供数百安电流，可以满足一般试验要求。由于电焊机正常工作时是断续供电的，因此升流一段时间后需停下来，以免电焊机过载。

对于扩建间隔的一次通流试验，要注意运行设备的感应电压问题。根据现场实测，220 kV升压站与运行母线并行的空母线感应电压可达1 kV以上。因此，在变电站扩建工程的一次通流试验接线时，即使该间隔已完全停电，要先加挂地线。当所有试验一次接线完成，一次电流回路汇通且接地后，才能拆掉接地线，严防高压危及人身、设备安全。

小型电流发生器通流法的优点是简单直观，在电流发生器的容量范围内电流可以连续变化；缺点是电流发生器难于运输，现场搬运不易。此方法适用于母线差动保护检验。

2.3 外加电压法

外加电压试验方法的步骤如下：（1）试验前先将变压器低压侧三相短接，引一路三相380 V电源至变压器高压侧，在高压侧接一足够截面电缆到380 V电源盘；（2）连好各电流互感器端子的连接片，保证电流互感器二次回路没有开路；（3）合上380 V电源开关；（4）测量变压器各侧电流幅值、相位，与计算值比较应基本相符，并在保护装置检查并记录差流的大小[4]。

从保护装置上观察变压器各侧电流大小和相位，以及和流、差流的大小，并与计算值比较应该基本相等，且差动保护不应该动作，满足这些条件就说明整个励磁变差动回路完全正确。某1GW自并励机组励磁变的额定容量为3×3 000 kVA，额定电压为27// 1.1 kV，额定电流为211.7/5 917/A，接线方式为Dy11，短路阻抗为8.25％，高压侧电流互感器变比300/ 5，低压侧电流互感器变比5 000/5。高压侧加380 V、低压侧短路时，高压侧一次电流IH1、低压侧一次电流IL1、高压侧二次电流IH2、低压侧二次电流IL2分别为：IH1=36.11A，IL1=511.74A，IH2=0.60A，IH2=0.51A。

由于IH1、IL1、IH2、IL2都大于100mA，所以保护装置可以准确测量到差流。当变压器高压侧电流互感器变比较大时，二次电流很小（4mA[5]），如没有高精度毫安表，将无法进行准确测量。可采用以下方法提高测量灵敏度：

（1）将1根测试线绕成多匝后串入电流二次回路，然后采用钳形相位表测量出多匝总电流的幅值和相位，多匝总电流幅值除以匝数就是实际二次电流大小，相位不变。

（2）由于试验电流较小，差动保护装置可观测的差流基本为零漂值，而制动电流有不稳定的数值，不能确定电流极性配置正确性时，可把变压器一侧电流反极性接入保护装置。如果观察到的情况与原来的相反，即制动电流基本为零漂值，而差动电流有不稳定的数值时，则可确认原接线是正确的。

外加电压法较适用于小型变压器、电流互感器变比不大的差动保护检验。

3 利用负荷电流的检验方法

3.1 大电机启动电流法

机组一些大型辅机，如给水泵、一次风机、循环泵等，其电机功率在1MW以上，其启动电流可以达到1 kA，可利用此电流检验起备变差动保护的接线。由于电机启动电流衰减很快，因此，必须在差动回路中串入波形记录仪来记录下电机启动电流，如果利用波形记录仪来记录和分析电流相位就更加明确清晰。2007年杨柳青电厂3期工程中曾采取此方法。试验接线见图3[6]。

差动回路接线错误时的试验波形如图4所示，图中Ie为额定电流。由图4可知，起备变差动保护A相的高、低压侧电流相对相位为0°，B相高、低压侧电流相对相位为180°，显然A相低压侧电流互感器极性配置错误。

大电机启动电流法适用于在发电厂起备变差动保护的检验。

3.2 励磁涌流法

目前，国内有些变压器已开始装设零序差动保护。由于正常运行状态下基本没有零序电流，无法靠负荷电流核对零序互感器的极性配置正确性，可能导致由于零序电流互感器极性配置错误引起的零序差动保护误动事故[7]。变压器空载合闸时，可产生最大达到数倍额定电流的励磁涌流，持续时间为几s到十几s。理论及经验均证实，对于三相变压器空投合闸，至少会有两相有励磁涌流，必然产生零序电流，此零序电流对于零序差动保护来讲属于穿越性电流。当零序互感器接线正确的情况下，差流应为0[8-9]。

2009年5月海门电厂1号主变倒送电时记录的波形，如图5所示。图5中：Ia、Ib、Ic为高压侧相电流；Io为中性点零序电流；Iocd为零序差流。由图5可看出，尽管零序电流很大，但零序差流为0，说明零序差动回路接线正确。

3.3 容性电流法

超高压系统的输电线大都采用多根分裂导线构成相线，这使得线路的感抗减少，分布电容增大。同时，超高压输电线路往往要承担远距离、大容量的电力输送任务，较长线路使分布电容的等值容抗大大减少，导致电容电流进一步增大[10]。当此电流足够大的时候，可利用来校核线路纵差保护的极性。某升压站的电流测量电路如图6所示，测量结果如表1所示。当线路丁由乙变电站充电时，乙站会检测到容性电流，而甲站没有电流；当线路丁由乙变电站送电到甲站，再由甲站对线路丙充电时，线路乙两侧均可检验到容性电流，而线路丙只能在甲站侧检测到电流。这里要注意，由于线路两侧容性电流的不平衡性，差动保护的差流大小刚好等于线路容性电流大小。容性电流法可作为初步检验，差动保护的最终检验还是要用负荷电流进行。

表1 某500 kV升压站测量记录Tab.1 Measuring records of a 500 kV booster station

3.4 负荷电流法

当新投运的变电站有2条及以上输电线路时，可以调整系统运行方式，使得潮流经一条线路流入新站，再经另一条线路流回电网，利用系统潮流来检验线路纵差保护及升压站母差保护的电流互感器极性配置。经负荷电流检验正确的保护即可投入运行。负荷电流法涉及到电网操作及潮流计算，须要由调度统一指挥进行。

4 结语

本文介绍了一次通流试验的若干实用方法，工程中可以根据实际情况来选择使用。其中发电机短路电流法、外加电压法和线路潮流法经常用到，利用交流电焊机作为电流源的办法也很实用，值得推广。而电机启动电流法和励磁涌流法是在特殊情况下采取的办法，要结合波形记录仪等设备进行。以上方法均为实践证明可行的方法，可供有关工程参考。

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