gis内互感器现场校验方法的分析研究
GIS 内互感器现场校验方法的分析研究 黄开来 林军 许茹欣 黄珏 吴清耀 麦照娇 海南电网有限责任公司电能计量中心 摘 要： 阐述谐振测试技术和变频抗干扰技术测量原理, 介绍这两种测试技术在现场检定 GIS 互感器的误差测试方法, 并比较两种方法的现场测试效果。关键词： GIS; 互感器; 谐振测试技术; 变频抗干扰技术; 作者简介：黄开来 (1964) , 高级工程师, 从事电能计量技术研究工作。收稿日期：2017-07-29Received： 2017-07-290 引言GIS 内互感器安装在管道内, 由于管道寄生电容的存在, 按照传统检定方法进行直接升压/升流至额定点, 所需升压器/升流器的容量将很大。受 GIS 变电站现场空间的限制, 采用传统法开展现场检定 GIS 内互感器误差试验时, 往往因其升压器、升流器容量不足, 无法升压至额定电压、电流点, 导致无法完成现场测试, 必须另辟捷径。近年来, 出现了以通过施加异频小信号测试 GIS 内互感器误差的变频抗干扰测试技术, 本文将分析该测试技术, 并通过现场实测结果对比分析其性能。1 谐振原理测量 GIS 内互感器误差1.1 GIS 内 PT 误差测量由于 GIS 为全封闭式组合电器, 无法单独对某只电压互感器 (PT) 进行升压, 必须带着母线才能进行一次升压。而母线存在较大的寄生电容, 采用比较法升压会消耗大量无功电能, 使得一次升压困难。但可利用母线的寄生电容, 把母线和被试 PT 看成一个整体, 利用母线的寄生电容和电抗器串联谐振升压, 把被试 PT 的电压升上去, 实现误差校验。GIS 内 PT 串联谐振升压原理如图 1 所示。一次为 LC 串联电路, 调节电抗器的电感值, 当电路达到谐振时 , 感性无功和容性无功大小相等, 方向相反, 可有效消除母线寄生电容对电源容量的消耗, 达到升压测试的目的。1.2 GIS 内 CT 误差测量由于 GIS 电流互感器 (CT) 的一次回路长、阻抗大, 若要将电流升至额定值, 调压器和升流器需要很大的容量。现场检测时通常采用相邻 GIS 的大电流母线作返回导体, 一次回路的阻抗可达到毫欧级。当一次电流升至 5000 A 时, 需要的调压器和升流器容量约为 100 MVA。这对调压器、升流器来说几乎是不可能达到的要求, 而且变电站内也无法提供如此巨大的电源容量。图 1 GIS 内 PT 串联谐振升压原理图 下载原图TC调压器;T励磁变压器;L谐振电抗器;L1, L2, L3电抗器;PTa, PTb, PTc电压互感器的 ABC 三相;Ca, Cb, Cc三相电压互感器一次回路的寄生电容;PT标准电压互感器;Y负载箱针对 GIS 内 CT 一次回路阻抗远远大于电阻的特点, 可在升流器副边即 CT 的一次侧串联电容器, 通过调节电容的大小达到谐振时使得感性无功和容性无功相互平衡, 从而降低对电源、调压器以及升流器的容量要求, 进而完成 GIS 内 CT的现场检测工作。其误差接线方式如图 2 所示。图 2 GIS 内 CT 串联谐振升流原理图 下载原图2 变频抗干扰技术采用谐振原理测量 GIS 内互感器误差的方法, 虽然可以降低对设备和电源容量的要求, 但在现场测试时需要根据 GIS 管道的长度调节电抗器/电容器的值, 这对现场测试人员的专业技术要求高;另外, GIS 内互感器多装在二楼或者地下, 升压时的接线很难完成, 甚至不能完成。因此, 该方法还存在一定的适用局限性, 不能满足全部 GIS 内互感器的检测。近年来出现的变频抗干扰测试法可解决上述问题, 该方法通过施加异频小信号至互感器的一、二次侧, 将被测互感器等效为二端口网络测量影响互感器误差的固有参数, 通过理论公式计算出互感器的误差。该方法不需要标准互感器、负载箱、校验仪、升压器、升流器等设备, 单台设备即可实现互感器的校验工作。2.1 GIS 内 PT 误差测试方法测量 PT 的一次阻抗、二次阻抗和不同电压点下的励磁导纳等参数, 通过 PT 误差公式得出电压互感器在规程要求的电压、负荷点下的比差和角差。根据 PT 的工作状况, 可将其等效为如图 3 所示电路。图 3 PT 等效电路图 下载原图注:ZP电压互感器一次阻抗;ZS电压互感器二次阻抗;Zb电压互感器外部负载阻抗;YS电压互感器励磁导纳。根据图 3, 经理论推导可得互感器的实际计算公式为:因此, 在实际测试中, 采用小信号测试法的设备只需测出电压互感器的变比、一次阻抗、二次阻抗、励磁导纳等参数, 结合式 (1) 、 (2) 就可计算出 PT 的比差和角差。从 GIS 的特点可知, GIS 内 PT 一次侧与罐壁之间存在寄生电容, 测量时要尽可能的降低其影响, 理想的方式是将被测量 PT 独立出来, 减小一次回路的长度。以检测 110k V GIS 变电站中 GIS 内 PT 为例, 需将被测 PT 线路独立开来进行接线, 现场 GIS 内 PT 在线路中的电气原理图如图 4 所示。测量接线时, 将接地刀闸 1 闭合, 线路开关断开, 这样 PT 的一次高压端 A 就通过接地刀闸 1 的接地母排接地, 拆除此接地母排, 就可将 PT 完全从线路中独立出来, 其一次高压尾端 N 及二次端在控制柜中进行接线即可。图 4 GIS 内 PT 电气原理图 下载原图2.2 GIS 内 CT 误差测试方法测 CT 基本原理:利用互易原理, 把 CT 看成等变比 PT (如图 5 所示) , 通过在二次施加异频电压信号, 测出 PT 的变比、二次阻抗、励磁导纳等参数, 再通过误差公式计算出 CT 的比差和角差, 其推导方式与 PT 类似。比差:;角差:=B 0 (r2+rb) -G0 (x2+xb) ×3438。图 5 CT 等效电路图 下载原图与测量 GIS 内 PT 相同, 引起 GIS 内 CT 误差测量精度的参数主要为:实际变比、二次阻抗、励磁导纳及二次负荷等, 只要准确测量出这些参数, 即可完成 GIS内 CT 的误差测量。以检测 110k V GIS 变电站中 GIS 内 CT 为例, 同样地, 为了降低一次阻抗的影响, 需要将 CT 从线路中独立出来, CT 在线路中的电气原理图如图 6 所示。图 6 GIS 内 CT 电气原理图 下载原图测量接线时, 将总线开关断开, 接地刀闸 1 闭合, 接地刀闸 2 闭合, 线路开关断开;此时 GIS 内 CT 的一次回路通过两个接地刀闸的接地母排接地, 将这两个接地母排拆除即可将 CT 从线路中独立出来, 其二次侧在控制柜中进行接线即可。3 现场测试数据对比为验证两种测试方法的实际测试性能, 在某 110k V 变电站采用两种测试方法对GIS 内 PT 及 CT 进行现场测试对比, 详细情况如下:(1) 测试设备为 590J 互感器综合特性测试仪 (变频抗干扰技术) ;生产厂家为厦门红相电力设备股份有限公司, 精度为 0.05 级。(2) GIS 内互感器信息。PT 型号为 JSQHX-110, 额定变比为, 额定负荷为 30VA, 精度等级为0.2;CT 额定变比为 1250 A/1 A, 额定负荷为 15 VA, 精度等级为 0.2S。(3) 测试数据见表 1、表 2。(4) 测试总结。从上述测试数据可知, 590J 测试数据与 NRHZ 测试数据对比结果在 0.05 级精度范围内。4 结语GIS 内互感器可以采用传统测量方法或变频抗干扰技术进行检定, 但采用舒张检定 GIS 互感器误差时, 需要配备多种笨重庞大的设备, 现场测试效率低, 而且对安装在楼上和地下的 GIS 互感器无法检测。通过对采用变频抗干扰技术的测试设备使用发现, 该类设备体积小巧, 现场测试操作简单, 可适用于各种GIS 内的互感器检测, 检测结果与传统测试方法的检测结果一致, 非常便于在现场开展测试工作。但这种检测手段与传统手段差异较大, 还需要在今后现场工作中多次进行使用, 以验证其稳定性, 确保现场检测数据准确可靠。表 1 GIS PT 测试结果 下载原表 表 2 GIS CT 测试结果 下载原表 参考文献1JJG3142010 测量用电流互感器S. 2JJG3132010 测量用电压互感器S. 3李振东, 贾楠, 胡荣辉.GIS 内 PT 误差试验方法探讨J.青海电力, 2011 (3) :12, 13. 4赵玉富, 陈卓娅, 谷晓冉.GIS 中电压互感器的现场检定J.电测与仪表, 2007 (8) :34-36. 5徐家恒, 李东, 丁宪勤, 等.GIS 变电站中互感器的误差试验方法J.高压电器, 2009, 45 (6) :128-131. 6龙伟杰, 程富勇.GIS 中的计量互感器误差检定方法J.广西电力, 2010, 33 (5) :33-35. 7李溪.异频测试系统在工频线路参数测试中的应用J.沿海企业与科技, 2009 (9) :39-43.
