零磁通直流電流互感器電子測量單元檢測方法

向華，徐先勇，羅志坤，歐朝龍，萬全

(國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

目前，大多數的直流輸電系統中采用傳統的電磁式直流或直流電子式電流互感器〔1-2〕。直流控制保護系統依賴于直流測量設備來測量直流系統的直流電壓和直流電流，并依此判定直流系統運行狀況〔3〕。此次鵝城換流站直流場的極Ⅰ中性母線區、極Ⅱ中性母線區、雙極中性母線連接區和接地極線區共安裝了8臺零磁通直流CT(簡稱DCCT)。每臺零磁通直流CT提供2組二次繞組，配置2臺電子測量單元，將大直流電流量轉化為小直流電壓量供直流控制保護A，B系統使用。

目前，零磁通直流CT電子測量單元有3種原理〔4〕。第1種是從磁化電流波形的成分分析利用零磁通平衡時，檢測線圈被正弦波激勵后所產生的磁化電流中只有奇次諧波成分，偏離平衡時則有偶次諧波成分，且以二次諧波為主，故采用檢測二次諧波的方法檢測出直流信號;第2種是從磁化電流的幅度大小進行分析，依據正弦波信號激勵檢測線圈而產生的磁化電流在零磁通平衡時存在半波對稱性，在偏離平衡時，磁化電流的半波不對稱，而通過檢測正弦信號驅動檢測線圈而產生的磁化電流的正負峰值來檢測被測電流的檢測信號;第3種是將2個相同的檢測磁芯上的檢測線圈平均分為4組，每個檢測磁芯上各有2組檢測線圈，同一檢測磁芯上的線圈繞向相同，不同檢測磁芯的線圈繞向相反，通過線圈組合使磁化電流的奇次波相抵消，偶次諧波相加，以此獲得被測電流的檢測信號。

1 結構與原理

圖1為零磁通直流TA及其電子測量單元測量原理圖，零磁通直流TA共5個線圈、3個鐵芯。鐵芯T1，T2，T3分別對應輔助繞組 N1，N2，N3。匝數相同的補償繞組N4和校準繞組N5并聯，圍繞3個鐵芯，N5在校準補償繞組N4時，與N4解開并聯，正常運行時N4和N5并聯使用。一次繞組及N4，N5分別與 T1，T2，T3交鏈。

圖1 零磁通直流CT及其電子測量單元測量原理圖

正常工作時，T1，T2由振蕩器激勵，進入飽和狀態。此時若Id≠0，將導致鐵芯進一步飽和，電流陡增。峰值探測器通過電阻感應到電流的陡增(正、負峰值)，并向功放提供校正信號，后經功放提供電壓進而產生電流I2。I2流過N4，N5線圈，產生磁通I2W2(W2包含N4和N5繞組)來平衡Id在鐵芯T1，T2，T3中產生的磁通，使得鐵芯飽和程度降低，峰值檢測器檢測不到峰值。可以看出，電流I2可以反映一次電流Id，通過測量I2在負載電阻上形成的直流電壓信號，即可得到一次電流信號大小，實現直流電流測量的目的。

實際上，由于功放有限的增益和磁通量漂移，原邊和副邊磁勢不能保持平衡。為了恢復安匝數平衡，需要形成一個具有負反饋的系統，此時，磁積分器實現了該目的。

經過分析看出，因I2流過N4，N5線圈產生的磁通I2W2與Id在鐵芯T1，T2，T3中產生的磁通相平衡，故一次繞組及N4，N5共同作用于鐵芯T1，T2，T3后，整體磁通量為零。振蕩器激勵N1，N2繞組，由于電流不是由同名端流入，故振蕩器作用于鐵芯T1，T2后，整體磁通量也為零。對于N3繞組，只反映磁通的變化，認為是無源的，里面磁通為零。因此，3個鐵芯對外表現出的磁通整體為零，故稱零磁通CT。

以鵝城換流站DCCT閥廳3000A零磁通直流CT為例說明其原理。根據設備銘牌參數，得到繞組匝數: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;負載電阻R=1 kΩ;額定輸出二次電壓±1.6667 V(經過放大系數);補償額定電流I2=±0.543 48 A

在安匝平衡狀態下，原邊安匝數為:

副邊安匝數為:

在排除測量誤差下，原邊和副邊實現了安匝平衡，該電流經過1 kΩ負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，送入電子測量板卡PS862E，在軟件中換算成一次電流值，用于直流系統控制和保護。

2 接線與檢測方法

2.1 接線原理

圖2為DCCT一次設備的接線盒與二次電子測量單元之間的接線原理圖。實際接線時，從DCCT二次接線端子盒端子先把繞組 N1，N2，N3，N4，N5接地端子和屏蔽端子接線都接入暫態電壓保護用二極管，然后由暫態電壓保護二極管輸出信號接入DCCT二次電子測量單元端子排，所有接地線、信號線和屏蔽線都一一對應接好。

圖2 電子測量裝置和DCCT接線原理圖

2.2 檢測方法及步驟

2.2.1 DCCT電子測量單元安裝到回路前的檢測

在僅接入110 V直流電源而不接入DCCT二次繞組情況下進行測試:

1)打開面板，在面板端子排上測量1(+)和2(-)端子間直流電壓;

2)電子測量單元左邊2塊直流電壓轉換器上綠色指示燈點亮;

3)在電子測量單元測試孔上測量直流電壓轉換器輸出電壓;

4)在面板端子排上用鉗形電流表測量流過1號端子或5號端子的直流電流。

5)以接供電電源或不接供電電源分別測試供電電源繼電器18對19之間電阻;

6)測試控制繼電器:測量16，17端子間電阻;

7)在電子測量單元測試孔上測量M6對M4的交流電壓、M8對M4的直流電壓、M10對M11的直流電壓、M9對M4的直流電壓。

2.2.2 DCCT電子測量單元安裝到回路中的檢測

完成電子測量單元的安裝工作，即連接上電子測量單元的110 V直流工作電源，CT二次繞組，直流電壓負載后，并在一次注流后進行。

1)檢查是否提供110 V直流工作電源。

2)按照圖3接線，用示波器檢測電子測量單元測試孔M7對M4的激勵電流波形，并記錄波形峰值及頻率值。

圖3 零磁通電流測量裝置激勵電流峰值檢測現場接線圖

3)按照圖4接線，進行準確度的檢測。解開繞組N5與N4的并聯回路，將N5繞組與N4繞組隔離，在N5繞組上注入測試電流Itest，測量電子測量單元的輸出電壓Uout，輸出電壓與測試電流必須滿足下列公式 (其中UN為二次額定輸出電壓，IN為二次額定輸入電流:

4)按照0.2IN，0.4IN，0.6IN，0.8IN，IN這樣5個點測試數據并記錄。

5)試驗結束，拆除測試線，斷開電源，并檢查和清理現場。

圖4 零磁通電流測量裝置準確度檢測現場接線圖

3 實用情況

使用文中提出的檢測方法對鵝城換流站DCCT二次電子測量單元進行了現場檢測，被試品型號為EMVI.711EZ，等 級 為 0.1級，編 號 為 07/60000084，額定一次電流為50 A。檢測過程中采用的儀器為TDM-A多功能標準源 (0.01級)，1281數字萬用表、34401A數字萬用表 (直流信號等級均為0.005級)，DPO3034示波器。檢測依據規程為JJG(電力)01—1994《電測量變送器檢定規程》，Q/GDW 530-2010《高壓直流輸電直流電子式電流互感器技術規范》，Q/GDW 499—2010《高壓直流輸電直流測量裝置狀態檢修導則》。從表1的基本誤差測試結果可知，該被測DCCT二次電子測量單元等級符合0.1級。

表1 基本誤差

3.1 投運前檢測

在接入110 V直流電源，不接入直流CT二次繞組情況下進行下列測試:

1)在面板端子排上測量以下端子間的直流電壓 (允許范圍93～122 V)。1(+)對2(-)的直流電壓測試值為110.03 V;3(+)對4(-)的直流電壓測試值為109.33 V。

2)測量各測量點供電電壓 (M4=0，接地)。M1對M4的供電電壓 (允許范圍22～26 V)，測試值為23.897 V;M2對M4的供電電壓 (允許范圍-22～-26 V)，測試值為-23.854 V;M3對M4的供電電壓 (允許范圍14～16 V)，測試值為14.984 V;M5對M4的供電電壓 (允許范圍-14～-16 V)，測試值為-15.176 V。

3)測量供電電流 (允許范圍＜130 mA)。測量點1對供電端的供電電流測試值為80 mA。

4)測試供電電源繼電器電阻。測量點18對19電阻 (允許值為0，接供電電源)，測試值為2.52 Ω;測量點18對19電阻 (允許值為∞，不接供電電源)，測試值為∞。

5)測試控制繼電器。測量16，17端子間電阻(允許值為∞)，測試值為∞。

6)在電子測量單元測試孔上測量M6對M4的交流電壓 (允許范圍5～8 V)，實際測試值為6.037 V。

7)在電子測量單元測試孔上測量M8對M4的直流電壓 (允許范圍45～51 V或-45～-51 V)，測試值為47.185 V。

8)在電子測量單元測試孔上測量M10對M11的直流電壓和M9對M4的直流電壓 (應＜1 mV)，測試值為-0.003 mV，0.007 mV。

3.2 安裝后檢測

完成電子測量單元的安裝工作，并連接上所有電纜連接線后，進行以下的檢測工作:

1)檢查110 V直流工作電源已投入，且正常。2)用示波器檢測電子測量單元測試孔M7對M4的波形，實測波形如圖5所示，檢測到的波形峰值為1.92 V，周期為18.12 ms。

圖5 M7對M4的實測波形

3)在電子測量單元測試孔上測量M8對M4的直流電壓 (應＜1 mV)，測量值為-0.27 mV。

4)在面板端子排上測量16，17端子間及18，19端子間電阻 (允許值為0)，測量值分別為1.40 Ω，2.54 Ω。

4 結論

文中介紹了鵝城換流站零磁通直流CT及電子測量單元基本工作原理，針對DCCT電子測量模塊備品的精度測試，提出了“DCCT一次設備備品+二次測量裝置備品”的測試方法，該方法安全、高效、簡便。

〔1〕劉君，吳廣寧，周利軍，等.零磁通傳感器的研究〔J〕.電力自動化設備，2009，29(8):67-70.

〔2〕王偉杰，衛軍，趙學增，等.零磁通電流傳感器的研制〔J〕.傳感器技術，2003，22(8):24-26.

〔3〕鮑海，艾欣，楊以涵.雙級零磁通電流互感器狀態反饋控制研究〔J〕.電工技術學報，2000，25(2):12-14.

〔4〕唐立軍，盧宋林，李德明.零磁通電流傳感器電路:中國，200410015916.0〔P〕.2004-01-06.