一種基于降低回路電感的大電流發生設備的設計方案研究

陳勇+許守東+李勝男+張麗+陳羅飛

摘要：變電站一次通流試驗主要作用與CT極性正確性校驗和回路正確性校驗，在變電站送電階段是一個非常重要且必要的測試環節。但由于CT變比一般較大，導致一次通流試驗時對大電流發生設備電流輸出要求很高，尤其是回路負載較大的情況下，要求大電流發生器具備一定的負載能力。目前，一次通流試驗較為常用的方式有兩種：①采用升流器通流的方式較多，設備數量多，連接復雜；②采用一體式大電流發生設備，體積大，設備沉重，不方便運輸。本文主要討論一種通過降低回路電感，從而降低回路負載的設計方案，通過本設計方案最終降低大電流發生設備負載能力，從而有利于降低大電流發生設備重量，給一次通流現場測試帶來方便。

Abstract： The main function of the primary flow test of the substation and the correctness of the CT polarity check and check the correctness of the loop are a very important and necessary test link in the substation transmission phase. However， due to the CT ratio is generally larger， resulting in a flow test when the current output of high current devices require a high output， especially in the case of large loop load， requiring high current generator with a certain load capacity. At present， a flow test is more commonly used in two ways： First， the use of high-speed flow through the way， the number of devices， the connection is complex； Second， the use of one-piece high-current equipment， bulky， heavy equipment， Inconvenient to transport. This paper mainly discusses a design scheme which reduces the loop inductance and reduces the load of the loop. By reducing the load capacity of the high current generating equipment， it is beneficial to reduce the weight of the high current generating equipment and bring convenience to the flow field test.

關鍵詞：電感；一次測試；大電流發生器；電流放大器

Key words： inductance；primary test；high current generator；current amplifier

中圖分類號：TM411+.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）32-0092-03

0 引言

變電站一次通流是繼電保護二次回路檢查的一個重要環節，試驗的主要目的是為了檢驗變電站的CT變比和校驗線路差動、母線差動、短引線等保護用CT以及測量用CT、計量用CT的接線正確性，但現有一次通流設備，體積大，重量大等因素給現場測試帶來不便。

1 一次通流試驗的必要性和可靠性

變電站建設流程如圖1所示。

一次通流試驗一般在現場調試后，啟動試驗前進行。在調試導則、啟規以及電氣交接試驗標準中并沒有明確要對變電站進行一次通流試驗，一般都在變電站的各項常規試驗完成后以及對二次繼保及回路檢查完成后，直接對變電站進行啟動試驗，由于目前變電站系統龐大，保護配置與CT回路比較復雜，很多公用CT，所以在試驗中經常發生CT極性錯誤等問題，雖然不會造成很大的損失，但是對工期和調試質量造成一定的影響。通過對變電站系統一次回路通流試驗，考核變電站一次系統安裝質量，確保所有的CT變比、極性及二次回路的正確性；確保變電站母線系統、變壓器系統能安全可靠運行；節約整組啟動試驗時間，較少不必要的浪費。[1-2]

2 一次通流調試現狀

2.1 一次通流測試

做好通流前準備工作，檢查整個CT回路是否正常，將所有二次保護裝置正常投入，投入所有保護功能壓板，打開所有保護出口壓板，避免斷路器動作。將大電流發生設備連接與CT一次側，CT變比為N，在設備容量允許的條件下，注入電流I，為保證二次電流穩定且準確，一次電流I應接近額定電流，此時，在二次側CT就地端子箱、保護屏、電度表屏、故障錄波屏內應測量到I/N的電流，如果其數值不對，則有可能回路中有接地或者寄生線分流。利用這種實驗方法還可以檢測電流二次接線極性是否正確；檢驗邊開關與中開關CT合流的接線是否正確。如果以上測試項目都符合要求，就可斷定該CT的二次回路接線正確，且回路完整，具備送電條件[3]。

2.2 測試方式

目前常用的一次通流測試方式有兩種：

①繼保測試儀加升流器：

采用傳統繼保測試設備與升流器配合的方法，實現大電流輸出功能。升流器實質上就是一種雙繞組降壓變壓器，理論上原邊和副邊的功率相等，運行時原副邊的電壓與電流成反比。那么結果就降低了電壓，同時升高了負載電流[4]。為了降低測試回路負載，一般采用雙絞線等接線方式，降低回路電感，測試示意圖如圖2。endprint

缺點：該測試方法采用多臺設備，增加了運輸難度和測試接線難度，不方便現場測試。

②體式大電流發生設備：

大電流測試設備，其大電流發生器帶載能力最強適用于一次母線保護及校驗電流互感器變比等，并能對電流繼電器及開關進行整定校驗，具有輸出功率大、附加損耗小、抗過載能力強、操作方便、讀數清晰、移動靈活等特點，適用于電力系統技術人員檢驗電流互感器、保護裝置及二次回路電流試驗之用。

實現原理及測試示意圖如圖3。

缺點：大電流發生設備為集中式設計，為滿足外接負載要求，大電流發生設備帶載能力加強，從而也導致了大電流發生設備所需材料增加，加大了設備的整體重量，例如1000A電流輸出，端口電壓5V的大電流發生設備重量一般在100kg左右。現場測試移動困難，不方便移動測試。

3 設計方案提出

對以上兩種測試方法總結，如果能提供一款一體式并且輕量化的大電流發生設備，將會對現場一次通流測試帶來很大幫助，方便現場測試。

一體式大電流發生設備重量重的主要因素是因為帶載能力要求限制，如果能夠降低外接回路負載，降低測試對大電流發生設備的帶載要求，就可直接影響到降低大電流設備的重量。因此把降低回路負載作為本設計方案的出發點。由于被測設備與線路長短認為不變，此處認為回路電阻與電容不變，考慮如何降低回路電感。

電感是閉合回路的一種屬性，即當通過閉合回路的電流改變時，會出現電動勢來抵抗電流的改變。這種電感稱為自感（self-inductance），是閉合回路自己本身的屬性。假設一個閉合回路的電流改變，由于感應作用而產生電動勢于另外一個閉合回路，這種電感稱為互感（mutual inductance）。

在前面提到的兩種方案中，都通過雙絞線方式，較少回路面積降低回路電感。本文通過改變大電流發生器的設計方案接接線方式，從另一個角度降低回路電感。設計方案及接線方式如圖4所示。

將大電流發生設備內部電流放大器分成N個獨立的電流放大器I1（I=N*I1），電路放大器1到電流放大器N，各個電流放大器之間沒有連接，不共地。電流放大器1的線路感應電動勢，U1=XL1dI1/dt，L為固定值不變，此時dI1/dt，在單位時間內電流變化值；比較可得，本文提供的方法中，dI/dt=N*dI1/dt；

傳統接線方式，線路電感功率損耗如下：

S=U*I=（XL1*dI/dt*I）；

本方案設計方式線路電感功率損耗如下：

本方案中線路電壓與線路電流均下降，電流降低N倍，電壓降低與被測設備阻抗值有關，被測設備阻抗越小，線路電壓降低越大；

S1=N（U1*I1）=N（XL1*dI1/dt*I1）=（XL1*dI/dt*I/N）/N=S/N；

S1=S/N

本設計方案共有N條回路組成，按本方案設計方法線路功率損耗為常規設計接線方法線路功率損耗的1/N，線路損耗降低的大小與被測設備負載阻抗大小有關，被測設備阻抗越小，線路損耗降低越大，大電流發生設備輸入功率要求越低。

4 結論

通過本優化方案的實施，減小接線回路的功率損耗，達到減少設備總功率的效果，有利于實現大電流設備輕量化制作，方便變電站現場運輸與測試，為變電站穩定可靠運行提供技術保障。

參考文獻：

[1]晉飛.智能變電站二次設備出廠前的聯合調試工作探析[J].硅谷，2013（16）.

[2]鄧婕，項魏.500kV主變一次通流試驗模型及方案的研究[J].繼電器Relay，2008（07）.

[3]朱克俠.一次通流試驗檢查二次電流回路的正確性[J].電子世界，2015（24）.

[4]劉建華，王永先，李光輝，韓宏偉，徐松梅.淺談電流互感器的升流問題[J].煤礦機械，2005（08）.endprint