并網(wǎng)電廠發(fā)電機(jī)出口側(cè)大電流互感器現(xiàn)場誤差校驗(yàn)技術(shù)研究

包玉樹 胡永建 孫和泰 李軍 黃亞龍 吳劍 陳江洪

1.江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇南京210000，2.武漢磐電科技有限公司，湖北武漢 430058

關(guān)鍵字：大電流互感器；發(fā)電機(jī)出口；誤差；現(xiàn)場校驗(yàn)；升流器

一、引言

隨著電力改革9號文件[1]的出臺及6個配套文件[2-7]的下發(fā)，同時關(guān)于云、貴兩省開展電改綜合試點(diǎn)的批復(fù)，京、廣兩地組建電力交易中心，標(biāo)志著新電改建章立制、頂層設(shè)計初步完成，正式進(jìn)入實(shí)際操作階段。面對電力市場需求的普遍過剩，發(fā)電企業(yè)如何主動借力新電改，趨利避害，挖潛商機(jī)，轉(zhuǎn)型發(fā)展，實(shí)現(xiàn)“變革再平衡”，成為“十三五”期間的一個重大課題。針對目前普遍存在的一些現(xiàn)實(shí)問題適時開展對發(fā)電機(jī)出口大電流互感器現(xiàn)場誤差智能校驗(yàn)技術(shù)研究也就很有必要且勢在必行。

目前國內(nèi)在進(jìn)行發(fā)電機(jī)出口大電流互感器現(xiàn)場誤差校驗(yàn)時主要有三種方法：

（1）小電流外推法，即在小電流的情況下，通過增大電流互感器負(fù)載的方法來仿真電流互感器大電流下的工作磁通，再用負(fù)荷外推的方式對誤差進(jìn)行仿真推算；

（2）小電壓法測量計算法，即在電流互感器二次施加小電壓，測量其參數(shù)，根據(jù)電流互感器的數(shù)學(xué)模型和誤差表達(dá)式，計算電流互感器的誤差；

（3）等安匝法，依據(jù)在不改變其他參數(shù)前提下，改變一次匝數(shù)并保持一次安匝數(shù)不變的理論原理，在被校試品鐵芯磁勢額定安匝數(shù)不變條件下，通過改變被測試品一次繞組匝數(shù)，降低一次電流大小，測量電流互感器的誤差。

這三種方法均規(guī)避了對升流器、調(diào)壓器和現(xiàn)場電源容量要求過大的問題，使現(xiàn)場試驗(yàn)所攜帶的設(shè)備體積大大縮小，重量減輕。第一、二種方法為間接試驗(yàn)方法，這兩種方法均不能滿足JJG1021-2007《電力互感器》檢定規(guī)程的規(guī)定，不能得到大電流情況下的電流互感器真實(shí)誤差，降低了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性和真實(shí)性。使用等安匝法試驗(yàn)時，還需進(jìn)行等安匝法影響量測量，增加了試驗(yàn)步驟，試驗(yàn)難度較大，對試驗(yàn)人員的要求較高。因此等安匝法也存在較大的局限性。

上述傳統(tǒng)升流器方法以及間接試驗(yàn)方法均不能滿足現(xiàn)場校驗(yàn)要求，因此急需開展適用于發(fā)電機(jī)出口側(cè)大電流互感器現(xiàn)場校驗(yàn)技術(shù)的科技攻關(guān)研究。

本文在比較現(xiàn)有誤差校驗(yàn)方法后，根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)的特點(diǎn)，提出一套發(fā)電機(jī)出口側(cè)大電流互感器現(xiàn)場校驗(yàn)系統(tǒng)及方案。采用升流器原邊步進(jìn)式補(bǔ)償?shù)姆绞剑瑴p小了對調(diào)壓控制箱和現(xiàn)場電源的容量要求，解決發(fā)電機(jī)出口大電流互感器按規(guī)程校驗(yàn)現(xiàn)場電源無法實(shí)現(xiàn)、設(shè)備體積大、重量重等問題，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場全電流校驗(yàn)，試驗(yàn)步驟簡單，試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

二、系統(tǒng)方案和技術(shù)原理

本方案基于JJG1021-2007《電力互感器》國家檢定規(guī)程要求[8]，依據(jù)比較測差法，在全電流進(jìn)行升流校驗(yàn)，采用三相變單相的功率電力電子電源與電工電源串聯(lián)的現(xiàn)代電力電子變流技術(shù)、步進(jìn)式無功補(bǔ)償技術(shù)、自動計算并調(diào)節(jié)的電容無功補(bǔ)償技術(shù)、大容量升流器小型化設(shè)計技術(shù)，解決發(fā)電機(jī)出口大電流互感器按規(guī)程校驗(yàn)現(xiàn)場電源無法實(shí)現(xiàn)、設(shè)備體積大、重量重等問題，實(shí)現(xiàn)36000A及以下發(fā)電機(jī)出口大電流互感器現(xiàn)場智能校驗(yàn)。

三、系統(tǒng)的組成和功能

系統(tǒng)由電力電子電源與電工電源的復(fù)合電源、多組合升流器、自動無功補(bǔ)償裝置、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和電流互感器負(fù)荷箱組成，其原理框圖如圖1所示。

首先根據(jù)被試電流互感器參數(shù)選擇多組合升流器的組合方式，再依據(jù)原理框圖1要求接線后，開啟功率電子電源與電工電源的復(fù)合電源，復(fù)合電源先輸出不超過5%額定電流，再測量檢定系統(tǒng)一次回路的參數(shù)，包括一次電壓、一次電流的相位和幅值等參量，再自動計算校驗(yàn)系統(tǒng)的最佳補(bǔ)償量和補(bǔ)償方式，然后控制自動無功補(bǔ)償裝置按照所計算的補(bǔ)償量和補(bǔ)償方式投切無功補(bǔ)償，達(dá)到最佳補(bǔ)償效果后，電源再控制按照一定速率升流，升流過程過復(fù)合電源實(shí)時控制自動無功補(bǔ)償裝置投切補(bǔ)償，使得系統(tǒng)處于最佳補(bǔ)償狀態(tài)，復(fù)合電源輸出的電流再經(jīng)過多組合升流器的升流，向標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和發(fā)電機(jī)出口大電流互感器輸入檢定電流，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和發(fā)電機(jī)出口大電流互感器的差流信號和百分表信號傳送到復(fù)合電源，復(fù)合電源計算并記錄出JJG1021-2007規(guī)程要求的各檢定點(diǎn)的比差和角差。當(dāng)系統(tǒng)升流至規(guī)程規(guī)定的最大檢定點(diǎn)后，復(fù)合電源按照一定速率降壓，并記錄下降過程各檢定點(diǎn)的誤差，輸出電壓降為0后，將自動無功補(bǔ)償裝置電容全部切出，關(guān)閉復(fù)合電源，試驗(yàn)結(jié)束。

1、三相輸入單相輸出的功率電力電子電源

該裝置是一個容量為150kVA的功率電力電子電源，它將三相380V交流電源通過整流變成直流，然后逆變成0～300V的交流，通過這種AC-DC-AC轉(zhuǎn)換過程，實(shí)現(xiàn)了三相交流電源輸入單相交流電源輸出。對于大功率電源，這種方式有效的降低了系統(tǒng)三相電源輸出的電流，提高了電源利用率，保證供電系統(tǒng)三相輸出電流基本平衡，避免供電系統(tǒng)單相大電流輸出導(dǎo)致的三相不平衡造成的保護(hù)性關(guān)斷。帶有校驗(yàn)儀功能，能實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)出口大電流互感器現(xiàn)場全自動校驗(yàn)。

2、功率電力電子電源與電工式電源的組合電源

該裝置在功率電力電子電源交流輸出回路中串聯(lián)了一個小功率的程控電工電源（15kVA）。在小功率電源輸出的情況下，復(fù)合電源控制功率電力電子電源輸出為零，輸出功率為程控電工式電源輸出；大功率電源輸出的情況下，復(fù)合電源將程控電工式電源輸出調(diào)至為零，輸出功率為功率電力電子電源輸出。這樣就保證了復(fù)合電源在全功率范圍內(nèi)輸出的電源波形好、輸出電流穩(wěn)定性高，實(shí)現(xiàn)全電流范圍內(nèi)校驗(yàn)點(diǎn)的精準(zhǔn)快速定位。

3、多組合升流器

多組合升流器容量為36000A/24V，用以滿足現(xiàn)場大電流升流的需要，能夠?qū)=(0.1+j0.64)MΩ負(fù)載升流至36000A。該裝置采用母排式設(shè)計，現(xiàn)在使用時無需穿心，操作簡單，可減小試驗(yàn)的勞動強(qiáng)度，提高試驗(yàn)效率。

4、自動無功補(bǔ)償裝置

自動無功補(bǔ)償裝置設(shè)置在升流器的二次，即升流器的電源側(cè)，可大大減小對現(xiàn)場電源容量的需求，減小調(diào)壓電源的體積和重量。補(bǔ)償裝置采用8組電容器，最小補(bǔ)償細(xì)度為3.125kVA，0VA～796.875VA一共構(gòu)成256種步進(jìn)式無功補(bǔ)償。

四、系統(tǒng)測試

該檢定系統(tǒng)在設(shè)計和實(shí)現(xiàn)的過程，經(jīng)過了多次方案改進(jìn)，于2017年05月研制成功并完成實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，使用該系統(tǒng)對30000A電流互感器進(jìn)行誤差校驗(yàn)。復(fù)合電源找了最佳補(bǔ)償方式，補(bǔ)償功率因素達(dá)0.97，被試電流互感器10VA滿載的試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，該系統(tǒng)準(zhǔn)確高效的完成了30000A電流互感器的誤差檢定。

表1 30000A電流互感器誤差數(shù)據(jù)表

五、結(jié)束語

發(fā)電機(jī)出口側(cè)大電流互感器現(xiàn)場誤差智能校驗(yàn)裝置采用三相變單相的功率電力電子電源與電工電源串聯(lián)的現(xiàn)代電力電子變流技術(shù)、自動計算并調(diào)節(jié)的電容無功補(bǔ)償技術(shù)、大容量升流器小型化設(shè)計技術(shù)、步進(jìn)式無功補(bǔ)償技術(shù)，大大減小現(xiàn)場電源及升流設(shè)備的容量和體積，可實(shí)現(xiàn)分散的校驗(yàn)設(shè)備集成化、小型化和車載化，提高現(xiàn)場校驗(yàn)?zāi)芰凸ぷ餍?降低人力物力成本，解決現(xiàn)場不能對發(fā)電機(jī)出口大電流互感器按照檢定規(guī)程進(jìn)行校驗(yàn)的難題，具有廣泛的經(jīng)濟(jì)意義和社會意義，建議推廣應(yīng)用。