GIS中電流互感器現場校驗技術研究

朱勝龍 葉劍濤 張佳慶 張振宇 李社蓮

（1. 安徽省電力公司電力科學研究院，合肥 230601；2. 廈門紅相電力設備股份有限公司，福建 廈門 361000）

GIS中電流互感器現場校驗技術研究

朱勝龍1葉劍濤1張佳慶1張振宇2李社蓮2

（1. 安徽省電力公司電力科學研究院，合肥 230601；2. 廈門紅相電力設備股份有限公司，福建 廈門 361000）

隨著電力系統的快速發展，企業和用戶對電能的需求逐漸增大。為滿足企業和用戶使用需求，必須增加電能的生產和分配。近年來，GIS變電站憑借較大優勢被大量新建，與此同時，作為電能計量裝置之一的配套GIS電流互感器的檢定工作也隨之增加。GIS電流互感器的校驗已經成為一個熱門課題。本文主要介紹了3種GIS電流互感器測試技術原理，即比較法、低壓外推法以及負荷仿真外推法。在現場同一條件下，對這 3種測試原理設備的測試數據進行對比，并比較基于3種不同原理設備的優缺點，最后提出了電流互感器誤差檢測的趨勢。

GIS；電流互感器；比較法；低壓外推法；負荷仿真外推法

隨著經濟的高速發展，企業和用戶對電能的需求也不斷增大。為解決企業和用戶的用電問題，越來越多高電壓等級的變電站被新建并投運。近年來，城市化快速建設導致用地面積逐漸減小，因此，具有占地面積小、不受外界環境影響、SF6氣體穩定、施工周期短等優點的GIS變電站被優先選用。與此同時，GIS變電站內配套使用的電磁式電流互感器被大量使用。GIS電流互感器作為是電能計量的重要設備之一，是國家《計量法》明確規定必須進行強檢的設備。國家計量檢定規程JJG 313—2010《測量用電流互感器》明確規定：“正常檢定周期為2年，若連續2個周期的3次檢定中，最后一次檢定結果與前面2次檢定結果中的任一次相比，誤差變化不大于誤差限值的 1/3，其檢定周期可延長至4年”[1]。因此，對安裝到現場用作計量的電流互感器進行新裝及周期性檢定，是保證計量準確的必要手段，是遵守國家法規和相關計量檢定規程的必要方式[2]。

1 比較法校驗技術原理

國家計量標準JJG 1021—2007《電力互感器》和JJG 313—2010《測量用電流互感器》規定使用標準電流互感器比較法檢定電流互感器誤差[3]，其檢定線路如圖1所示。

圖1 比較法檢定電流互感器線路圖

檢定時被檢電流互感器必須處于停電（離線）狀態，同時需要使用升流器、與被檢電流互感器具有相同變比的標準電流互感器[4]、電流負荷箱、ΔI誤差測量裝置和大電流導線等傳統設備，并將這些設備連接形成串聯回路，通過升流器將標準電流互感器和被檢電流升至不同的電流點（如：1%In、5%In、20%In、100%In、120%In），然后采集被檢電流互感器與標準電流互感器二次側輸出的電流信號，并將信號送入ΔI誤差測量裝置，通過分解運算，最終得出被檢電流互感器的誤差[5]，即

式中，f為比值誤差；δ為相位誤差；xIΔ為差流同相分量；yIΔ為差流正交分量；I為CT額定二次電流值。

GIS電流互感器被封閉在罐體中，其一次回路長、線路阻抗大，測試時，需要帶著連接線路一同升流[6]。此時，對于調壓設備和升流器的容量有很高的需求，現場往往因容量不足導致無法升流至額定電流點進行測試。為解決現場容量不足而導致無法升流的問題，可采用串聯諧振升流實現GIS電流互感器誤差測試。串聯諧振升流是在比較法校驗原理的基礎上進行改進，即在一次回路串入可調電容，使一次回路形成RLC串聯諧振電路，通過計算電容大小，并手動調節電容值，使其達到諧振狀態，此時，感性無功和容性無功相互抵消，從而降低現場對于調壓器和升流器容量的要求[7]。GIS電流互感器串聯諧振升流原理如圖2所示。

圖2 GIS內CT串聯諧振升流原理圖

圖2 中，T為調壓器；ST為升流器；R、Z為GIS電流互感器一次回路等效阻抗值；C為可調電容器。

2 低壓外推法校驗技術原理

低壓外推法是趙修民、趙屹濤等人在“二次側測誤差”的基礎上提出的電流互感器誤差測試方法[8]。基于低壓外推法的便攜式電流互感器校驗儀是根據互易定理，將被檢電流互感器等效成相同變比及精度等級的電壓互感器。在拐點電壓下測試被檢電流互感器的變比、空載誤差和直流電阻等參數，先算出二次繞組內阻抗和比值差補償值，再通過低壓下測試電流互感器勵磁導納，外推出在相應的電流百分數下（如 1%In、5%In、20%In、100%In、120%In）額定負荷和下限負荷的誤差。

為方便分析，可把電流互感器等效成二端口網絡，在保持 CT鐵心磁化狀態不變的情況下，電流互感器的實際電流比等于電壓互感器的實際電壓比。此時，只需測試出實際電壓比，就可求出電流互感器的誤差，即

式中，HK 為CT額定電壓比；K為實際電壓比。因此，CT等效電路可表示為圖3。

圖3 電流互感器等效電路

圖3 中，G為鐵損的電導；B為繞組的電納，2r為二次繞組的電阻，令

則一次繞組感應電壓可表示成

將式（7）代入式（5）可得

由式（8）和式（9）可知，若忽略X2的影響，則只要測出變比、二次繞組直流電阻，各電流點（1%In、5%In、20%In、100%In、120%In）下的勵磁導納 Y = G - j B，即可計算出電流互感器的比值差和相位差[9-10]。

3 負荷仿真外推法校驗技術原理

JJG 1021—2007《電力互感器》規程允許通過增加二次負荷的方法間接測量電流互感器的誤差，即負荷外推法。

若將電流互感器二次分布電容考慮在內，則可將CT等效為如圖4所示的電路。

圖4 電流互感器的等效電路

假設電流互感器誤差未補償、二次分布電容未接入，二次負荷施加為bz，一次升流至 20%In，根據圖4可得到理論誤差為

將二次負荷為設為bz，一次升流升至 20%In，測得的誤差可表示為

將二次負荷設為 4 zb+ 3Z2，一次升流升至5%In，測量得到的誤差可表示為

由式子（11）和式子（12）可得到：

對應額定負荷120%點，二次負荷設為 6 ZB+ 5Z2，一次升流至20%In，測量得到的誤差可以表示為

CT下限負荷的誤差可用接入 5 Zb+ 4Z2和6Zb+5Z2負荷后測量得到式中，wεΔ表示CT比值差補償量，為常數；ε表示實際誤差，ε′表示無二次分布電容與誤差補償的誤差，下標數字表示對應電流百分數，數字后的 b表示下限負荷，B表示額定負荷，括號中的數字表示測量時的參考電流百分數。

由以上推理可知，只要測量出電流互感器的二次繞組電阻及在 1%、5%、20%電流點的誤差，并在可測得最大電流下設置與大電流百分數對應的二次負荷并測量出誤差，就可以計算出各電流百分點誤差[11-12]。

4 現場實測對比

為驗證 3種不同測試原理測試設備的測試效果，特選擇同一制造廠家的測試設備對海南三亞220kV吉陽變電站GIS電流互感器進行測試比對，詳細情況如下。

1）測試設備

（1）比較法測試設備

型號：HX09C電流互感器檢定裝置。

制造廠家：廈門紅相電力設備股份有限公司。

準確度：0.05級。

（2）低壓外推法測試設備

型號：590G-V2電流互感器現場校驗儀。

制造廠家：廈門紅相電力設備股份有限公司。

準確度：0.05級。

（3）負荷仿真外推法測試設備

型號：590C-3電流互感器現場校驗儀。

制造廠家：廈門紅相電力設備股份有限公司。

準確度：0.05級。

2）被測GIS電流互感器信息

型號：ZF11-252（L）。

額定變比：600/1。

額定負荷：20VA。

準確度：0.2S級。

制造廠家：河南平高電氣股份有限公司。

3）GIS電流互感器誤差測試數據

表1 220kV吉陽站2#主變A相GIS電流互感器誤差數據

表2 220kV吉陽站2#主變B相GIS電流互感器誤差數據

表3 220kV吉陽站2#主變C相GIS電流互感器誤差數據

4）測試總結

低壓外推法設備測試數據與比較法設備測試數據對比結果：比差值最大變差為0.025%，相位差最大變差為 0.28′；其比差和角差均滿足 JJG 313—2010對誤差限值的要求。

負荷仿真外推法設備測試數據與比較法設備測試數據對比結果：比差值最大變差為0.034%，相位差最大變差為0.95′；其比差和角差均滿足JJG 313—2010對誤差限值的要求。

以上測試說明，在一定條件下，3種原理的測試設備是可以互相替代進行測試的，且測試結果滿足精度條件的要求。

5 現場測試問題及發展方向

目前隨著電力行業的發展，互感器測量任務愈加繁重，測試條件也愈加復雜。GIS電流互感器都是被封閉安裝在罐體中，其結構特殊，具有一次回路長、阻抗大等特點。檢定時，無法直接從互感器本體升流測試，需要帶著外接線路進行升流測試，這就對現場電源容量有著很高的要求。采用比較法設備或負荷仿真外推法設備測試時，往往因為容量不足而難以甚至不能測試。此時采用低壓外推法設備只需要選擇最佳測試回路，并按照設備使用要求進行相應接線，即可實現 GIS電流互感器的現場測試。

低壓外推法設備相較與比較法設備和負荷仿真外推法設備，具有小巧輕便，攜帶方便，接線簡單，安全系數高等特點。但由于設備內部沒有配置小型標準互感器，無法使用高精度的標準進行檢定，因而采用此原理的設備不具備溯源能力。該類設備可作為周期性測試或者檢修的輔助工具，其測試結果可作為重要的參考價值。隨著檢測技術的發展，測試設備將朝著小信號、高精度、多功能、便攜式方向發展，同時還需要滿足國家相關的計量法或規程的要求。

6 結論

以上列舉了當前GIS電流互感器檢測的三種技術原理，并對這3種原理的設備進行了比對測試。比較法設備升流至額定電流點進行測試，各個測量點及測試結果滿足相關計量規程的要求；低壓外推法設備采用低壓小信號進行測試，因此不需要連接大電流導線進行測試，具有接線方便等特點，但其不能滿足溯源的要求；負荷仿真外推法通過施加大負荷的方式模擬大電流點下互感器的誤差，其測量方法滿足規程的要求，但仍需要連接一次大電流導線。隨著國家對能源、電力等領域的投資，檢測領域也必將隨之迎來大好的發展前景，目前主流的 3種檢測方法都有著其不足之處，需要相關領域的研究人員去推動發展。

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Field Calibration Technique of Current Transformer in GIS

Zhu Shenglong1Ye Jiantao1Zhang Jiaqing1Zhang Zhenyu2Li Shelian2
(1. Anhui Electric Power Research Institute, Hefei 230601；2. Xiamen Red Phase Instruments Inc., Xiamen, Fujian 361000)

With the rapid development of power system, the demand for electrical energy of enterprises and users is increasing. In order to meet the needs of enterprises and users, the production and distribution of electric energy must be increased. In recent years, the GIS substation has been built a lot by virtue of its great advantages. At the same time, the verification of the GIS current transformer is also added as one of the energy metering devices. The verification of GIS current transformer has become a hot topic. This paper mainly introduces the testing principle of three kinds of GIS current transformer, that is, comparison method, low voltage extrapolation method and load simulation extrapolation method. Under the same condition in the field, the test data of three kinds of testing principle and equipment are compared, and the advantages and disadvantages of the equipment based on the three different principles are compared. Finally, the trend of current transformer error detection is proposed.

GIS; current transformer; comparison method; extrapolation method; load simulation extrapolation method

朱勝龍（1980-），男，碩士研究生，現主要從事變電設備運維檢修專業管理及技術監督工作。