蘇南500 kV UPFC工程電子式互感器現場試驗

張　弛， 龐福濱， 羅　強，劉琛琛， 湯漢松， 孔祥平

(1. 國網變電站智能設備檢測技術重點實驗室(國網江蘇省電力有限公司電力科學研究院), 江蘇 南京 211103；2. 江蘇凌創電氣自動化股份有限公司，江蘇 鎮江 212009；3. 國網南京供電公司, 江蘇 南京 210000)

0　引言

作為迄今為止最為全面的柔性交流輸電(f￣l￣e￣x￣i￣ble AC transmission system, FACTS)裝置，統一潮流控制器(unified power flow controller, UPFC)具有電壓調節、串聯補償和移相控制等功能，可同時快速控制輸電線路中的有功、無功功率[1-4]。世界上已經建成或在建的UPFC裝置共有6套。其中，南京西環網220 kV UPFC示范工程在2015年順利建成投運，積累了大量的工程建設和科研成果。文獻[5—7]討論了UPFC的結構及其對原有電網的影響；文獻[8]研究了UPFC系統的啟動調試方法；文獻[9—11]探討了UPFC控制保護系統的配置和運行策略。在此基礎上，蘇南500 kV UPFC工程開工建設，是目前世界上電壓等級最高、容量最大的UPFC工程，代表了柔性交流輸電的最先進水平[12]。

目前，對于新建的直流輸電和柔性交流輸電工程，在設備入場之后、投運之前均有針對變壓器、換流器等的交接試驗，用以驗證設備在運輸過程中沒有被損壞且性能滿足投運要求。但是，對于在直流場被廣泛應用的電子式互感器，沒有成熟的手段對其進行現場試驗，而只是通過一次通流對其極性和傳變準確度進行簡單驗證。一方面，電子式互感器是直流場及其連接區重要的電氣量采集設備，其性能優劣對直流控制保護等裝置的可靠穩定運行影響巨大。另一方面，運行經驗表明，電子式互感器出現的問題要明顯多于傳統的電磁式互感器。所以，有必要在現場開展針對電子式互感器的專項測試，保證其性能滿足投運要求。

文中首先對蘇南500 kV UPFC工程進行簡要介紹，隨后重點闡述針對電子式電流互感器開展的現場試驗過程，分析了試驗數據。結果表明，所測互感器的精度、階躍延時等特性滿足投運要求。

1　蘇南500 kV UPFC工程

為解決蘇州南部電網在直流小方式下梅木雙線的N-1過載問題，保證充分消納錦蘇直流輸送功率，提升蘇南地區電網的動態無功和電壓支撐能力，選擇在緊鄰500 kV木瀆變裝設UPFC裝置。將梅里—木瀆雙線改接至UPFC，實現UPFC裝置在梅里—木瀆雙線的控制功能，UPFC站的接入位置如圖1所示。蘇南500 kV UPFC工程系統建設方案如圖2所示。

圖1　蘇南500 kV UPFC站的接入位置Fig.1　Access location of the Sunan 500 kV UPFC project

圖2　蘇南500 kV UPFC工程系統建設方案Fig.2　System construction program of the Sunan 500 kV UPFC project

工程共包括3個換流器：并聯側一個換流器通過起動電阻接至并聯變壓器，再接入木瀆500 kV母線；串聯側2個換流器通過2個串聯變壓器接入梅里—木瀆500 kV雙回線路。在并聯變壓器的閥側和系統側均配有交流斷路器，串聯變壓器系統側配置1臺連接斷路器，閥側和系統側各配置1臺旁路斷路器。3個換流器采用背靠背連接方式。

UPFC站進出線規模5回(梅里2回、木瀆3回)。木瀆變原500 kV梅里1、2線改接至UPFC站串聯變壓器分支。500 kV UPFC站新建2回聯絡線，由串聯變壓器另一分支與木瀆變相連，接入原梅里1、2線間隔。當高、低壓側旁路開關均斷開時，串聯變壓器串入線路，UPFC投入運行。并聯換流器與1臺三相變壓器相連，后者通過專用斷路器接入木瀆變500 kV第5串預留間隔。

2　電子式互感器試驗

2.1　試驗對象

一般500 kV變電站中使用的電子式電流互感器多用于測量交流電流，采用羅氏線圈原理。而蘇南500 kV UPFC工程中用到的電子式電流互感器需采集直流量，故原理有所不同。

蘇南500 kV UPFC工程共使用了42套電子式互感器，其中電子式電流互感器36套，電子式電壓互感器6套。電子式電流互感器中，除了3套測量變壓器中性點電流的互感器采用霍爾元件外，其余均采用分流原理。電子式電壓互感器則均采用分壓原理。具體情況見表1。

表1　工程中使用的電子式互感器Tab.1　Electronic transformers used in the project

由表1可知，現場使用的電子式電流互感器的型號共有3種。從這3種互感器中各選取1臺進行試驗，分別是并聯換流器直流側電流互感器、并聯換流器上橋臂電流互感器和1號串變中性點電流互感器。為表述方便，將這3套互感器依次命名為CT1、CT2和CT3，其位置由圖2中紅框標出。

2.2　試驗原理

試驗中，通過直流信號源產生一次電流，并將其串接于標準互感器和被測電子式電流互感器。標準互感器將一次電流轉換成小電壓模擬信號輸出給前置信號轉換單元，后者將其轉換為數字信號，通過光纖輸出給電子式互感器校驗儀。被測互感器則直接輸出數字信號給互感器校驗儀。通過后臺分析系統比較被測互感器和標準互感器的輸出，對被測互感器的性能進行評估。試驗接線示意如圖3所示。

圖3　試驗接線示意Fig.3　Diagram of test wiring

本次對電子式電流互感器的試驗包括2個項目，分別是直流精度試驗和暫態階躍試驗。在直流精度試驗中，信號源輸出不同幅值的穩態直流信號，對被測互感器的測量精度進行考核。在暫態階躍試驗中，信號源輸出直流階躍信號，對被測互感器暫態階躍指標中的上升時間、過沖和延時進行考核。

2.3　試驗過程及結果

分別對并聯換流器直流側電流互感器CT1，并聯換流器上橋臂電流互感器CT2和1號串變中性點電流互感器CT3進行直流精度試驗和暫態階躍試驗。

2.3.1并聯換流器直流側電流互感器CT1試驗

并聯換流器直流側電流互感器CT1的額定電流為1000 A。通過信號源輸出幅值分別為100 A，200 A，500 A和1000 A的直流電流，完成被測互感器在不同比率點下的精度測試，結果如表2所示。

表2CT1直流精度試驗結果
Tab.2Results of CT1 DC accuracy test %

比率比差最大值比差最小值比差平均值復合誤差10-0．2607-0．2248-0．24700．397620-0．1609-0．1493-0．15450．201750-0．1097-0．1068-0．10840．1286100-0．0806-0．0765-0．07890．0946

通過信號源輸出穩定后幅值為100 A直流階躍信號，完成被測互感器的暫態階躍試驗，結果如表3所示。為表述方便，表格中用“標互”代指“標準互感器”，用“試品”代指“被測互感器”。

表3　CT1暫態階躍試驗結果Tab.3　Results of CT1 step test

暫態階躍試驗過程中標準互感器和被測互感器的輸出波形如圖4所示。

圖4　CT1暫態階躍試驗波形Fig.4　Waveforms of the CT1 step test

根據廠家提供的說明書，此型號互感器的測量精度滿足0.2級要求，階躍響應上升時間小于125 μs。試驗結果表明，被測互感器特性與說明書所述一致。

2.3.2并聯換流器上橋臂電流互感器CT2試驗

并聯換流器上橋臂電流互感器CT2的額定電流為2000 A。通過信號源輸出幅值分別為200 A，400 A，600 A和1000 A的直流電流，完成被測互感器在不同比率點下的精度測試，結果如表4所示。

表4　CT2直流精度試驗結果Tab.4　Results of CT2 DC accuracy test　%

通過信號源輸出穩定后幅值為100 A直流階躍信號，完成被測互感器的暫態階躍試驗，結果如表5所示。

表5　CT2暫態階躍試驗結果Tab.5　Results of CT2 step test

暫態階躍試驗過程中標準互感器和被測互感器的輸出波形如圖5所示。

圖5　CT2暫態階躍試驗波形Fig.5　Waveforms of the CT2 step test

根據廠家提供的說明書，此型號互感器的測量精度滿足0.2級要求，階躍響應上升時間小于125 μs。試驗結果表明，被測互感器特性與說明書所述一致。

2.3.31號串變中性點電流互感器CT3試驗

1號串變中性點電流互感器CT3的額定電流為100 A。通過信號源輸出幅值分別為10 A，20 A，50 A和100 A的直流電流，完成被測互感器在不同比率點下的精度測試，結果如表6所示。

表6　CT3直流精度試驗結果Tab.6　Results of CT3 DC accuracy test　%

通過信號源輸出穩定后幅值為100 A直流階躍信號，完成被測互感器的暫態階躍試驗，結果如表7所示。

表7　CT3暫態階躍試驗結果Tab.7　Results of CT3 step test

暫態階躍試驗過程中標準互感器和被測互感器的輸出波形如圖6所示。

圖6　CT3暫態階躍試驗波形Fig.6　Waveforms of the CT3 step test

根據廠家提供的說明書，此型號互感器的測量精度滿足1級要求，無階躍響應上升時間要求。試驗結果表明，被測互感器特性與說明書所述一致。

3　結語

對蘇南500 kV UPFC工程中使用的電子式電流互感器進行了現場測試，包括直流精度試驗和暫態階躍試驗，測試結果表明被測互感器性能滿足投運要求。作為首次在現場開展的針對電子式互感器的交接試驗，本次現場測試的順利開展證明了所提出的測試裝置與測試方法的實用性，為后續進行系統的電子式互感器現場試驗奠定了基礎。

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