论文部分内容阅读
一起500千伏HGIS电流互感器误差超差问题分析及处理
福建省送变电工程公司 钱星榕 方桂芳
【摘要】在500千伏HGIS组合电器交接试验过程中，发现电流互感器误差测量结果异常，通过对误差原因判断和测试分析，发现支撑HGIS壳体的金属连接支架形成环绕铁芯的回路，且回路经过HGIS构架接地，通过接地线形成闭合环路，造成电流互感器误差严重超差。对此类故障进行了详细的分析总结，具有典型的指导意义。
【关键词】HGIS；电流互感器；组合电器；超差
1.引言
电流互感器是一次系统和二次系统电流间的联络元件，将一次回路的大电流转换为小电流，供给测量仪表和保护装置使用。电流反应系统故障的重要电气量，而保护装置是通过电流互感器来间接反应一次电流的，因此电流互感器的性能直接决定保护装置的运行。然而从互感器本身和运行使用条件方面来看，电流互感器存在不可避免的误差，本文通过介绍一起经典的电流互感器误差超差，并结合实际工作阐述了误差带来的影响，以便在工作中加强重视，并做出正确的分析。
2.发生过程
厦门海沧500kV变电所500kV HGIS电器设备采用河南平高东芝高压开关有限公司生产的HGIS组合电器，型号为：GSR-500R2B。设备整合了包括断路器、电流互感器、隔离刀闸、接地刀闸等一次设备。在进行交接试验时，要求对电流互感器进行变比比差和角差试验。由于结构上同常规的单体设备不同，造成了交接试验HGIS中电流互感器变比试验一次接线的不同。试验时一次电流接线如图1所示试验回路：试验大电流线从两侧的地刀处接入，合上开关及两侧的地刀构成回路。
图1 HGIS CT试验回路图
测试时发现各相数据基本相似，比差最大达到-4.56%，角差达到-153’。以下是对500kV 5011A相其中的一个测量绕组实测的一组数据（见表1）。
从以上的所得的数据分析，被试电流互感器误差大于0.2S级误差限级标准，且所有的数据呈现负误差，不满足设计要求电流互感器应具有规定的准确度等级。
3.原因调查分析
一般为满足设计要求，电流互感器应具有规定的准确度等级，而出现误差超差的值应基本满足误差曲线规律，我们一般从二次绕组绝缘不良、绕组存在短路匝、磁路原因、其他外部原因等几个方面对其进行分析。
3.1 二次绕组绝缘不良
电流互感器的绕组绝缘不好可能造成一次或二次绕组上有分流支路，因为电流互感器二次所接负载都是低阻的，其等值阻抗在欧姆数量级甚至更小。所以二次绕组的绝缘（包括匝间、层间和首末端间）要降低到欧姆数量级，才能极大地影响到电流互感器的测量结果。试验前进行绝缘测试，一次对地绝缘大于10000MΩ，二次对其它绕组及地的绝缘大于10000MΩ，试验连线后一次对地总的绝缘大于200MΩ，一二次回路中不存在分流支路。
3.2 电流互感器的二次绕组存在匝间短路（如图2所示）
图2 电流互感器结构原理图
根据全电流定律，若不考虑漏磁，则有：
（1）
如果二次绕组存在匝间短路则W2减小，电流I2增大，所得的结果应该是误差呈现正误差，而测试的误差全部呈现负误差，显然与测试所得的结果不符。随后进行了伏安特性试验，数据与出厂相符，未发现有匝间短路问题。
3.3 磁路原因
一次导体产生的磁通不能全部通过电流互感器铁芯，存在较大漏磁通，会造成测量不准确。当铁心有剩磁现象的存在会使铁芯的磁导率下降，从而造成互感器的原始误差增大，即比值差偏负，相位差偏正。对一般的0.2级电流互感器经过充磁后产生的误差曲线，偏移不会超过0.5%左右。而实测的误差大大超过0.5%，在试验中反复退磁后试验结果差别不大。
在磁路上由式（1）可知，如由一次绕组产生的磁通没有完全经过铁心，即存在较大的漏磁通也会产生误差，经现场判断套管式电流互感器的一次布置采用非导磁材料，通常电流互感器铁心由高导磁材料组成闭合回路，发生漏磁的情况可以忽略。
500kV HGIS采用外置式电流互感器，在外侧加有外罩，厂家一次设计时已经充分考虑了外罩对铁心可能形成一个短路环，专门设置绝缘区形成断开点。经现场观察发现虽然设置了绝缘区，但厂方的现场安装人员在架设电流互感器二次回路电缆桥架时，为方便桥架的固定问题，利用绝缘区上的螺栓安装一块角铁用以固定电缆铝合金桥架，桥架与地相同形成闭合回路，如图3所示。根据全电流定律，由图3得==I1W1+I2W2+I3W3，可以判断短路环对主磁通有分流作用，使在二次绕组上感应的电流I2减小，从而产生负误差。
其相应的电流互感器等值电路图如图4所示。
Ip，Ie——归算到电流互感器二次侧的一次电流和励磁电流
Is，Id——电流互感器的二次电流及短路环中的电流
Zp，Ze——归算到电流互感器二次侧的一次阻抗和励磁阻抗
Zct，Zr——电流互感器的二次绕组阻抗和负载阻抗
根据比值差的定义，电流互感器由于实际变比与额定变比不相等，在测量电流时产生的数值误差，这个误差是不可避免的，正常时误差由励磁电流Ie造成的。由此可推算出电流互感器的比值误差为：
×100% （2）
厂家的外装式电流互感器线圈的出厂试验在安装前单独进行，表2所示是500kV 5011A相7S绕组的检定数据。
由图4所示电流互感器等值电路图可知，除了励磁电流Ie有由于存在短路环电流Id产生的误差，从出厂数据同处理前的数据相比较可以得出，造成超差的因素主要由短路环中流经的电流Id造成的，且比值差为一负误差。
原因确认后拆除电缆桥架与绝缘区的连接角铁再对500kV 5011A相进行测试，结果如表3所示。
结果符合电流互感器的检定限级标准要求，并与厂家出厂数据相符。
4.结束语
通过以上分析，引起HGIS电流互感器测量不准确的原因除了内部原因，还要检查互感器外部是否有闭合回路。因此在安装中为了使HGIS能够长期正常运行而不留隐患，还必须采取一些行之有效的措施予以防范。由于电流互感器组件质量较大，制造厂在断路器和电流互感器之间增加支撑架时，支撑架也要采取绝缘措施。电流互感器外罩和HGIS构架相碰也能形成短路，因而必须采取绝缘措施。由于断路器合跳闸振动，绝缘环会出现串动而造成绝缘破坏，因此绝缘环和绝缘垫应加工成一体，并尽可能采用机械强度更高的绝缘材料。同时建议制造厂严格生产工艺，严格产品质量把关，确实有效地防止类似事故的发生。
参考文献
[1]GB 50150-2006.电气装置安装工程电气设备交接试验标准[M].北京：中国电力出版社，2006.
[2]姚钰，高桥.220kV变电站GIS配电装置浅析[J].宁夏电力，2007（6）.
[3]杨仕友.变电站中的GIS电器设备[J].中国高新技术企业，2007（8）.
[4]郑泽鸿.GIS变电站几个应予注意的问题[J].广东输电与变电技术，2007（2）.
[5]罗学琛.SF6气体绝缘全封闭组合电器[M].北京：中国电力出版社，1999.
[6]李建基.高压开关设备实用技术[M].北京：中国电力出版社，2005.
福建省送变电工程公司 钱星榕 方桂芳
【摘要】在500千伏HGIS组合电器交接试验过程中，发现电流互感器误差测量结果异常，通过对误差原因判断和测试分析，发现支撑HGIS壳体的金属连接支架形成环绕铁芯的回路，且回路经过HGIS构架接地，通过接地线形成闭合环路，造成电流互感器误差严重超差。对此类故障进行了详细的分析总结，具有典型的指导意义。
【关键词】HGIS；电流互感器；组合电器；超差
1.引言
电流互感器是一次系统和二次系统电流间的联络元件，将一次回路的大电流转换为小电流，供给测量仪表和保护装置使用。电流反应系统故障的重要电气量，而保护装置是通过电流互感器来间接反应一次电流的，因此电流互感器的性能直接决定保护装置的运行。然而从互感器本身和运行使用条件方面来看，电流互感器存在不可避免的误差，本文通过介绍一起经典的电流互感器误差超差，并结合实际工作阐述了误差带来的影响，以便在工作中加强重视，并做出正确的分析。
2.发生过程
厦门海沧500kV变电所500kV HGIS电器设备采用河南平高东芝高压开关有限公司生产的HGIS组合电器，型号为：GSR-500R2B。设备整合了包括断路器、电流互感器、隔离刀闸、接地刀闸等一次设备。在进行交接试验时，要求对电流互感器进行变比比差和角差试验。由于结构上同常规的单体设备不同，造成了交接试验HGIS中电流互感器变比试验一次接线的不同。试验时一次电流接线如图1所示试验回路：试验大电流线从两侧的地刀处接入，合上开关及两侧的地刀构成回路。
图1 HGIS CT试验回路图
测试时发现各相数据基本相似，比差最大达到-4.56%，角差达到-153’。以下是对500kV 5011A相其中的一个测量绕组实测的一组数据（见表1）。
从以上的所得的数据分析，被试电流互感器误差大于0.2S级误差限级标准，且所有的数据呈现负误差，不满足设计要求电流互感器应具有规定的准确度等级。
3.原因调查分析
一般为满足设计要求，电流互感器应具有规定的准确度等级，而出现误差超差的值应基本满足误差曲线规律，我们一般从二次绕组绝缘不良、绕组存在短路匝、磁路原因、其他外部原因等几个方面对其进行分析。
3.1 二次绕组绝缘不良
电流互感器的绕组绝缘不好可能造成一次或二次绕组上有分流支路，因为电流互感器二次所接负载都是低阻的，其等值阻抗在欧姆数量级甚至更小。所以二次绕组的绝缘（包括匝间、层间和首末端间）要降低到欧姆数量级，才能极大地影响到电流互感器的测量结果。试验前进行绝缘测试，一次对地绝缘大于10000MΩ，二次对其它绕组及地的绝缘大于10000MΩ，试验连线后一次对地总的绝缘大于200MΩ，一二次回路中不存在分流支路。
3.2 电流互感器的二次绕组存在匝间短路（如图2所示）
图2 电流互感器结构原理图
根据全电流定律，若不考虑漏磁，则有：
（1）
如果二次绕组存在匝间短路则W2减小，电流I2增大，所得的结果应该是误差呈现正误差，而测试的误差全部呈现负误差，显然与测试所得的结果不符。随后进行了伏安特性试验，数据与出厂相符，未发现有匝间短路问题。
3.3 磁路原因
一次导体产生的磁通不能全部通过电流互感器铁芯，存在较大漏磁通，会造成测量不准确。当铁心有剩磁现象的存在会使铁芯的磁导率下降，从而造成互感器的原始误差增大，即比值差偏负，相位差偏正。对一般的0.2级电流互感器经过充磁后产生的误差曲线，偏移不会超过0.5%左右。而实测的误差大大超过0.5%，在试验中反复退磁后试验结果差别不大。
在磁路上由式（1）可知，如由一次绕组产生的磁通没有完全经过铁心，即存在较大的漏磁通也会产生误差，经现场判断套管式电流互感器的一次布置采用非导磁材料，通常电流互感器铁心由高导磁材料组成闭合回路，发生漏磁的情况可以忽略。
500kV HGIS采用外置式电流互感器，在外侧加有外罩，厂家一次设计时已经充分考虑了外罩对铁心可能形成一个短路环，专门设置绝缘区形成断开点。经现场观察发现虽然设置了绝缘区，但厂方的现场安装人员在架设电流互感器二次回路电缆桥架时，为方便桥架的固定问题，利用绝缘区上的螺栓安装一块角铁用以固定电缆铝合金桥架，桥架与地相同形成闭合回路，如图3所示。根据全电流定律，由图3得==I1W1+I2W2+I3W3，可以判断短路环对主磁通有分流作用，使在二次绕组上感应的电流I2减小，从而产生负误差。
其相应的电流互感器等值电路图如图4所示。
Ip，Ie——归算到电流互感器二次侧的一次电流和励磁电流
Is，Id——电流互感器的二次电流及短路环中的电流
Zp，Ze——归算到电流互感器二次侧的一次阻抗和励磁阻抗
Zct，Zr——电流互感器的二次绕组阻抗和负载阻抗
根据比值差的定义，电流互感器由于实际变比与额定变比不相等，在测量电流时产生的数值误差，这个误差是不可避免的，正常时误差由励磁电流Ie造成的。由此可推算出电流互感器的比值误差为：
×100% （2）
厂家的外装式电流互感器线圈的出厂试验在安装前单独进行，表2所示是500kV 5011A相7S绕组的检定数据。
由图4所示电流互感器等值电路图可知，除了励磁电流Ie有由于存在短路环电流Id产生的误差，从出厂数据同处理前的数据相比较可以得出，造成超差的因素主要由短路环中流经的电流Id造成的，且比值差为一负误差。
原因确认后拆除电缆桥架与绝缘区的连接角铁再对500kV 5011A相进行测试，结果如表3所示。
结果符合电流互感器的检定限级标准要求，并与厂家出厂数据相符。
4.结束语
通过以上分析，引起HGIS电流互感器测量不准确的原因除了内部原因，还要检查互感器外部是否有闭合回路。因此在安装中为了使HGIS能够长期正常运行而不留隐患，还必须采取一些行之有效的措施予以防范。由于电流互感器组件质量较大，制造厂在断路器和电流互感器之间增加支撑架时，支撑架也要采取绝缘措施。电流互感器外罩和HGIS构架相碰也能形成短路，因而必须采取绝缘措施。由于断路器合跳闸振动，绝缘环会出现串动而造成绝缘破坏，因此绝缘环和绝缘垫应加工成一体，并尽可能采用机械强度更高的绝缘材料。同时建议制造厂严格生产工艺，严格产品质量把关，确实有效地防止类似事故的发生。
参考文献
[1]GB 50150-2006.电气装置安装工程电气设备交接试验标准[M].北京：中国电力出版社，2006.
[2]姚钰，高桥.220kV变电站GIS配电装置浅析[J].宁夏电力，2007（6）.
[3]杨仕友.变电站中的GIS电器设备[J].中国高新技术企业，2007（8）.
[4]郑泽鸿.GIS变电站几个应予注意的问题[J].广东输电与变电技术，2007（2）.
[5]罗学琛.SF6气体绝缘全封闭组合电器[M].北京：中国电力出版社，1999.
[6]李建基.高压开关设备实用技术[M].北京：中国电力出版社，2005.