零磁通直流电流互感器电子测量单元检测方法

向华，徐先勇，罗志坤，欧朝龙，万全

(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

目前，大多数的直流输电系统中采用传统的电磁式直流或直流电子式电流互感器〔1-2〕。直流控制保护系统依赖于直流测量设备来测量直流系统的直流电压和直流电流，并依此判定直流系统运行状况〔3〕。此次鹅城换流站直流场的极Ⅰ中性母线区、极Ⅱ中性母线区、双极中性母线连接区和接地极线区共安装了8台零磁通直流CT(简称DCCT)。每台零磁通直流CT提供2组二次绕组，配置2台电子测量单元，将大直流电流量转化为小直流电压量供直流控制保护A，B系统使用。

目前，零磁通直流CT电子测量单元有3种原理〔4〕。第1种是从磁化电流波形的成分分析利用零磁通平衡时，检测线圈被正弦波激励后所产生的磁化电流中只有奇次谐波成分，偏离平衡时则有偶次谐波成分，且以二次谐波为主，故采用检测二次谐波的方法检测出直流信号;第2种是从磁化电流的幅度大小进行分析，依据正弦波信号激励检测线圈而产生的磁化电流在零磁通平衡时存在半波对称性，在偏离平衡时，磁化电流的半波不对称，而通过检测正弦信号驱动检测线圈而产生的磁化电流的正负峰值来检测被测电流的检测信号;第3种是将2个相同的检测磁芯上的检测线圈平均分为4组，每个检测磁芯上各有2组检测线圈，同一检测磁芯上的线圈绕向相同，不同检测磁芯的线圈绕向相反，通过线圈组合使磁化电流的奇次波相抵消，偶次谐波相加，以此获得被测电流的检测信号。

1 结构与原理

图1为零磁通直流TA及其电子测量单元测量原理图，零磁通直流TA共5个线圈、3个铁芯。铁芯T1，T2，T3分别对应辅助绕组 N1，N2，N3。匝数相同的补偿绕组N4和校准绕组N5并联，围绕3个铁芯，N5在校准补偿绕组N4时，与N4解开并联，正常运行时N4和N5并联使用。一次绕组及N4，N5分别与 T1，T2，T3交链。

图1 零磁通直流CT及其电子测量单元测量原理图

正常工作时，T1，T2由振荡器激励，进入饱和状态。此时若Id≠0，将导致铁芯进一步饱和，电流陡增。峰值探测器通过电阻感应到电流的陡增(正、负峰值)，并向功放提供校正信号，后经功放提供电压进而产生电流I2。I2流过N4，N5线圈，产生磁通I2W2(W2包含N4和N5绕组)来平衡Id在铁芯T1，T2，T3中产生的磁通，使得铁芯饱和程度降低，峰值检测器检测不到峰值。可以看出，电流I2可以反映一次电流Id，通过测量I2在负载电阻上形成的直流电压信号，即可得到一次电流信号大小，实现直流电流测量的目的。

实际上，由于功放有限的增益和磁通量漂移，原边和副边磁势不能保持平衡。为了恢复安匝数平衡，需要形成一个具有负反馈的系统，此时，磁积分器实现了该目的。

经过分析看出，因I2流过N4，N5线圈产生的磁通I2W2与Id在铁芯T1，T2，T3中产生的磁通相平衡，故一次绕组及N4，N5共同作用于铁芯T1，T2，T3后，整体磁通量为零。振荡器激励N1，N2绕组，由于电流不是由同名端流入，故振荡器作用于铁芯T1，T2后，整体磁通量也为零。对于N3绕组，只反映磁通的变化，认为是无源的，里面磁通为零。因此，3个铁芯对外表现出的磁通整体为零，故称零磁通CT。

以鹅城换流站DCCT阀厅3000A零磁通直流CT为例说明其原理。根据设备铭牌参数，得到绕组匝数:P1P2(W1)=1;N1=1 500;N2=1 500;N3=1 500;N4=5 520;N5=5 520;电流额定值Id=3 000 A;负载电阻R=1 kΩ;额定输出二次电压±1.6667 V(经过放大系数);补偿额定电流I2=±0.543 48 A

在安匝平衡状态下，原边安匝数为:

副边安匝数为:

在排除测量误差下，原边和副边实现了安匝平衡，该电流经过1 kΩ负载电阻和分压电阻后，输入输出放大器，最后额定输出小电压值为1.666 7 V，送入电子测量板卡PS862E，在软件中换算成一次电流值，用于直流系统控制和保护。

2 接线与检测方法

2.1 接线原理

图2为DCCT一次设备的接线盒与二次电子测量单元之间的接线原理图。实际接线时，从DCCT二次接线端子盒端子先把绕组 N1，N2，N3，N4，N5接地端子和屏蔽端子接线都接入暂态电压保护用二极管，然后由暂态电压保护二极管输出信号接入DCCT二次电子测量单元端子排，所有接地线、信号线和屏蔽线都一一对应接好。

图2 电子测量装置和DCCT接线原理图

2.2 检测方法及步骤

2.2.1 DCCT电子测量单元安装到回路前的检测

在仅接入110 V直流电源而不接入DCCT二次绕组情况下进行测试:

1)打开面板，在面板端子排上测量1(+)和2(-)端子间直流电压;

2)电子测量单元左边2块直流电压转换器上绿色指示灯点亮;

3)在电子测量单元测试孔上测量直流电压转换器输出电压;

4)在面板端子排上用钳形电流表测量流过1号端子或5号端子的直流电流。

5)以接供电电源或不接供电电源分别测试供电电源继电器18对19之间电阻;

6)测试控制继电器:测量16，17端子间电阻;

7)在电子测量单元测试孔上测量M6对M4的交流电压、M8对M4的直流电压、M10对M11的直流电压、M9对M4的直流电压。

2.2.2 DCCT电子测量单元安装到回路中的检测

完成电子测量单元的安装工作，即连接上电子测量单元的110 V直流工作电源，CT二次绕组，直流电压负载后，并在一次注流后进行。

1)检查是否提供110 V直流工作电源。

2)按照图3接线，用示波器检测电子测量单元测试孔M7对M4的激励电流波形，并记录波形峰值及频率值。

图3 零磁通电流测量装置激励电流峰值检测现场接线图

3)按照图4接线，进行准确度的检测。解开绕组N5与N4的并联回路，将N5绕组与N4绕组隔离，在N5绕组上注入测试电流Itest，测量电子测量单元的输出电压Uout，输出电压与测试电流必须满足下列公式 (其中UN为二次额定输出电压，IN为二次额定输入电流:

4)按照0.2IN，0.4IN，0.6IN，0.8IN，IN这样5个点测试数据并记录。

5)试验结束，拆除测试线，断开电源，并检查和清理现场。

图4 零磁通电流测量装置准确度检测现场接线图

3 实用情况

使用文中提出的检测方法对鹅城换流站DCCT二次电子测量单元进行了现场检测，被试品型号为EMVI.711EZ，等 级 为 0.1级，编 号 为 07/60000084，额定一次电流为50 A。检测过程中采用的仪器为TDM-A多功能标准源 (0.01级)，1281数字万用表、34401A数字万用表 (直流信号等级均为0.005级)，DPO3034示波器。检测依据规程为JJG(电力)01—1994《电测量变送器检定规程》，Q/GDW 530-2010《高压直流输电直流电子式电流互感器技术规范》，Q/GDW 499—2010《高压直流输电直流测量装置状态检修导则》。从表1的基本误差测试结果可知，该被测DCCT二次电子测量单元等级符合0.1级。

表1 基本误差

3.1 投运前检测

在接入110 V直流电源，不接入直流CT二次绕组情况下进行下列测试:

1)在面板端子排上测量以下端子间的直流电压 (允许范围93～122 V)。1(+)对2(-)的直流电压测试值为110.03 V;3(+)对4(-)的直流电压测试值为109.33 V。

2)测量各测量点供电电压 (M4=0，接地)。M1对M4的供电电压 (允许范围22～26 V)，测试值为23.897 V;M2对M4的供电电压 (允许范围-22～-26 V)，测试值为-23.854 V;M3对M4的供电电压 (允许范围14～16 V)，测试值为14.984 V;M5对M4的供电电压 (允许范围-14～-16 V)，测试值为-15.176 V。

3)测量供电电流 (允许范围＜130 mA)。测量点1对供电端的供电电流测试值为80 mA。

4)测试供电电源继电器电阻。测量点18对19电阻 (允许值为0，接供电电源)，测试值为2.52 Ω;测量点18对19电阻 (允许值为∞，不接供电电源)，测试值为∞。

5)测试控制继电器。测量16，17端子间电阻(允许值为∞)，测试值为∞。

6)在电子测量单元测试孔上测量M6对M4的交流电压 (允许范围5～8 V)，实际测试值为6.037 V。

7)在电子测量单元测试孔上测量M8对M4的直流电压 (允许范围45～51 V或-45～-51 V)，测试值为47.185 V。

8)在电子测量单元测试孔上测量M10对M11的直流电压和M9对M4的直流电压 (应＜1 mV)，测试值为-0.003 mV，0.007 mV。

3.2 安装后检测

完成电子测量单元的安装工作，并连接上所有电缆连接线后，进行以下的检测工作:

1)检查110 V直流工作电源已投入，且正常。2)用示波器检测电子测量单元测试孔M7对M4的波形，实测波形如图5所示，检测到的波形峰值为1.92 V，周期为18.12 ms。

图5 M7对M4的实测波形

3)在电子测量单元测试孔上测量M8对M4的直流电压 (应＜1 mV)，测量值为-0.27 mV。

4)在面板端子排上测量16，17端子间及18，19端子间电阻 (允许值为0)，测量值分别为1.40 Ω，2.54 Ω。

4 结论

文中介绍了鹅城换流站零磁通直流CT及电子测量单元基本工作原理，针对DCCT电子测量模块备品的精度测试，提出了“DCCT一次设备备品+二次测量装置备品”的测试方法，该方法安全、高效、简便。

〔1〕刘君，吴广宁，周利军，等.零磁通传感器的研究〔J〕.电力自动化设备，2009，29(8):67-70.

〔2〕王伟杰，卫军，赵学增，等.零磁通电流传感器的研制〔J〕.传感器技术，2003，22(8):24-26.

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