一种基于降低回路电感的大电流发生设备的设计方案研究

陈勇+许守东+李胜男+张丽+陈罗飞

摘要：变电站一次通流试验主要作用与CT极性正确性校验和回路正确性校验，在变电站送电阶段是一个非常重要且必要的测试环节。但由于CT变比一般较大，导致一次通流试验时对大电流发生设备电流输出要求很高，尤其是回路负载较大的情况下，要求大电流发生器具备一定的负载能力。目前，一次通流试验较为常用的方式有两种：①采用升流器通流的方式较多，设备数量多，连接复杂；②采用一体式大电流发生设备，体积大，设备沉重，不方便运输。本文主要讨论一种通过降低回路电感，从而降低回路负载的设计方案，通过本设计方案最终降低大电流发生设备负载能力，从而有利于降低大电流发生设备重量，给一次通流现场测试带来方便。

Abstract： The main function of the primary flow test of the substation and the correctness of the CT polarity check and check the correctness of the loop are a very important and necessary test link in the substation transmission phase. However， due to the CT ratio is generally larger， resulting in a flow test when the current output of high current devices require a high output， especially in the case of large loop load， requiring high current generator with a certain load capacity. At present， a flow test is more commonly used in two ways： First， the use of high-speed flow through the way， the number of devices， the connection is complex； Second， the use of one-piece high-current equipment， bulky， heavy equipment， Inconvenient to transport. This paper mainly discusses a design scheme which reduces the loop inductance and reduces the load of the loop. By reducing the load capacity of the high current generating equipment， it is beneficial to reduce the weight of the high current generating equipment and bring convenience to the flow field test.

关键词：电感；一次测试；大电流发生器；电流放大器

Key words： inductance；primary test；high current generator；current amplifier

中图分类号：TM411+.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）32-0092-03

0 引言

变电站一次通流是继电保护二次回路检查的一个重要环节，试验的主要目的是为了检验变电站的CT变比和校验线路差动、母线差动、短引线等保护用CT以及测量用CT、计量用CT的接线正确性，但现有一次通流设备，体积大，重量大等因素给现场测试带来不便。

1 一次通流试验的必要性和可靠性

变电站建设流程如图1所示。

一次通流试验一般在现场调试后，启动试验前进行。在调试导则、启规以及电气交接试验标准中并没有明确要对变电站进行一次通流试验，一般都在变电站的各项常规试验完成后以及对二次继保及回路检查完成后，直接对变电站进行启动试验，由于目前变电站系统庞大，保护配置与CT回路比较复杂，很多公用CT，所以在试验中经常发生CT极性错误等问题，虽然不会造成很大的损失，但是对工期和调试质量造成一定的影响。通过对变电站系统一次回路通流试验，考核变电站一次系统安装质量，确保所有的CT变比、极性及二次回路的正确性；确保变电站母线系统、变压器系统能安全可靠运行；节约整组启动试验时间，较少不必要的浪费。[1-2]

2 一次通流调试现状

2.1 一次通流测试

做好通流前准备工作，检查整个CT回路是否正常，将所有二次保护装置正常投入，投入所有保护功能压板，打开所有保护出口压板，避免断路器动作。将大电流发生设备连接与CT一次侧，CT变比为N，在设备容量允许的条件下，注入电流I，为保证二次电流稳定且准确，一次电流I应接近额定电流，此时，在二次侧CT就地端子箱、保护屏、电度表屏、故障录波屏内应测量到I/N的电流，如果其数值不对，则有可能回路中有接地或者寄生线分流。利用这种实验方法还可以检测电流二次接线极性是否正确；检验边开关与中开关CT合流的接线是否正确。如果以上测试项目都符合要求，就可断定该CT的二次回路接線正确，且回路完整，具备送电条件[3]。

2.2 测试方式

目前常用的一次通流测试方式有两种：

①继保测试仪加升流器：

采用传统继保测试设备与升流器配合的方法，实现大电流输出功能。升流器实质上就是一种双绕组降压变压器，理论上原边和副边的功率相等，运行时原副边的电压与电流成反比。那么结果就降低了电压，同时升高了负载电流[4]。为了降低测试回路负载，一般采用双绞线等接线方式，降低回路电感，测试示意图如图2。endprint

缺点：该测试方法采用多台设备，增加了运输难度和测试接线难度，不方便现场测试。

②体式大电流发生设备：

大电流测试设备，其大电流发生器带载能力最强适用于一次母线保护及校验电流互感器变比等，并能对电流继电器及开关进行整定校验，具有输出功率大、附加损耗小、抗过载能力强、操作方便、读数清晰、移动灵活等特点，适用于电力系统技术人员检验电流互感器、保护装置及二次回路电流试验之用。

实现原理及测试示意图如图3。

缺点：大电流发生设备为集中式设计，为满足外接负载要求，大电流发生设备带载能力加强，从而也导致了大电流发生设备所需材料增加，加大了设备的整体重量，例如1000A电流输出，端口电压5V的大电流发生设备重量一般在100kg左右。现场测试移动困难，不方便移动测试。

3 设计方案提出

对以上两种测试方法总结，如果能提供一款一体式并且轻量化的大电流发生设备，将会对现场一次通流测试带来很大帮助，方便现场测試。

一体式大电流发生设备重量重的主要因素是因为带载能力要求限制，如果能够降低外接回路负载，降低测试对大电流发生设备的带载要求，就可直接影响到降低大电流设备的重量。因此把降低回路负载作为本设计方案的出发点。由于被测设备与线路长短认为不变，此处认为回路电阻与电容不变，考虑如何降低回路电感。

电感是闭合回路的一种属性，即当通过闭合回路的电流改变时，会出现电动势来抵抗电流的改变。这种电感称为自感（self-inductance），是闭合回路自己本身的属性。假设一个闭合回路的电流改变，由于感应作用而产生电动势于另外一个闭合回路，这种电感称为互感（mutual inductance）。

在前面提到的两种方案中，都通过双绞线方式，较少回路面积降低回路电感。本文通过改变大电流发生器的设计方案接接线方式，从另一个角度降低回路电感。设计方案及接线方式如图4所示。

将大电流发生设备内部电流放大器分成N个独立的电流放大器I1（I=N*I1），电路放大器1到电流放大器N，各个电流放大器之间没有连接，不共地。电流放大器1的线路感应电动势，U1=XL1dI1/dt，L为固定值不变，此时dI1/dt，在单位时间内电流变化值；比较可得，本文提供的方法中，dI/dt=N*dI1/dt；

传统接线方式，线路电感功率损耗如下：

S=U*I=（XL1*dI/dt*I）；

本方案设计方式线路电感功率损耗如下：

本方案中线路电压与线路电流均下降，电流降低N倍，电压降低与被测设备阻抗值有关，被测设备阻抗越小，线路电压降低越大；

S1=N（U1*I1）=N（XL1*dI1/dt*I1）=（XL1*dI/dt*I/N）/N=S/N；

S1=S/N

本设计方案共有N条回路组成，按本方案设计方法线路功率损耗为常规设计接线方法线路功率损耗的1/N，线路损耗降低的大小与被测设备负载阻抗大小有关，被测设备阻抗越小，线路损耗降低越大，大电流发生设备输入功率要求越低。

4 结论

通过本优化方案的实施，减小接线回路的功率损耗，达到减少设备总功率的效果，有利于实现大电流设备轻量化制作，方便变电站现场运输与测试，为变电站稳定可靠运行提供技术保障。

参考文献：

[1]晋飞.智能变电站二次设备出厂前的联合调试工作探析[J].硅谷，2013（16）.

[2]邓婕，项魏.500kV主变一次通流试验模型及方案的研究[J].继电器Relay，2008（07）.

[3]朱克侠.一次通流试验检查二次电流回路的正确性[J].电子世界，2015（24）.

[4]刘建华，王永先，李光辉，韩宏伟，徐松梅.浅谈电流互感器的升流问题[J].煤矿机械，2005（08）.endprint