GIS中电流互感器现场校验技术研究

朱胜龙 叶剑涛 张佳庆 张振宇 李社莲

（1. 安徽省电力公司电力科学研究院，合肥 230601；2. 厦门红相电力设备股份有限公司，福建 厦门 361000）

GIS中电流互感器现场校验技术研究

朱胜龙1叶剑涛1张佳庆1张振宇2李社莲2

（1. 安徽省电力公司电力科学研究院，合肥 230601；2. 厦门红相电力设备股份有限公司，福建 厦门 361000）

随着电力系统的快速发展，企业和用户对电能的需求逐渐增大。为满足企业和用户使用需求，必须增加电能的生产和分配。近年来，GIS变电站凭借较大优势被大量新建，与此同时，作为电能计量装置之一的配套GIS电流互感器的检定工作也随之增加。GIS电流互感器的校验已经成为一个热门课题。本文主要介绍了3种GIS电流互感器测试技术原理，即比较法、低压外推法以及负荷仿真外推法。在现场同一条件下，对这 3种测试原理设备的测试数据进行对比，并比较基于3种不同原理设备的优缺点，最后提出了电流互感器误差检测的趋势。

GIS；电流互感器；比较法；低压外推法；负荷仿真外推法

随着经济的高速发展，企业和用户对电能的需求也不断增大。为解决企业和用户的用电问题，越来越多高电压等级的变电站被新建并投运。近年来，城市化快速建设导致用地面积逐渐减小，因此，具有占地面积小、不受外界环境影响、SF6气体稳定、施工周期短等优点的GIS变电站被优先选用。与此同时，GIS变电站内配套使用的电磁式电流互感器被大量使用。GIS电流互感器作为是电能计量的重要设备之一，是国家《计量法》明确规定必须进行强检的设备。国家计量检定规程JJG 313—2010《测量用电流互感器》明确规定：“正常检定周期为2年，若连续2个周期的3次检定中，最后一次检定结果与前面2次检定结果中的任一次相比，误差变化不大于误差限值的 1/3，其检定周期可延长至4年”[1]。因此，对安装到现场用作计量的电流互感器进行新装及周期性检定，是保证计量准确的必要手段，是遵守国家法规和相关计量检定规程的必要方式[2]。

1 比较法校验技术原理

国家计量标准JJG 1021—2007《电力互感器》和JJG 313—2010《测量用电流互感器》规定使用标准电流互感器比较法检定电流互感器误差[3]，其检定线路如图1所示。

图1 比较法检定电流互感器线路图

检定时被检电流互感器必须处于停电（离线）状态，同时需要使用升流器、与被检电流互感器具有相同变比的标准电流互感器[4]、电流负荷箱、ΔI误差测量装置和大电流导线等传统设备，并将这些设备连接形成串联回路，通过升流器将标准电流互感器和被检电流升至不同的电流点（如：1%In、5%In、20%In、100%In、120%In），然后采集被检电流互感器与标准电流互感器二次侧输出的电流信号，并将信号送入ΔI误差测量装置，通过分解运算，最终得出被检电流互感器的误差[5]，即

式中，f为比值误差；δ为相位误差；xIΔ为差流同相分量；yIΔ为差流正交分量；I为CT额定二次电流值。

GIS电流互感器被封闭在罐体中，其一次回路长、线路阻抗大，测试时，需要带着连接线路一同升流[6]。此时，对于调压设备和升流器的容量有很高的需求，现场往往因容量不足导致无法升流至额定电流点进行测试。为解决现场容量不足而导致无法升流的问题，可采用串联谐振升流实现GIS电流互感器误差测试。串联谐振升流是在比较法校验原理的基础上进行改进，即在一次回路串入可调电容，使一次回路形成RLC串联谐振电路，通过计算电容大小，并手动调节电容值，使其达到谐振状态，此时，感性无功和容性无功相互抵消，从而降低现场对于调压器和升流器容量的要求[7]。GIS电流互感器串联谐振升流原理如图2所示。

图2 GIS内CT串联谐振升流原理图

图2 中，T为调压器；ST为升流器；R、Z为GIS电流互感器一次回路等效阻抗值；C为可调电容器。

2 低压外推法校验技术原理

低压外推法是赵修民、赵屹涛等人在“二次侧测误差”的基础上提出的电流互感器误差测试方法[8]。基于低压外推法的便携式电流互感器校验仪是根据互易定理，将被检电流互感器等效成相同变比及精度等级的电压互感器。在拐点电压下测试被检电流互感器的变比、空载误差和直流电阻等参数，先算出二次绕组内阻抗和比值差补偿值，再通过低压下测试电流互感器励磁导纳，外推出在相应的电流百分数下（如 1%In、5%In、20%In、100%In、120%In）额定负荷和下限负荷的误差。

为方便分析，可把电流互感器等效成二端口网络，在保持 CT铁心磁化状态不变的情况下，电流互感器的实际电流比等于电压互感器的实际电压比。此时，只需测试出实际电压比，就可求出电流互感器的误差，即

式中，HK 为CT额定电压比；K为实际电压比。因此，CT等效电路可表示为图3。

图3 电流互感器等效电路

图3 中，G为铁损的电导；B为绕组的电纳，2r为二次绕组的电阻，令

则一次绕组感应电压可表示成

将式（7）代入式（5）可得

由式（8）和式（9）可知，若忽略X2的影响，则只要测出变比、二次绕组直流电阻，各电流点（1%In、5%In、20%In、100%In、120%In）下的励磁导纳 Y = G - j B，即可计算出电流互感器的比值差和相位差[9-10]。

3 负荷仿真外推法校验技术原理

JJG 1021—2007《电力互感器》规程允许通过增加二次负荷的方法间接测量电流互感器的误差，即负荷外推法。

若将电流互感器二次分布电容考虑在内，则可将CT等效为如图4所示的电路。

图4 电流互感器的等效电路

假设电流互感器误差未补偿、二次分布电容未接入，二次负荷施加为bz，一次升流至 20%In，根据图4可得到理论误差为

将二次负荷为设为bz，一次升流升至 20%In，测得的误差可表示为

将二次负荷设为 4 zb+ 3Z2，一次升流升至5%In，测量得到的误差可表示为

由式子（11）和式子（12）可得到：

对应额定负荷120%点，二次负荷设为 6 ZB+ 5Z2，一次升流至20%In，测量得到的误差可以表示为

CT下限负荷的误差可用接入 5 Zb+ 4Z2和6Zb+5Z2负荷后测量得到式中，wεΔ表示CT比值差补偿量，为常数；ε表示实际误差，ε′表示无二次分布电容与误差补偿的误差，下标数字表示对应电流百分数，数字后的 b表示下限负荷，B表示额定负荷，括号中的数字表示测量时的参考电流百分数。

由以上推理可知，只要测量出电流互感器的二次绕组电阻及在 1%、5%、20%电流点的误差，并在可测得最大电流下设置与大电流百分数对应的二次负荷并测量出误差，就可以计算出各电流百分点误差[11-12]。

4 现场实测对比

为验证 3种不同测试原理测试设备的测试效果，特选择同一制造厂家的测试设备对海南三亚220kV吉阳变电站GIS电流互感器进行测试比对，详细情况如下。

1）测试设备

（1）比较法测试设备

型号：HX09C电流互感器检定装置。

制造厂家：厦门红相电力设备股份有限公司。

准确度：0.05级。

（2）低压外推法测试设备

型号：590G-V2电流互感器现场校验仪。

制造厂家：厦门红相电力设备股份有限公司。

准确度：0.05级。

（3）负荷仿真外推法测试设备

型号：590C-3电流互感器现场校验仪。

制造厂家：厦门红相电力设备股份有限公司。

准确度：0.05级。

2）被测GIS电流互感器信息

型号：ZF11-252（L）。

额定变比：600/1。

额定负荷：20VA。

准确度：0.2S级。

制造厂家：河南平高电气股份有限公司。

3）GIS电流互感器误差测试数据

表1 220kV吉阳站2#主变A相GIS电流互感器误差数据

表2 220kV吉阳站2#主变B相GIS电流互感器误差数据

表3 220kV吉阳站2#主变C相GIS电流互感器误差数据

4）测试总结

低压外推法设备测试数据与比较法设备测试数据对比结果：比差值最大变差为0.025%，相位差最大变差为 0.28′；其比差和角差均满足 JJG 313—2010对误差限值的要求。

负荷仿真外推法设备测试数据与比较法设备测试数据对比结果：比差值最大变差为0.034%，相位差最大变差为0.95′；其比差和角差均满足JJG 313—2010对误差限值的要求。

以上测试说明，在一定条件下，3种原理的测试设备是可以互相替代进行测试的，且测试结果满足精度条件的要求。

5 现场测试问题及发展方向

目前随着电力行业的发展，互感器测量任务愈加繁重，测试条件也愈加复杂。GIS电流互感器都是被封闭安装在罐体中，其结构特殊，具有一次回路长、阻抗大等特点。检定时，无法直接从互感器本体升流测试，需要带着外接线路进行升流测试，这就对现场电源容量有着很高的要求。采用比较法设备或负荷仿真外推法设备测试时，往往因为容量不足而难以甚至不能测试。此时采用低压外推法设备只需要选择最佳测试回路，并按照设备使用要求进行相应接线，即可实现 GIS电流互感器的现场测试。

低压外推法设备相较与比较法设备和负荷仿真外推法设备，具有小巧轻便，携带方便，接线简单，安全系数高等特点。但由于设备内部没有配置小型标准互感器，无法使用高精度的标准进行检定，因而采用此原理的设备不具备溯源能力。该类设备可作为周期性测试或者检修的辅助工具，其测试结果可作为重要的参考价值。随着检测技术的发展，测试设备将朝着小信号、高精度、多功能、便携式方向发展，同时还需要满足国家相关的计量法或规程的要求。

6 结论

以上列举了当前GIS电流互感器检测的三种技术原理，并对这3种原理的设备进行了比对测试。比较法设备升流至额定电流点进行测试，各个测量点及测试结果满足相关计量规程的要求；低压外推法设备采用低压小信号进行测试，因此不需要连接大电流导线进行测试，具有接线方便等特点，但其不能满足溯源的要求；负荷仿真外推法通过施加大负荷的方式模拟大电流点下互感器的误差，其测量方法满足规程的要求，但仍需要连接一次大电流导线。随着国家对能源、电力等领域的投资，检测领域也必将随之迎来大好的发展前景，目前主流的 3种检测方法都有着其不足之处，需要相关领域的研究人员去推动发展。

[1] JJG 313—2010. 测量用电流互感器[S].

[2] 王建. 基于质量角度下的衡器计量管理工作[J]. 科技创新与应用, 2013(7)： 112.

[3] JJG2021—2007. 电力互感器[S] .

[4] 张冉. 高压电流互感器现场检定系统设计[D]. 北京：华北电力大学, 2013.

[5] 范娜黎. 异频小信号测试技术在 GIS电压互感器误差测试中的应用[J]. 军队政工理论研究, 2012(4)：60-61.

[6] 陈耀高, 林玉涵, 武坤, 等. 590G-V2在GIS电流互感器误差测试中的运用[J]. 电测与仪表, 2011(1)：31-35.

[7] 顾华, 周臖, 许震欢, 等. GIS电流互感器现场校验新技术分析及应用探讨[J]. 机电信息, 2014(36)： 104-106.

[8] 张冉, 李晓菲, 尚秋峰, 等. 低压外推法检定现场大电流互感器的误差分析[J]. 黑龙江科技信息,2012(18)： 44.

[9] 黄洪. 互易低压外推法在现场大电流检定中的应用探讨[J]. 质量技术监督研究, 2013(6)： 56-59.

[10] 胡浩亮. 电流互感器分析仪原理及测量方法研究[D].武汉： 华中科技大学, 2008.

[11] 张杰梁. 电流互感器磁饱和裕度及其试验装置的探讨[J]. 电测与仪表, 2014(15)： 124-128.

[12] 王飞, 郭鹏. 一种大电流互感器误差间接法测量技术研究[J]. 电子技术与软件工程, 2014(23)： 103.

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

朱胜龙（1980-），男，硕士研究生，现主要从事变电设备运维检修专业管理及技术监督工作。