苏南500 kV UPFC工程电子式互感器现场试验

张　弛， 庞福滨， 罗　强，刘琛琛， 汤汉松， 孔祥平

(1. 国网变电站智能设备检测技术重点实验室(国网江苏省电力有限公司电力科学研究院), 江苏 南京 211103；2. 江苏凌创电气自动化股份有限公司，江苏 镇江 212009；3. 国网南京供电公司, 江苏 南京 210000)

0　引言

作为迄今为止最为全面的柔性交流输电(f￣l￣e￣x￣i￣ble AC transmission system, FACTS)装置，统一潮流控制器(unified power flow controller, UPFC)具有电压调节、串联补偿和移相控制等功能，可同时快速控制输电线路中的有功、无功功率[1-4]。世界上已经建成或在建的UPFC装置共有6套。其中，南京西环网220 kV UPFC示范工程在2015年顺利建成投运，积累了大量的工程建设和科研成果。文献[5—7]讨论了UPFC的结构及其对原有电网的影响；文献[8]研究了UPFC系统的启动调试方法；文献[9—11]探讨了UPFC控制保护系统的配置和运行策略。在此基础上，苏南500 kV UPFC工程开工建设，是目前世界上电压等级最高、容量最大的UPFC工程，代表了柔性交流输电的最先进水平[12]。

目前，对于新建的直流输电和柔性交流输电工程，在设备入场之后、投运之前均有针对变压器、换流器等的交接试验，用以验证设备在运输过程中没有被损坏且性能满足投运要求。但是，对于在直流场被广泛应用的电子式互感器，没有成熟的手段对其进行现场试验，而只是通过一次通流对其极性和传变准确度进行简单验证。一方面，电子式互感器是直流场及其连接区重要的电气量采集设备，其性能优劣对直流控制保护等装置的可靠稳定运行影响巨大。另一方面，运行经验表明，电子式互感器出现的问题要明显多于传统的电磁式互感器。所以，有必要在现场开展针对电子式互感器的专项测试，保证其性能满足投运要求。

文中首先对苏南500 kV UPFC工程进行简要介绍，随后重点阐述针对电子式电流互感器开展的现场试验过程，分析了试验数据。结果表明，所测互感器的精度、阶跃延时等特性满足投运要求。

1　苏南500 kV UPFC工程

为解决苏州南部电网在直流小方式下梅木双线的N-1过载问题，保证充分消纳锦苏直流输送功率，提升苏南地区电网的动态无功和电压支撑能力，选择在紧邻500 kV木渎变装设UPFC装置。将梅里—木渎双线改接至UPFC，实现UPFC装置在梅里—木渎双线的控制功能，UPFC站的接入位置如图1所示。苏南500 kV UPFC工程系统建设方案如图2所示。

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

图2　苏南500 kV UPFC工程系统建设方案Fig.2　System construction program of the Sunan 500 kV UPFC project

工程共包括3个换流器：并联侧一个换流器通过起动电阻接至并联变压器，再接入木渎500 kV母线；串联侧2个换流器通过2个串联变压器接入梅里—木渎500 kV双回线路。在并联变压器的阀侧和系统侧均配有交流断路器，串联变压器系统侧配置1台连接断路器，阀侧和系统侧各配置1台旁路断路器。3个换流器采用背靠背连接方式。

UPFC站进出线规模5回(梅里2回、木渎3回)。木渎变原500 kV梅里1、2线改接至UPFC站串联变压器分支。500 kV UPFC站新建2回联络线，由串联变压器另一分支与木渎变相连，接入原梅里1、2线间隔。当高、低压侧旁路开关均断开时，串联变压器串入线路，UPFC投入运行。并联换流器与1台三相变压器相连，后者通过专用断路器接入木渎变500 kV第5串预留间隔。

2　电子式互感器试验

2.1　试验对象

一般500 kV变电站中使用的电子式电流互感器多用于测量交流电流，采用罗氏线圈原理。而苏南500 kV UPFC工程中用到的电子式电流互感器需采集直流量，故原理有所不同。

苏南500 kV UPFC工程共使用了42套电子式互感器，其中电子式电流互感器36套，电子式电压互感器6套。电子式电流互感器中，除了3套测量变压器中性点电流的互感器采用霍尔元件外，其余均采用分流原理。电子式电压互感器则均采用分压原理。具体情况见表1。

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

由表1可知，现场使用的电子式电流互感器的型号共有3种。从这3种互感器中各选取1台进行试验，分别是并联换流器直流侧电流互感器、并联换流器上桥臂电流互感器和1号串变中性点电流互感器。为表述方便，将这3套互感器依次命名为CT1、CT2和CT3，其位置由图2中红框标出。

2.2　试验原理

试验中，通过直流信号源产生一次电流，并将其串接于标准互感器和被测电子式电流互感器。标准互感器将一次电流转换成小电压模拟信号输出给前置信号转换单元，后者将其转换为数字信号，通过光纤输出给电子式互感器校验仪。被测互感器则直接输出数字信号给互感器校验仪。通过后台分析系统比较被测互感器和标准互感器的输出，对被测互感器的性能进行评估。试验接线示意如图3所示。

图3　试验接线示意Fig.3　Diagram of test wiring

本次对电子式电流互感器的试验包括2个项目，分别是直流精度试验和暂态阶跃试验。在直流精度试验中，信号源输出不同幅值的稳态直流信号，对被测互感器的测量精度进行考核。在暂态阶跃试验中，信号源输出直流阶跃信号，对被测互感器暂态阶跃指标中的上升时间、过冲和延时进行考核。

2.3　试验过程及结果

分别对并联换流器直流侧电流互感器CT1，并联换流器上桥臂电流互感器CT2和1号串变中性点电流互感器CT3进行直流精度试验和暂态阶跃试验。

2.3.1并联换流器直流侧电流互感器CT1试验

并联换流器直流侧电流互感器CT1的额定电流为1000 A。通过信号源输出幅值分别为100 A，200 A，500 A和1000 A的直流电流，完成被测互感器在不同比率点下的精度测试，结果如表2所示。

表2CT1直流精度试验结果
Tab.2Results of CT1 DC accuracy test %

比率比差最大值比差最小值比差平均值复合误差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

通过信号源输出稳定后幅值为100 A直流阶跃信号，完成被测互感器的暂态阶跃试验，结果如表3所示。为表述方便，表格中用“标互”代指“标准互感器”，用“试品”代指“被测互感器”。

表3　CT1暂态阶跃试验结果Tab.3　Results of CT1 step test

暂态阶跃试验过程中标准互感器和被测互感器的输出波形如图4所示。

图4　CT1暂态阶跃试验波形Fig.4　Waveforms of the CT1 step test

根据厂家提供的说明书，此型号互感器的测量精度满足0.2级要求，阶跃响应上升时间小于125 μs。试验结果表明，被测互感器特性与说明书所述一致。

2.3.2并联换流器上桥臂电流互感器CT2试验

并联换流器上桥臂电流互感器CT2的额定电流为2000 A。通过信号源输出幅值分别为200 A，400 A，600 A和1000 A的直流电流，完成被测互感器在不同比率点下的精度测试，结果如表4所示。

表4　CT2直流精度试验结果Tab.4　Results of CT2 DC accuracy test　%

通过信号源输出稳定后幅值为100 A直流阶跃信号，完成被测互感器的暂态阶跃试验，结果如表5所示。

表5　CT2暂态阶跃试验结果Tab.5　Results of CT2 step test

暂态阶跃试验过程中标准互感器和被测互感器的输出波形如图5所示。

图5　CT2暂态阶跃试验波形Fig.5　Waveforms of the CT2 step test

根据厂家提供的说明书，此型号互感器的测量精度满足0.2级要求，阶跃响应上升时间小于125 μs。试验结果表明，被测互感器特性与说明书所述一致。

2.3.31号串变中性点电流互感器CT3试验

1号串变中性点电流互感器CT3的额定电流为100 A。通过信号源输出幅值分别为10 A，20 A，50 A和100 A的直流电流，完成被测互感器在不同比率点下的精度测试，结果如表6所示。

表6　CT3直流精度试验结果Tab.6　Results of CT3 DC accuracy test　%

通过信号源输出稳定后幅值为100 A直流阶跃信号，完成被测互感器的暂态阶跃试验，结果如表7所示。

表7　CT3暂态阶跃试验结果Tab.7　Results of CT3 step test

暂态阶跃试验过程中标准互感器和被测互感器的输出波形如图6所示。

图6　CT3暂态阶跃试验波形Fig.6　Waveforms of the CT3 step test

根据厂家提供的说明书，此型号互感器的测量精度满足1级要求，无阶跃响应上升时间要求。试验结果表明，被测互感器特性与说明书所述一致。

3　结语

对苏南500 kV UPFC工程中使用的电子式电流互感器进行了现场测试，包括直流精度试验和暂态阶跃试验，测试结果表明被测互感器性能满足投运要求。作为首次在现场开展的针对电子式互感器的交接试验，本次现场测试的顺利开展证明了所提出的测试装置与测试方法的实用性，为后续进行系统的电子式互感器现场试验奠定了基础。

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