大型GI S电流互感器二次回路校验技术研究

李泓，何文富，康勇全

（广州市电力工程有限公司，广州510260）

1 引言

GIS设备目前已被广泛使用，其电流互感器二次回路的正确与否影响电气设备的保护动作、测量监控等功能的可靠性。因此，变电站GIS设备的成功投运与安全运行，离不开调试阶段对其电流互感器二次回路的正确校验。

目前，国内电流回路的校验测试主要依靠使用大电流发生器在电流互感器一次侧进行单相通流来确定电流互感器的变比和回路的正确性。同时，需要确定电流回路极性的正确性，还需要在通流过程中将电流互感器二次绕组逐一短接进行组别校验。多项不同的工序花费时间较多，可能出现工序之间衔接不到位的情况。且传统测试方法每次只能对每个间隔单相电流互感器通流，换接线比较频繁，效率不高。另外，在通流过程中，也无法校验三相电流的相位关系。因此，传统的GIS电流互感器二次回路校验方法还有提升的空间。

在对以往校验方法和技术经验进行总结的基础上，根据多间隔带母线GIS设备的特点，研究人员通过研发新型的电流回路仿真校验仪，改进传统校验方法，可进行三相电流互感器同时通流，在主控室模拟带负荷测试的方式来校验电流二次回路。该方法可模拟运行实际情况，对电流回路的校验更加全面到位，有效降低了施工操作难度，提高了校验效率。

2 电流互感器二次回路的校验要求

根据相关规程规范要求，电流互感器二次回路需进行以下校验项目。

2.1 励磁特性及内阻

电流互感器的励磁特性是指互感器二次侧励磁电流与所加电压的关系曲线。通过鉴别磁化曲线的饱和程度，校核用于继电保护的电流互感器的特性是否符合要求，并从励磁特性发现二次绕组有无匝间短路，检查电流互感器的铁芯质量。检查内阻是否与厂家出厂值相符。

2.2 绝缘电阻及一点接地

电流互感器的二次回路有且只能有1个接地点。电流回路一点接地检查可结合绝缘检查进行：断开电流互感器二次回路接地点，检查全回路对地绝缘，若绝缘合格可判断仅有1个接地点。

2.3 绕组接线核对

检查电流互感器二次绕组的用途、接线方式、级别、容量、实际使用变比。确认保护用的电流互感器二次绕组排列不存在保护死区。

2.4 极性及变比

电流互感器极性判断错误会导致接线错误，进而使计量仪表指示错误，更为严重的是，使带有方向性的继电保护误动作[1]。因此，电流互感器的极性必须符合设计要求，并与铭牌和标志相符。测量变比可以检查互感器一次、二次关系的正确性，给继电保护正确动作、保护定值计算提供依据。

2.5 回路接线检查

由于继电保护装置多采用集中组屏布置，距离电流互感器的距离一般较远，需用较长的二次电缆连接。二次电缆的接线是否正确无误，这是电流二次回路校验的一个重点工作。

3 电流仿真校验仪简介

3.1 原理简介

根据多间隔GIS设备的特点，研究人员对传统仪器及方法进行改进，研发出一款新型电流回路仿真校验仪，其工作原理如图1所示。该校验仪舍弃了传统大电流发生器采用模拟线圈产生电流的模式，而使用新型开关电源模块作为电流源，可以同时产生三相幅值及角度可调的工频大电流。

图1 电流仿真校验仪工作原理

该仪器主要包括输入/输出端、变压器、相位比较器、低通滤波器、压控振荡器、处理器和3个功率放大器。其中，变压器的初级连接在市电的火线和零线上，电压传递到次级后，电压降低，该电压随后输入相位比较器作为参考电压。相位比较器用于比较压控振荡器的输出相位和参考电压的相位，将其比较结果以电压值的形式经由低通滤波器返回到压控振荡器，从而形成一个反馈回路[2]，使压控振荡器的输出相位和频率与参考电压一致，以达到跟踪电网电压的目的。处理器用于对压控振荡器输出的信号进行处理，然后输出3个相位相差120°的正弦波信号，以驱动3个功率放大器产生三相电流。率放大器用于对处理器所输出的信号进行幅值放大如图2所示。

图2 功率放大器原理图

3.2 功能概述

该仪器采用铝合金机箱封装，操作界面由手提电脑操控，具有质量轻、便携带的优点。它可以输出三相0~100 A的电流作为测试电流，电流幅值、频率、相位均可任意调节，具有精度高、易操作的优点。并且增设了由相位比较器、低通滤波器和压控振荡器所构成的跟随电路，其能够跟随电网的频率和相位，使得在带负荷测试时，可以以仪器的输出电压或市电电压作为参考电压，极大地减少了测试的麻烦，提升了测试效率[3]。该仪器经过多次改进优化，目前已获得使用新型专利授权。

4 以电流仿真为基础的电流回路校验方法

4.1 测试步骤

测试流程如图3所示。

1）施工准备：审阅图纸，确定电流互感器二次绕组的用途、接线方式、准确级、容量、实际使用变比符合设计、定值要求，保护用的电流互感器二次绕组排列是否存在保护死区等，同时，收集铭牌参数，整理汇总电流互感器台账，方便后续施工如图3所示。

图3 测试流程示意图

2）将所有被试的GIS设备按要求操作到所需状态，为开始通流做准备。

3）将GIS其中一把母线地刀合上并将一次铜排解开，将电流回路仿真校验仪的输出线地刀接地柱连接。

4）将首先被测的间隔合上开关及刀闸，并解锁，将出线测地刀接地，使GIS母线、被测间隔的母线刀闸、断路器、出线刀闸、接地刀、仿真仪形成回路。

5）打开仪器，设置输出电流参数，设置为电网跟踪模式。启动仪器输出，此时被测间隔中形成了三相与实际运行类似电流[电流大小可根据不同CT（电流互感器）变比而进行调节，满足相位表测试要求即可]。

6）用相位伏安表在主控室各相关保护测控装置进行模拟带负荷测试，测试电压基准以电网电压为基准（注意选择与仿真仪电源同相的电压）。

7）根据测试结果，判断该间隔的电流互感器二次回路是否正确。

8）更换被测间隔时，只需先将下一个间隔的出线侧地刀合上，再拉开前一个间隔的出线侧地刀即可，无须重新换接线。后续测试与前间隔相同。

9）校验另一段母线的间隔时，除合上出线侧地刀外，还应将母联合上形成通路，同时也满足了对母联间隔进行通流的条件。

4.2 效益分析

由于本施工校验方法由三相电流回路同时测试，而且对几个工序进行了整合，因此，校验效率、校验质量都有所提高。随着本校验方法的现场运用，从质量、效率、经济与社会4个方面取得了良好的效益，以下对前3个方面进行分析。

质量效益：本校验方法从宏观的回路上进行校验，避免了因分工序校验带来的衔接问题，通过实现施工方法的规范化与标准化，有效减少校验失误，消除施工隐患，有效提高施工质量。

效率效益：近几年，随着电力建设的不断加快，对施工进度的要求不断提高。本校验方法整合了校验步骤，检验时间大大缩短，通过合理安排施工流程，提高了校验准确率，有效减少了问题查找解决时间。电流回路仿真校验仪的使用，提高了操作的简便性，对比传统方法有效加快了施工进度[4]。

经济效益：本校验方法与传统的校验方法进行对比，每个220 kV变电站采用本校验方法平均可节约12个工日，由此而降低人工费用、车辆使用成本等。

5 结语

本文所研究的大型GIS电流互感器二次回路校验方法利用大型GIS设备的结构特点，融合提炼现场传统施工经验改进而成，适用于110 kV及220 kV电压等级大型GIS设备电流互感器二次回路的相关校验。该校验方法先后在广州市电力工程有限公司220 kV镜湖（雅瑶）输变电工程、220 kV化龙输变电工程等多个项目中得到成功应用，证明其先进有效，符合现场施工要求，可用于规范、指导以后的校验工作。

通过本新校验方法的应用可有效提高新建变电站投产效率，减少因回路错误导致的故障停电，缩短停电检修时间，从而改善用电企业与广大市民的用电感受，建立起电力施工与运行维护的良好企业形象。