周永佳， 許靈潔， 李航康， 羅保順， 俞美忠

（1.浙江省電力試驗(yàn)研究院， 杭州 310014； 2.神華浙江國(guó)華浙能發(fā)電有限公司， 浙江 寧海 315612；3.浙江北侖第一發(fā)電有限公司， 浙江 寧波 315800）

發(fā)電機(jī)出口大電流互感器誤差的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方法

周永佳1， 許靈潔1， 李航康1， 羅保順2， 俞美忠3

（1.浙江省電力試驗(yàn)研究院， 杭州 310014； 2.神華浙江國(guó)華浙能發(fā)電有限公司， 浙江 寧海 315612；3.浙江北侖第一發(fā)電有限公司， 浙江 寧波 315800）

發(fā)電機(jī)出口的大電流互感器受安裝位置和一次通過電流較大的限制，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行誤差試驗(yàn)較為困難。研究采用等安匝法和負(fù)荷誤差外推法相結(jié)合的方案，解決了發(fā)電機(jī)出口電流互感器現(xiàn)場(chǎng)誤差試驗(yàn)的難題。

發(fā)電機(jī)；電流互感器；誤差；等安匝法；負(fù)荷誤差外推法

隨著陸續(xù)投產(chǎn) 660 MW 及 1 000 MW 超大容量機(jī)組，發(fā)電機(jī)出口電流互感器的額定一次電流越來越大， 有的額定電流已接近 30 kA。 對(duì)此類電流互感器已無法采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢定。另一方面，電能不平衡率是判定發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)效益的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

2009 年以來， 浙江省內(nèi)發(fā)現(xiàn)多臺(tái) 1 000 MW機(jī)組存在較嚴(yán)重的電能不平衡現(xiàn)象，有的機(jī)組不平衡率甚至達(dá) 0.5%以上。 分析和確認(rèn)電能 不平衡率偏大的原因并加以解決，對(duì)發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)效益有著重大意義，而發(fā)電機(jī)出口電流互感器誤差現(xiàn)場(chǎng)檢定方法的研究成為重要一環(huán)。

1 發(fā)電機(jī)出口電流互感器現(xiàn)場(chǎng)誤差試驗(yàn)的難點(diǎn)

大型發(fā)電機(jī)出口電流互感器的額定一次電流很大，百萬(wàn)機(jī)組發(fā)電機(jī)出口電流互感器的額定一次電流可達(dá) 28 000 A， 額定變比為 28 000 A/1 A。如果在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)其作誤差檢定，現(xiàn)有的制造技術(shù)已能解決 30 kA 以上的試驗(yàn)電源。 而發(fā)電機(jī)出口電流互感器一般為母線型（俗稱穿心式）， 套裝在發(fā)電機(jī)管母上，測(cè)量時(shí)將受到現(xiàn)場(chǎng)安裝位置的種種限制[1]， 不可能為了測(cè)量誤差而將其重新拆裝,只能在現(xiàn)場(chǎng)條件下對(duì)其進(jìn)行誤差試驗(yàn)，但具體實(shí)施存在很大困難。對(duì)于安裝在現(xiàn)場(chǎng)的發(fā)電機(jī)出 口 電 流互 感 器 ， 即 使 擁 有 30 kA 以 上 的 大 電 流試驗(yàn)裝置，但因管母與發(fā)電機(jī)出口電流互感器的間隙太 小 ， 亦無法 穿 越 30 kA 的大 電 流 導(dǎo) 線。

利用發(fā)電機(jī)出口短路試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生的大電流進(jìn)行發(fā)電機(jī)出口電流互感器的誤差試驗(yàn)[2]， 是解決現(xiàn)場(chǎng)升流難題的有效方法。但目前大容量機(jī)組發(fā)電機(jī)出口都采用封閉母線形式，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器接入和大電流導(dǎo)線連接等比較困難，工程量大，需多方協(xié)調(diào)與配合，現(xiàn)場(chǎng)不易實(shí)施。

為此，研究了將等安匝法和負(fù)荷誤差外推法相結(jié)合的方法，可方便、可靠地實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)出口大電流互感器的現(xiàn)場(chǎng)誤差試驗(yàn)。

2 測(cè)量基本原理

2.1 等安匝法

發(fā)電機(jī)出口穿心式電流互感器一次繞組為穿心一匝，在不考慮勵(lì)磁電流功率損耗的情況下，電流互感器始終滿足一次繞組和二次繞組安匝數(shù)平衡原理，即：

式中： I1， I2分別為電流互感器額定一次電流和額定二次電流； N1， N2分別為電流互感器一次繞組匝數(shù)和二次繞組匝數(shù)。

等安匝法是根據(jù)電流互感器的安匝數(shù)平衡原理， 通過增加一次繞組的匝數(shù) N1來減小一次電流值 I1， 其安匝數(shù)等效于一次繞組為一匝、 一次電流為額定大電流時(shí)的情況。在一次繞組的磁場(chǎng)引起互感器鐵心局部飽和之前，二次繞組可等比例感應(yīng)到一次繞組的電流值。

2.2 負(fù)荷誤差外推法

利用負(fù)荷誤差外推法測(cè)量電流互感器的誤差是較為成熟的方法，且應(yīng)用廣泛。圖1為不考慮二次等效電容時(shí)電流互感器的等效電路圖。該電流互感器的基本誤差ε為：

式中： Kn=N2/N1為電流互感器的匝數(shù)比；為電流互感器的勵(lì)磁電流。

當(dāng) 實(shí) 際 一 次 電 流 I1，20%只 有 額 定 一 次 電 流 I1n的 20%時(shí)， 實(shí)際二次電流 I2，20%等于 20%的額定二次電流 I2n； 實(shí)際勵(lì)磁電流 I0，20%等于 20%的額定勵(lì)磁電流 I0。 實(shí)際感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E20%為：

圖1 電流互感器等效電路

式中： Z2為電流互感器二次繞組等效阻抗， 包括繞組內(nèi)電阻和漏電抗；ZL為二次繞組實(shí)際負(fù)荷。

當(dāng)實(shí)際一次電流 I1等于額定一次電流 I1n時(shí)，實(shí)際二次電流 I2等于額定二次電流 I2n。實(shí)際感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) En為：

式中：ZB為二次繞組額定負(fù)荷。

分析式（3）與式（4）可知， 當(dāng) ZL=5ZB+4Z2時(shí)，記為，則：

即通過改變二次實(shí)際負(fù)荷 ZL可實(shí)現(xiàn)在 20%額定一次電流值時(shí)產(chǎn)生與額定一次電流相同的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

由于在鐵心未飽和前勵(lì)磁阻抗 Zm基本不變，當(dāng)， 可得：

通過以上公式推導(dǎo)可知，當(dāng)選擇合適的二次實(shí)際負(fù)荷后， 可以利用在 20%額定一次電流值時(shí)測(cè)得的誤差數(shù)據(jù) ε′推算額定一次電流時(shí)的基本誤差 εn。 同理可得， 其他測(cè)試點(diǎn)（如 120%， 150%額定一次電流值）的基本誤差亦可用負(fù)荷誤差外推法獲得。

2.3 等安匝法加負(fù)荷誤差外推法

對(duì) 于 變 比 為 28 000 A/1 A 的 發(fā) 電 機(jī) 出 口 電流互感器基本誤差試驗(yàn)，單獨(dú)采用等安匝法或負(fù)荷誤差外推法都是不合適的。主要原因之一是當(dāng)一次繞組為穿心 14匝時(shí)， 發(fā)電機(jī)出口電流互感器 的 變 比 等 效 為 2 000 A/1 A。 由 于 發(fā) 電 機(jī) 廠 房平臺(tái)與發(fā)電機(jī)出口距離較遠(yuǎn)，一次通流導(dǎo)線長(zhǎng)度可達(dá) 50 m 以上。 受管母與發(fā)電機(jī)出口電流互感器的間隙太小所限，一次大電流導(dǎo)線截面不能太大， 只能采用 1 000 A 以下的導(dǎo)線， 導(dǎo)線間連接觸點(diǎn)多，大大增加了一次升流回路的阻抗。此外， 受現(xiàn)場(chǎng)檢修電源的限制（一般不超過 60 A），即便具備大容量升流裝置，也無條件使用，只能采用額定容量不超過 20 kVA 的升流裝置。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明僅采用等安匝壓法時(shí)，最大電流只能升至被試互感器額定一次電流值的 60%，無法達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)誤差試驗(yàn)的升流能力要求。受現(xiàn)場(chǎng)間隙限制，也無法實(shí)施增加穿心匝數(shù)的措施。若單獨(dú)采用負(fù)荷誤差外推法，要求一次試驗(yàn)電流能達(dá)到額定一次電流的 20%（即5 600 A）， 一次回路長(zhǎng)度達(dá) 30 m， 而現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)用的檢修電源和調(diào)壓器容量以及一次大電流導(dǎo)線都無法滿足這樣的要求。

如果采用等安匝法加負(fù)荷誤差外推法，以變比為 28 000 A/1 A 電流互感器為例，一次繞組穿心 14 匝， 一次升流能力只要達(dá)到 400 A以上即可。 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)備主要有 3 kVA 的自動(dòng)升流功率源、0．01S 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、 伏安數(shù)和功率因數(shù)可任意設(shè)置的電流負(fù)荷箱、額定通流能力為600 A 的大電流導(dǎo)線（50 m）、2 級(jí)互感器校驗(yàn)儀等，現(xiàn)場(chǎng)誤差試驗(yàn)原理接線如圖2所示。

圖2 電流互感器基本誤差測(cè)量接線

3 方法的驗(yàn)證和應(yīng)用

3.1 方法的驗(yàn)證

利用 1 臺(tái)額定變比為 28 000 A/1 A、 準(zhǔn)確度等級(jí)為 0．2S 級(jí)的發(fā)電機(jī)出口電流互感器， 分別采用傳統(tǒng)直接比較法和等安匝法加負(fù)荷誤差外推法進(jìn)行基本誤差試驗(yàn)。采用等安匝法加負(fù)荷誤差外推法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)， 一次穿心為 14匝， 標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、升流功率源、負(fù)荷箱等都和現(xiàn)場(chǎng)使用的設(shè)備一致。根據(jù)傳統(tǒng)直接比較法進(jìn)行的試驗(yàn)利用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的大電流互感器檢定裝置，最大輸出一次電流可達(dá) 30 000 A， 采用 0．01S 級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)電流互感器，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 直接比較法和等安匝法加負(fù)荷誤差外推法試驗(yàn)結(jié)果

由前述原理可知，等安匝法加負(fù)荷誤差外推法在 1%～20%額定一次電流下的誤差數(shù)據(jù)實(shí)際上是采用等安匝法（穿心 14 匝）測(cè)量的。 分析表1數(shù)據(jù)可知， 該方法和直接比較法（穿心 1 匝）相比，在二次負(fù)荷 20VA 及 1%額定電流時(shí)誤差差異最大， 比差差異為 0．03%， 角差差異為 1．7′。 造成誤差測(cè)量結(jié)果差異的主要原因是用等安匝法測(cè)量誤差時(shí)，一次電流導(dǎo)線在被試互感器鐵心上繞線不均勻，以及周圍磁場(chǎng)對(duì)被檢互感器誤差的影響。

100%額定電流點(diǎn)的誤差測(cè)量采用的是等安匝法加負(fù)荷誤差外推法，測(cè)量結(jié)果與直接比較法（穿心 1 匝）相比， 比差差異為 0．002%， 角差差異為 1．11′。

綜上分析，以直接比較法測(cè)量結(jié)果作為實(shí)際值，等安匝法加負(fù)荷誤差外推法測(cè)量結(jié)果作為測(cè)量值， 兩者的最大偏差未超過被檢 0．2S 級(jí)電流互感器誤差限值的 1/5，符合 JJG 1021－2007《電力互感器》國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程的要求。

3.2 方法的應(yīng)用

本方法已成功應(yīng)用于北侖發(fā)電廠6號(hào)與7號(hào)、寧海發(fā)電廠 5 號(hào)與 6 號(hào)等 1 000 MW 機(jī)組的發(fā)電機(jī)出口電流互感器現(xiàn)場(chǎng)誤差試驗(yàn)[3]。 試驗(yàn)結(jié)果表明：所測(cè)發(fā)電機(jī)出口電流互感器誤差均超出0．2S 級(jí) 誤 差 限 值 的 要 求 ， 最 大 誤 差 達(dá) 到 0．4% 左右。兩廠根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)發(fā)電機(jī)出口互感器進(jìn)行技術(shù)改造后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)測(cè)，誤差均已滿足 0．2S 級(jí)技術(shù)指標(biāo)的要求。以北侖發(fā)電廠7號(hào)發(fā)電機(jī)為例，經(jīng)過幾個(gè)月的穩(wěn)定運(yùn)行，電能不平衡率從改造前的 0．5%降至約 0．2%， 處于正常運(yùn)行時(shí)的理想數(shù)據(jù)區(qū)間（0．1%～0．3%）。 上述應(yīng)用效果說明， 基于等安匝法加負(fù)荷誤差外推法的試驗(yàn)方法能準(zhǔn)確測(cè)出發(fā)電機(jī)出口電流互感器的誤差，有效解決百萬(wàn)機(jī)組電能不平衡率異常和發(fā)電量虛高的問題。

等安匝法應(yīng)用的關(guān)鍵是盡可能保證一次繞組穿心均勻分布，避免因一次繞組過于集中造成的鐵心局部飽和現(xiàn)象。當(dāng)鐵心局部飽和時(shí)，將會(huì)造成電流互感器的誤差急劇增大，結(jié)果異常。圖3為采用等安匝法加負(fù)荷誤差外推法進(jìn)行發(fā)電機(jī)出口電流互感器現(xiàn)場(chǎng)誤差試驗(yàn)時(shí)的一次接線情況。

圖3 發(fā)電機(jī)出口電流互感器的試驗(yàn)一次接線

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)應(yīng)用等安匝法加負(fù)荷誤差外推法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量發(fā)電機(jī)出口大電流互感器誤差的新方法進(jìn)行了研究。該方法使用低容量升流裝置成功實(shí)現(xiàn)了一次電流達(dá) 28 000 A 的電流互感器的現(xiàn)場(chǎng)誤差試驗(yàn)，解決了傳統(tǒng)電流互感器誤差檢定方法中存在的升流能力和一次接線的難題。通過對(duì)該方法與傳統(tǒng)直接比較法的科學(xué)比對(duì)，驗(yàn)證了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性完全能滿足 0．2S 級(jí)電流互感器的誤差測(cè)量要求。

應(yīng)用等安匝法加負(fù)荷誤差外推法原理對(duì)發(fā)電機(jī)出口電流互感器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和分析的結(jié)果表明，發(fā)電機(jī)出口電流互感器誤差超差是造成電能不平衡率過高的主要原因之一。

[1]康文龍，朱瑞永．大型電站發(fā)電機(jī)出口母線式電流互感器 安 裝 裝 置 的 探 討[J]．發(fā) 電 設(shè) 備，2005（1）∶59－61．

[2]崇 春 瑩 ， 張 愛 國(guó) ．300 MW 發(fā) 電 機(jī) 出 口 CT 現(xiàn) 場(chǎng) 測(cè) 試[J]．吉林電力技術(shù)，1996（3）∶31．

[3]許靈潔，周琦，周永佳，等．電流互感器基本誤差現(xiàn)場(chǎng)檢定 一 次 升 流 方 法 的 研 究[J]．浙 江 電 力 ，2010，29（5）∶15－18．

[4]JJG 1021－2007 電 力 互 感 器 國(guó) 家 計(jì) 量 檢 定 規(guī) 程[S]．北 京 ：中國(guó)計(jì)量出版社，2007．

（本文編輯：龔 皓）

On-site Error Verification M ethod for High Current Transformer of Generator Outlet

ZHOU Yong-jia1， XU Ling-jie1， LIHang-kang1， LUO Bao-shun2， YU Mei-zhong3
（1.Zhejiang Electric Power Test and Research Institute， Hangzhou 310014， China；2.Shenhua Zhejiang Guohua Zheneng Power Generation Co.，Ltd，Ninghai Zhejiang 315612， China；3.Zhejiang Beilun No.1 Power Generation Co.Ltd， Ningbo Zhejiang 315800， China）

On-site error verification is difficult since the high current transformer of generator outlet is constrained by the installation position and high primary current.This paper solves the problem of on-site error verification for the current transformer of generator outlet by adopting a scheme which combines equal ampere-turns and load error extrapolationmethods.

generator； current transformer； error； equalampere-turns； load error extrapolation

TM452

： A

： 1007-1881（2011）11-0034-04

2011-05-03

周永佳（1984-）， 男， 浙江衢州人， 碩士， 工程師，從事高壓互感器和電子式互感器的計(jì)量檢測(cè)工作。