特高压电流互感器自动化检定系统设计与应用

特高压电流互感器自动化检定系统设计与应用

发表时间：2018-06-11T15:08:31.347Z 来源：《河南电力》2018年2期作者：李昊孙一宁焦通崔广泉杨默涵

[导读] 为解决特高压电流互感器现场检定难题，研究特高压气体绝缘组合电器（GIS）电流互感器自动化检定系统。

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院辽宁沈阳 110000）

摘要；为解决特高压电流互感器现场检定难题，研究特高压气体绝缘组合电器（GIS）电流互感器自动化检定系统。该系统主要包括智能工频电源、大容量升流器、无功补偿装置、标准电流互感器等关键部件。智能工频电源具有功率电子电源与电工电源串联输出、回路参数计算、无功补偿控制和误差检定等功能。采用一次绕组串并联的方法，设计了大容量升流器。采用原边和副边并联补偿电容器的方式，设计了多组合无功补偿装置。通过了省级计量测试机构测试和国家电网公司重点特高压工程电流互感器现场检定试验。

关键词：特高压；电流互感器；自动化检定系统

引言

特高压变电站计量关口电流互感器现场误差需要按照国家计量检定规程《JJG1021－2007电力互感器》《DL/T448－2016电能计量装置技术管理规程》要求进行现场检定，以确保特高压计量关口准确可靠。目前，淮南－南京－上海1000kV交流特高压输变电工程在江苏境内已分别建设盱眙、泰州、东吴等多座特高压变电站。特高压电流互感器封装于气体绝缘组合电器（Gas insulated switchgear，GIS）中，存在变比大、集成度高、全封闭等特点。特高压电流互感器附近的接地开关及GIS外壳因通流能力的限制，无法形成7200A大电流的升流回路。在检定时，特高压电流互感器需带上很长的管道母线和一些电气元件，检定回路感性无功分量很大，对检定设备和现场电源的容量要求极大。

1智能工频电源设计

智能工频电源结构控制部分主要实现正弦脉冲宽度调制（Sinu-soidal pulse width modulation，SPWM）波形的产生、功率输出部分控制、快速傅立叶变换（Fas tFourier transformation，FFT）的电压与电流信号的采样数据计算、电容投切输出控制、人机交互显示控制以及保护功能。CPU控制模块采用美国德州仪器浮点型数字信号处理器（Digital signal processor，DSP）TMS320F28335，具有高速数字处理能力和丰富的数字输入/输出接口，通过双极性面积等效法原理输出SPWM波形。为减少高频开关噪声的影响及满足大功率输出要求，设置SPWM的开关频率为10kHz，DSP运行主频为150MHz，计算得到DSP指令周期为15ns。DSP产生的SPWM数字信号通过逻辑芯片电平转换后输出至绝缘栅双极晶体管（Insulate-gate bipolar transistor，IGBT）功率驱动模块。IGBT驱动板最小死区时间为3μs，实际SPWM 输出死区时间设计采用5μs，以保证在全桥逆变过程中功率输出模块上下桥臂之间不会产生任何直通短路的情况。IGBT功率驱动板的保护输出信号输出至复杂可编程逻辑器件（Complex programmab lelogic device，CPLD）控制模块的保护引脚，当功率输出产生过热、短路、功率驱动欠压等状况时，保护信号立即关断DSP的SPWM输出，并通过智能工频电源机柜操作面板上的红色故障灯，告知系统操作者。

2大容量升流器及其原副边无功补偿装置设计

2.1大容量升流器

升流器属特殊变压器，一般是降压变压器，它的二次侧为输入，一次侧为输出。特高压升流器一次电流达到7200A，设计时要考虑一次电流的集肤效应和导线阻抗带来的电压降和损耗。升流器一次绕组匝数少，要考虑一次、二次绕组的磁耦合性，尽量减小漏抗。升流器的负载为大电流检定回路，结构和参数差异很大。在设计升流器时，要充分考虑负载参数的变化范围，尽量设计成多组合方式，扩大其应用范围，结构要满足特高压现场使用的需要。特高压升流器设计如图所示。

采用高磁导率合金材料的环形铁心，多个并联方式叠加，绕线时分多股铜线，采用并绕方式均匀分布，紧密地绕制在铁心上，增加耦合度，最大程度地减小铁心窗口面积，降低升流器的阻抗压降。这种设计可以使铁心利用率最高，提高单位质量的能量密度，最大程度地减少升流器体积和重量，降低使用成本。

2.2无功补偿装置

特高压电流互感器检定回路感抗大，检定时感性无功分量大，可利用并联电容或者串联电容的方法进行感性无功补偿，系统只需要提供有功部分的容量，降低了系统的容量要求。升流器原边并联电容补偿能补偿调压器容量，但不能补偿升流器容量；升流器副边并联电容补偿能同时补偿调压器和升流器的容量，但补偿电容电压低，电容容量要求大；升流器副边串联电容补偿也能同时补偿调压器和升流器的容量，但增加了有功消耗；升流器原边和副边并联电容补偿的补偿方式多、范围广、效率高，能实现系统的步进式多档补偿，同时补偿调压器和升流器的容量，但控制难度大。

3互感器校验仪设计与检定系统测试

互感器校验仪设计互感器校验仪由模拟电路和数字电路部分组成，模拟电路部分主要完成对差流、差压和百分表的信号处理，从而将差流、差压信号进行同相和正交的分离。数字电路部分主要对所处理的信号进行A/D转换，并对转换的数据进行处理，从而得出误差检定结果。该校验仪选用SAM-SUNG公司的S3C44B0作为单片机芯片，进行数字信号处理和人机交换，自动按照规程的规定电流检定点进行误差

测量、记录和存储。在测量状态时，互感器校验仪将保持测量该状态的角差和比差，并通过通讯接口实时传输至液晶显示屏。4试验结果与讨论

本文特高压电流互感器检定系统经国家高电压计量站检定，准确度等级为0．01S级，于2015年7月投入现场应用，已成功完成国家电网公司淮南－南京－上海1000kV交流特高压输变电工程的盱眙站和泰州站108台电流互感器现场检定。该检定系统实现了特高压GIS型电流互感器一次回路参数精确测量、升流器原副边混合补偿装置自动投切、感性无功带电自动补偿和误差自动检定，减小了对现场电源和升流器的容量需求。检定系统实现大功率下三相电源供电和小功率下单相电工电源供电，保证了7200A大电流检定点和15A小电流检定点的精确快速定位，提高了电源利用率，减小了现场供电线路电流，保证了现场供电三相平衡和输出电流精细调节，电源波形畸变系数小于5%。在额定一次电流Ip分别为6000A、3000A、1500A时，上限负荷为10V·A，下限负荷为1V·A，该台电流互感器的各个检定点误差均满足检定规程0．2S级电流互感器误差限值要求。可以看出，随着额定变比的减小，上限负荷下的比差向负误差方向变化显著，如在6000A与1500A 的1%检定点比差变化达到－0．25%；上限负荷下的角差向正误差方向变化，如在6000A与1500A的1%检定点角差变化达到14．1'。在6000～1500A宽电流量程范围下，特高压电流互感器二次绕组在不同额定变比和上限负荷下的检定误差变化显著，影响计量性能，因此生产厂家应进一步提高特高压电流互感器宽量程下的误差性能。

结语

综上所述，通过省级计量测试机构测试和国家电网公司特高压工程现场应用表明，本文特高压电流互感器检定系统实现了三相电源供电、感性无功同步带电投切补偿和现场误差自动检定，减小了对现场电源和升流器的容量需求，满足特高压电流互感器现场自动化检定需要，具有很好的实际应用价值。

参考文献：

［1］吴良科，刘浩，岳长喜，等．GIS大电流互感器现场检定试验中的功补偿［J］．高电压技术，2010，36（6）：1560－1565．［2］包玉树，胡永健，叶加星，等．基于电流互感器负荷误差外推法验技术研究［J］．中国计量，2017，42（9）：70－72．