特高压电流互感器

1 概述

750kV电压等级的输变电示范工程官厅—兰州东线路，于2005年开始投运，目前已运行三周年，电流互感器一直没有校准。现在，又相继建成设了官厅—西

宁、兰州东—银川等10余条750kV的输变电线路。特高压变电站GIS主回路中

电流互感器的现场检定试验引起西北网公司的重视。

750kV特高压变电站设备主要采用气体绝缘封闭式组合电器GIS或HGIS。在进行GIS主回路中电流互感器的现场检定试验时，试验回路较长，所用调压器和升流器的容量很多。大电流升流问题成为电流互感器现场校准难题。此前国际上一直没有成功地完成过此项现场全电流试验工作的报道。

用串联补偿的方法减小升流器的容量，在390m的回路上电流成功地升至4600A，完成兰州东750kV变电站电流互感器的首次全电流计量检定工作。

2 依据标准

GB50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》

SD109《电能计量装置检验规程》

JJG1021—2007《电力互感器》

《电能计量装置现场检验作业指导书》

3 主要参数

电流互感器参数

电流互感器的额定电流比为4000/1、2000/1（抽头），准确度等级为0.2S级/0.5级，额定负荷为20V A/30V A，额定电压为800kV，绝缘水平为830kV(1min 工频耐受电压)、1550kV（操作冲击）和2100kV（雷电冲击），额定短时耐受电流为50kA（2秒），SF6气体额定压力为0.5MPa。被检电流互感器的安装位置及编号如表1-1所示。

回路参数

兰州东750kV变电站内需要进行现场校验的电流互感器位于750kV侧兰州东—官亭线的第一串，变电站内的750kV侧均采用GIS管道的形式主接线采用3/2接线方式。电流互感器分布位置见图1。

图1 电流互感器分布结构图

其中：CB为断路器，DS为隔离开关。

从图1可以看出，要进行全电流下电流互感器的误差校验试验，给电流互感器的一次侧通入4800A的大电流，只能利用GIS管道内的大电流母线将大电流注入被检电流互感器的一次侧。靠进、出线高压套管上的母线接头将相邻两相GIS管道内的大电流母线对接起来构成试验回路，对此试验回路注入大电流，此电流也就是流过被检电流互感器的一次电流，从而解决了被检电流互感器一次侧的通流问题。

从线路侧到变压器侧长度160m，高压绝缘套管高15m，加上大电流引线及返回导体，回路长度共390m。GIS回路示意图见图2。

图2 GIS回路示意图

GIS管道外壳的外径为1.6m；GIS管道内的大电流母线外径为0.192m，壁厚12mm。

供电电源情况

在线路侧60m远处有一施工用10kV变压器，容量600kVA。

需要解决得问题

在全电流工况下，对大回路GIS管道内电流互感器进行现场校验，需要研究解决以下问题：

1、选择试验回路和及返回导体；

2、计算回路电气参数；

3、确定电容补偿方案；

4、研究回路的交流电阻与直流电阻的差异；

5、研究采用无功补偿对降低电源容量要求的作用；

6、升流设备的选型方法；

7、验证多台调压器并联运行的可行性；

8、验证多台升流器原边并联、副边串联运行的可行性。

4 试验回路及返回导体的选择

4.1 接地开关作返回导体

GIS开关部分的电气主接线如图3所示，其中：CB为断路器，DS为隔离开关，ES为接地开关，CT为电流互感器。断路器在GIS罐体内部的中间位置，罐体内的两端分别是隔离开关和接地开关，断路器和隔离开关之间是用GIS大电流母线进行连接，被试的电流互感器就套在断路器和隔离开关的连接母线上。整个GIS开关部分的总长度不超过20m。

ES

图3 GIS开关的电气主接线图

在利用接地开关构成的试验回路中，用大电流多股编织导线作为返回导体将GIS两端的接地开关连接起来构成闭合回路。为了满足4000A的通流要求，按照4A/mm2的经验数据计算，大电流多股编织导线的截面积为1000mm2。GIS开关部分的长度，加上大电流多股编织导线的长度为20m，整个回路的总长度不超过40m。

可见，用接地开关作返回导体，能大大减小试验回路的长度，这不仅简化了试验回路的接线，减小了试验的工作量，还减小了试验回路的负载阻抗，从而减小了电源容量，节省了采购试验设备的开支。

但是，由于接地开关在设计时只考虑50kA/2s 的动热稳定性能，并没有考虑持续通过4000A 大电流的情况。从开关厂技术人员及监造人员处了解到，接地开关接地部分的直径只有约2cm ，如果持续通过4000A 的试验电流，有可能会造成接地开关甚至是GIS 母线的热损伤。

4.2 GIS 管道外壳作返回导体

从官亭线路侧的进线套管到主变侧的出线套管的GIS 电气主接线如图4所示，其中：CB 为断路器，DS 为隔离开关，CT 为电流互感器。两个隔离开关之间为GIS 开关部分，长度大概为20m 。进线套管到隔离开关之间以及隔离开关到出线套管之间是GIS 大电流母线部分。每一相GIS 管道的总长度为160m 。线路侧套管和变压器侧套管的高度均为15m （距地面高度18m ）。

主变

官亭

A C

B

图4 线路侧套管和变压器侧的GIS 示意图

利用外壳作返回导体，只需要用两根长15m 、截面积为1000mm 2的大电流多股编织导线分别将进线套管和出线套管顶部的GIS 母线接头与各自套管底部的GIS 外壳连接起来，就可以构成试验回路。忽略大电流多股编织导线和套管内母线的影响，只考虑GIS 管道部分，可以将GIS 管道部分等效为同轴电缆。GIS 管道部分如图5所示，其中：r1是母线半径，为0.096m ；r2是外壳半径，为0.7m ；l 是回路长度，为160m 。

图5 GIS 管道示意图

根据同轴电缆的电感计算公式：

)1

2ln 41(20r r l L +=πμ （2-1） 式（2-1）中：

r1—是母线半径；

r2—是外壳半径；

l —是回路长度。

得：

L=0.0717mH ，Z L =ωL=22.5mΩ

由电阻计算公式：

S

l R ρ= （2-2） 代入ρ铝=0.029Ω﹒mm 2/m 、l =160m 、S ＝6700mm 2，可以计算出GIS 管道内大电

流母线的电阻为：

R =0.69m Ω。

根据上面的计算，用GIS 外壳作返回导体时，回路的感抗不大，而且GIS