CN101644751A - Gis套管式电流互感器分布式大电流升流方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GIS套管式电流互感器分布式大电流升流方法，在安装有GIS套管式电流互感器的断路器两侧，指定一侧为左侧，另一侧为右侧。在断路器左侧，按照与断路器的相邻距离，由近及远依次选择两个接地开关，分别记作接地开关左一和接地开关左二。在断路器右侧，同样按照与断路器的相邻距离，由近及远依次选择两个接地开关，分别记作接地开关右一和接地开关右二。本发明使一次大电流环形试验回路的长度缩小到最小长度，回路阻抗也随之减小到最小值，相对全回路大电流升流方法，从根本上降低了大电流消耗的无功功率和有功功率，大大降低了大电流试验对升流器、无功补偿装置、调压器和试验电源容量的要求，从而有效降低了试验难度。

Description

GIS套管式电流互感器分布式大电流升流方法

技术领域

本发明属于现场GIS套管式电流互感器准确度试验和GIS断路器、开关大电流试验，特别涉及GIS套管式电流互感器分布式大电流升流方法。

背景技术

采用GIS(Gas Insulation Switchgear，SF₆气体绝缘全封闭组合电器)设备的变电站中，电流互感器安装在GIS断路器两侧，为套管式电流互感器，其额定电流为300A～4kA。在电流互感器现场交接试验(准确度试验)中，需对电流互感器一次回路施加1.2倍额定电流，最大试验电流值为4.8kA，近似取值5kA。

大电流试验首先要求根据变电站电气一次主接线结构，选择适当的包含电流互感器在内的一次电流环形闭合回路，针对环形回路的长度和面积估算出大电流试验所需无功和有功试验容量，然后选择足够容量的电容器组进行无功补偿，最后选择适当的升流器、调压器和试验电源，并用导线正确连接，通过操作升流器在环形闭合回路输出试验电流。

大电流试验面临的首要和关键的问题是在GIS套管式电流互感器所在的GIS设备一次接线上寻找适当的电流注入点和回流点，使得一次接线上电流环形闭合回路的长度和面积最小。由于GIS设备全封闭性的特点，一次接线只有在线路、变压器和电抗器出线套管顶部才有在空气中的外露点，目前的升流方法是在这些外露点中选择一个适当的电流注入点和回流点，然后将升流器的大电流输出端子用导线分别接入电流注入点和回流点，通过闭合相应的断路器和隔离开关，必要时短接相关的外露点，从而与GIS设备中的一次接线构成一个较长的环形闭合大电流试验回路，这种大电流升流方法称之为全回路升流法。

由于GIS的金属罐体尺寸庞大，较长的一次大电流试验回路不仅存在回路电阻，消耗一定的有功功率，而且存在较大的回路电感，消耗很大的无功功率，环形回路包围的长度和面积越大，回路无功消耗越大，对升流器、无功补偿装置、调压器和试验电源的容量要求也越大，造成一次回路大电流升流试验难度很大。

文献《750kV电流互感器大电流升流装置的研制》指出，500kV及以上的GIS或带电流互感器的罐式断路器因试验回路阻抗较大，试验电流达到4kA，试验难度较大，电流互感器现场试验施加的电流很难达到4kA。国家电网公司武汉高压研究院、山东电力试验研究院、四川电力试验研究院等单位在理论上、工程实施方案上做了大量的研究工作，现场试验已经将500kV GIS试验回路电流提升到3kA，进一步提升现场试验回路电流的研究工作还在进行。陕西电力科学研究院研制出大电流升流装置，通过单台或多台升流器单元的串联、并联或串并联混合方式，采用全回路升流法对GIS套管式电流互感器进行5kA大电流准确度试验。试验采用4台升流器、1台调压器和若干台无功补偿电容器，单台升流器容量为50kVA，单台调压器容量不低于200kVA，电容器无功补偿总容量为800kvar。

文献《1000kV GIS套管式电流互感器试验方案的研究》介绍了1000kVGIS套管式电流互感器进行的5kA大电流全回路升流方法。最大的环形闭合回路长100m，宽10m，测算的5kA试验无功容量为1824kvar，有功容量为37.5kW，大电流升流试验需要2000kvar无功补偿设备、10台20kVA升流器和1台250kVA调压器。

以上文献介绍的针对GIS套管式电流互感器大电流试验方法均是在GIS进出线套管两端采用全回路升流法进行一次大电流试验，由于GIS一次回路较长，存在较大的回路电感，在大电流时消耗很大的无功功率，给一次升流试验带来的困难有：

1)对无功补偿容量要求很大。5kA试验最大需要2000kvar无功补偿设备，如采用单台电容器参数为1000μF/400V，则需要上百台电容器才能达到总容量要求；

2)对升流器容量要求很大。升流器总容量要求达到200kVA，单台升流器由于受体积和重量限制，容量只能到20～50kVA，必须使用多台升流器串并联组合使用才能达到总容量要求；

3)对调压器容量要求很大。升流器配置的调压器容量不低于升流器容量。考虑到商品化调压器容量计算和试验工程计算上存在的差异，因此选择的单台调压器标称容量至少为200kVA或250kVA。

4)对现场试验电源容量要求很大。如采用三相380V交流电源两相供电，调压器标称容量200kVA和250kVA对应的电源电流为526A和658A。变电站现场试验电源箱的容量为380V，100A～200A，不能满足试验要求，试验时需要配置专用的试验电源车或用长距离电缆连接所用变电源作为试验电源，现场试验难度较大。

发明内容

本发明提供GIS套管式电流互感器分布式大电流升流方法，针对GIS套管式电流互感器的5kA大电流准确度试验，大大降低了试验的难度，节约了成本。

本发明的技术方案是这样实现的：

在安装有GIS套管式电流互感器的断路器两侧，指定一侧为左侧，另一侧为右侧。在断路器左侧，按照与断路器的相邻距离，由近及远依次选择两个接地开关，分别记作接地开关左一和接地开关左二。在断路器右侧，同样按照与断路器的相邻距离，由近及远依次选择两个接地开关，分别记作接地开关右一和接地开关右二。

闭合断路器、接地开关左一、左二、右一和右二，断开接地开关左一、左二与接地网的连接，给GIS套管式电流互感器施加5kA大电流分两步进行：

第1步：接地开关左一与主回路连接点作为第1个电流注入点，接地开关右一与主回路连接点作为第1个电流回流点，注入点和回流点分别与第一组升流器的两端连接，构成环形闭合电流回路，然后连接无功补偿装置、调压器和试验电源，通过第一组升流器输出最大电流2.5kA；

第2步：接地开关左二与主回路连接点作为第2个电流注入点，接地开关右二与主回路连接点作为第2个电流回流点，注入点和回流点分别与第二组升流器的两端连接，构成环形闭合电流回路，然后连接无功补偿装置、调压器和试验电源，通过第二组升流器输出最大电流2.5kA；

第一组升流器和第二组升流器同时输出时，流经GIS套管式电流互感器最大电流之和为5kA。

对于升流器1和升流器2，可单独或共同使用无功补偿装置、调压器和试验电源。如果单台试验电源容量不能满足试验要求，升流器1和升流器2可就近选取各自的试验电源，配套的调压器和无功补偿设备也分别配置。各个闭合回路的电流回流点也可在断路器右侧的接地网上就近选择。鉴于本发明的试验方法的电流注入点、电流回流点、升流器、无功补偿装置、调压器和试验电源都是分布式布置的，彼此可以相互独立，所以称作分布式大电流升流方法。

本发明提出的GIS套管式电流互感器分布式大电流升流试验方法，使一次大电流环形试验回路的长度缩小到最小长度，回路阻抗也随之减小到最小值，相对全回路大电流升流方法，从根本上降低了大电流消耗的无功功率和有功功率，大大降低了大电流试验对升流器、无功补偿装置、调压器和试验电源容量的要求，从而有效降低了试验难度。

对于1000kV GIS套管式电流互感器5kA大电流升流试验，分别采用分布式升流方法和全回路升流方法进行大电流试验的效果通过计算进行比较，详见表1。

表15kA大电流试验的分布式升流方法和全回路升流方法效果比较

对于分布式升流方法，第1步大电流试验回路长30m，宽3m，2.5kA试验无功容量为111kvar，有功容量为3.8kW。第2步大电流试验回路长40m，宽3m，2.5kA试验无功容量为147kvar，有功容量为4.7kW。两组回路试验无功容量之和为258kvar，有功容量之和为8.5kW。

对于全回路试验方法，文献《1000kV GIS套管式电流互感器试验方案的研究》中大电流试验回路长100m，宽10m，5kA试验无功容量为1824kvar，有功容量为37.5kW。

对同一台电流互感器进行的5kA升流试验，采用分布式升流方法相对全回路升流方法无功容量之比约为1/7，有功容量之比约为1/5，总试验容量之比约为1/7，试验容量大大降低。

2009年7月，陕西电力科学研究院采用分布式升流方法对大唐彬长发电厂750kV彬乾I、II线的12台GIS套管式电流互感器进行现场准确度试验。现场采用两个大电流试验回路同时升流，第1步大电流试验回路长16m，宽3m，第2步大电流试验回路长19m，宽3m，每个回路各使用一台升流器，两台升流器共用一组无功补偿装置、调压器和试验电源，无功补偿装置连接在升流器输入端。电流互感器一次额定电流为4kA，单台升流器额定容量为50kVA，两个回路共输出最大试验电流为4.8kA，两个回路电流值相差小于5％，试验电源实际最大输出为30kVA。

通过以上计算分析和现场试验验证，采用分布式升流方法大大降低了环形电流试验回路消耗的无功功率和有功功率，因此显著降低了升流器、无功补偿装置、调压器、试验电源容量，从而减少了设备数量，减轻了设备重量，大大降低了设备运输和现场试验的难度。另外，分布式升流方法每组试验回路可使用各自独立的试验电源，解决了现场单台试验电源容量不能满足总试验容量的问题。

具体实施方式

进行GIS套管式电流互感器5kA大电流试验时，一次环形试验回路的电感和电阻引起的无功损耗和有功损耗极大，而减小环形试验回路的长度和面积，可使回路的电感和电阻大大降低，有效降低试验的无功损耗和有功损耗，从而显著降低试验设备需要的无功容量和有功容量。因此，降低试验容量的关键是在一次主接线上选择一个包含GIS套管式电流互感器在内的最小长度和面积的大电流闭合环形试验回路。

由于GIS套管式电流互感器结构封闭性这一特点，在一次主接线上距离GIS套管式电流互感器两侧最近的外部接触点是GIS套管式电流互感器所在断路器两侧最近的接地开关，将这两个接地开关分别用大电流导线与升流器的电流输出端和回流端连接，闭合断路器和接地开关，断开一侧接地开关与接地网的连接，从而构成最小长度和面积的环形电流试验回路。最后连接无功补偿装置、调压器和试验电源进行大电流升流试验。

接地开关的结构设计、制造和技术要求等同于2kA隔离开关，其长期通流能力可达到2kA，短时间通流能力可达到2.5kA。受接地开关短时间通流能力的限制，上述环形电流试验回路电流最大值为2.5kA。

由于GIS套管式电流互感器准确度试验最大电流值要求达到5kA，而仅靠上述最小环形电流试验回路电流不能满足要求，还应该在一次主接线上再选择第二个包含GIS套管式电流互感器在内的环形试验回路，同样输出最大电流为2.5kA。

同样，为降低第二个环形回路的试验容量，其回路长度和面积应尽可能小，所以应选择除以上两个接地开关外距离GIS套管式电流互感器两侧最近的外部接触点，这两个接触点就是距离以上两个接地开关最近的接地开关。将这两个接地开关分别用大电流导线与另一组升流器的电流输出端和回流端连接，闭合断路器和接地开关，断开与第一个环形回路同侧接地开关与接地网的硬连接条，从而构成另一组长度和面积较小的环形电流试验回路。最后连接无功补偿装置、调压器和试验电源进行大电流升流试验。

两个环形回路同时输出2.5kA时，两个回路通过GIS套管式电流互感器的电流叠加值为5kA。

Claims (4)

1、GIS套管式电流互感器分布式大电流升流方法，在安装有GIS套管式电流互感器的断路器两侧，指定一侧为左侧，另一侧为右侧，在断路器左侧，按照与断路器的相邻距离，由近及远依次选择两个接地开关，分别记作接地开关左一和接地开关左二，在断路器右侧，同样按照与断路器的相邻距离，由近及远依次选择两个接地开关，分别记作接地开关右一和接地开关右二；

闭合断路器、接地开关左一、左二、右一和右二，断开接地开关左一、左二与接地网的连接，给GIS套管式电流互感器施加5kA大电流分两步进行：

第1步：接地开关左一与主回路连接点作为第1个电流注入点，接地开关右一与主回路连接点作为第1个电流回流点，注入点和回流点分别与第一组升流器的两端连接，构成闭合环形电流回路，然后连接无功补偿装置、调压器和试验电源，通过第一组升流器输出最大电流2.5kA；

第2步：接地开关左二与主回路连接点作为第2个电流注入点，接地开关右二与主回路连接点作为第2个电流回流点，注入点和回流点分别与第二组升流器的两端连接，构成闭合环形电流回路，然后连接无功补偿装置、调压器和试验电源，通过第二组升流器输出最大电流2.5kA；

第一组升流器和第二组升流器同时输出时，流经GIS套管式电流互感器最大电流之和为5kA。

2、根据权利要求1所述的GIS套管式电流互感器分布式大电流升流方法，其特征在于，各个闭合电流回路使用各自独立的无功补偿装置、调压器和试验电源或共用一组无功补偿装置、调压器和试验电源。

3、根据权利要求1所述的GIS套管式电流互感器分布式大电流升流方法，其特征在于，各个闭合电流回路独自使用试验电源时，试验电源相别相同。

4、根据权利要求1所述的GIS套管式电流互感器分布式大电流升流方法，其特征在于，各个闭合电流回路的电流回流点在断路器右侧的接地网上就近选择。