CN104730485A

CN104730485A - 一种gis式电流互感器测试方法

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Publication number: CN104730485A
Application number: CN201510058500.5A
Authority: CN
Inventors: 刘水; 刘强; 严勤; 赵震宇; 赵燕
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Jiangxi Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Jiangxi Electric Power Co Ltd
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2015-06-24

Abstract

一种GIS式电流互感器测试方法,包括增加CT磁滞回线测量，CT、PT交、直流电阻测量功能，解决传统低压外推法推算结果不精确的问题。本发明将互感器传统最高测试电压从400V提高到45kV、将CT伏安特性测试精度从0.1V(0.1A)提高到0.001V(0.001A)，增加拐点测试功能，将变比测试范围从1：2000提高到1：35000。本发明使用高频电压精确测量电流互感器的匝数比，避免了工频感应电压干扰，减少了在匝数比测量过程中的励磁电流。本发明将测试方法通过软件植入GIS式电流互感器测试装置，实现对GIS式电流互感器的测量。本发明适用于包括GIS式在内的各类电流互感器，以及10kV-500kV变电站内的计量电流互感器的现场检定。

Description

一种GIS式电流互感器测试方法

技术领域

本发明涉及一种GIS式电流互感器测试方法，属电力计量技术领域。

背景技术

目前电流互感器的测试方法有传统升流比对法、负荷外推法和低压外推法。这三种方法为电流互感器的检定提供了技术手段，但在电流互感器的现场实际检测过程中，这三种方法都存在不足和有待解决的问题，这些问题具体如下：

传统升流比对法：测试引线长、所需电源容量大、设备多、操作烦锁，升流器、调压器对测试过程有干扰。

在对互感器进行检测时，采用大电流源同时注入被检测互感器和标准互感器，并且被检测互感器和标准互感器二次侧都连接标准负荷，然后将标准互感器输出与被检测互感器的输出进行对比，从而获得被检测互感器的比差与角差。这种方法可以精确的获得被检测互感器的误差数据，但是现场试验时所需的设备非常多，包括大电流源，标准电流互感器，负载箱和互感器校验仪等，并且当被检测互感器额定一次电流非常高时，所需要的仪电流源容量将会非常高，此时所使用的标准设备会非常重，使现场的检测非常不方便。

GIS是组合式开关设备，一次回路的设备全部封装在装有SF6气体的套管内，在对GIS内部的电流互感器进行误差检测时如果采用传统的大电流法，一次电流只能从GIS的引入和引出端子进行接线，所需大电流线非常长，电流流过的一次回路距离非常远，注入的电流流过所有一次回路的设备，因此所需的电流源容量可能会非常大，以至于达到现场试验无法接受的地步。

采用传统升流比对法需0.05级及以上标准的电流互感器一台、互感器校验仪一台、电流互感器负荷箱一台、升流器一台、调压器一台。额定电流在2500A以下时，调压器容量需10kVA。若需测更大的电流时，调压器容量需30—60kVA。升流器的容量需与调压器相匹配。

目前对于GIS式CT的现场检验一般采用两种方式。一是在GIS式CT封装入罐体之前对其进行检验，但此方式一般难于实现；二是在GIS式CT封装在罐体内部后用传统升流测试法进行检验，此方式一般从GIS设备的地刀处入手，因检验试验回路长、阻抗大,因此存在难以升至规程要求的测试电流的问题。

负荷外推法：推算参数不全、测试引线长、所需设备多、操作烦锁，升流器、调压器对测试过程有干扰。

负荷外推法的原理：电流互感器在不同工作点的误差变化是由互感器的二次励磁导纳在各工作点不一致引起的，而二次励磁电压是由二次负载电流及二次总负载Z的乘积确定的。因此通过在低电流点下进行误差测试，随后通过增加二次负荷来实现大电流点下的励磁导纳测试。最后根据互感器误差理论，实现大电流点的误差测试工作。

与传统升流比对法相比，虽可节俭大电流检测所需的电源容量，但所需测试设备仍数量多、笨重、接线及操作较为繁琐，在现场测试中也存在一定的不便。并且该方法没有考虑匝数比测量和二次线圈内阻测量结果，测量参数不够全面。在检测原理上该方法与电流比对法一样，都需要升流器、调压器等设备进行升流。电流互感器和电压互感器检定规程JJG313-2010和JJG314-2010第5.1.1.2条规定用于检定的设备如升流器、调压器等在工作中产生的电磁干扰引入的测量误差不大于被检电流(电压)互感器误差限值的1/10。由于日常升流器、调压器对检测的误差都未进行分析，并且每个检测场所的工作环境也不一致，因此升流器、调压器可能会带来影响。

低压外推法：极易受到外界和内部干扰源的干扰。饱和电压较低时，无法测量。

低压外推法原理：根据互易原理，将电流互感器等效成等变比、误差的电压互感器，通过在二次施加测试信号实现电流互感器误差测试。但该方法易受内外界干扰。

由于在变电站现场存在较强工频电磁场干扰：一是仪器内部强电回路散发的交变或脉冲磁场；二是外界环境带来的电磁干扰；三是检测过程中存在电容性漏电和电压性漏电。测量线路中导线、元件、绕组、屏蔽相互之间以及它们与大地之间都存在寄生电容，会产生电容性漏电。测试线路与屏蔽、仪器外壳之间也会存在电阻性漏电，都会影响到测试结果。

传统的低压外推法没有应用匝数比等参数参加运算，没有精确测量CT的匝数比，都将CT的匝数比误差假设为0，可能造成测试结果的误判；传统方法未测量CT二次线圈的内阻，忽略了内阻作为负荷一部分的影响；在CT二次侧加电压，当二次线圈饱和电压较低时，就无法获得测量结果，导致测试错误。常导致仪器无法正常工作；传统方法为考虑CT励磁损耗数据受所加测试电压的分辨率，电压畸变率和调压速率影响等因素。

总之,电流互感器的传统测试方法存在以下不足：1)易受工频电磁场干扰；2)不能进行CT磁滞回线测量；3)不能测量CT、PT的交、直流电阻；4)低压外推法CT最高测试电压<400V；5)CT伏安特性精度低，不能测试拐点；6)测试的变比范围<1：2000。

发明内容

本发明的目的是，为了解决目前的电流互感器现场检验中的各种难题，本发明利用变频技术、小信号测试技术和阻抗匹配技术，提出一种GIS式电流互感器现场测试方法和装置。

实现本发明的技术方案是，本明通过下述方法来实现GIS式电流互感器测试。

1、本发明将低压外推法和变频测试技术相结合，采用变频技术准确测量电流互感器的匝数比误差

具体方案如下：

①检测出互感器在200％-1000％额定电压(电流)下的误差和导纳；

②测出互感器在1％～120％额定电压(电流)下的导纳；

③通过推算得出电流互感器的误差。

低压外推法只需携带本发明互感器现场校验仪，不需另配升流器、调压器和负载箱等设备。解决了互感器现场传统方法测试所需容量大、设备多、操作烦锁以及升流器、调压器存在干扰问题。

采用变频技术准确测量电流互感器的匝数比误差。

本发明使用模拟功放产生的高频正弦电压作为测试信号，并将其中的工频分量滤除，这样可以避开现场工频感应电压对测量结果的影响。由于使用的电压频率比工频要高很多，因此同样的测试电压下对应的励磁损耗也大大降低，励磁损耗对匝数比测量的影响也大大降低。再者测试信号来源于模拟功放产生的正弦电压，因此测试电压的波形畸变率非常低。这样匝数比的实际测量精度可以非常高，通常低于0.02％，这使得比差测量结果的精度得到了有效保证。为了防止测试电流互感器匝数比时电压上升至电流互感器的饱和区域，

2、本发明采用0.5Hz的低频电压法测磁滞回线。

由于电流互感器的铁芯励磁性能与电流互感器的铁芯大小和材料密切相关，而且其差别非常大，因此在工频下使电流互感器进入饱和状态所需的电压和电流大小差别非常大，对于铁芯尺寸非常大且匝数非常多的电流互感器，其饱和电压可能会达到10kV以上，饱和电流达到2A。如果使用传统装置采用工频加压法测量励磁特性，则测量电流互感器的铁芯所需的设备非常大且笨重，而且一旦互感器达到饱和瞬间输出功率会加倍，试验过程非常危险且难于实现。

本发明先使用工频电压对电流互感器进行升压再缓慢降压，使电流互感器铁芯退磁，然后采用0.5Hz的低频电压法在电流互感器二次线圈二端升压，在试验过程中对电流互感器二次侧的电压和电流进行取样，每个0.5Hz周波取4096个数值点，同时不断地对采集的电压和时间进行积分以获得电流互感器铁芯磁通量的变化数值，因为试验前已经对电流互感器进行了退磁因此电流互感器铁芯磁通量可以认为是0，电压和时间积分的结果就是电流互感器铁芯磁通量的实时变化数值。在电流互感器达到磁饱和以后通过绘制其中一个周波铁芯磁通量对二次线圈电流的曲线图可以得到电流互感器的磁滞回线，在磁滞回线上可以直接读取电流互感器的剩磁通量和剩磁系数。

3、本发明实现传统方法测量电流互感器CT、电压互感器PT直流电阻

1)直流电阻测量：本发明采用校验仪输出0.5A的恒定直流电流至电流互感器的二次线圈，准确测量电流互感器二线圈的直流电阻值，实测的线圈的直流电阻值被当作电流互感器二次负荷的一部分，在进行电流互感器二次损耗时考虑直流电阻的影响可以使测量结果更准确。

2)二次负荷测量：本发明采用校验仪输出工频的电压信号至电流互感器二次回路，并监视回路中的电流值，当电流达到0.5A时停止升压，并根据此时电压电流的数值，以及他们之间的向量关系计算二次回路阻抗模值与功率因素。

4、本发明将互感器最高测试电压从400V提高到45kV、将CT伏安特性测试精度从0.1V(0.1A)提高到0.001V(0.001A)，增加拐点测试功能，将变比测试范围从1：2000提高到1：35000。

本发明的有益效果是：本发明将低压外推法和变频测试技术相结合，解决传统升流比对法、负荷外推法所需容量大、设备多、测试线长、操作烦锁，升流器、调压器对测试有干扰的问题；本发明解决了传统低压外推法极易受到外界和内部干扰源的干扰，没有在进行，CT、PT交、直流电阻测量，推算结果不精确，以及当饱和电压较低时，无法进行测量的问题；本发明增加了CT磁滞回线测量和CT、PT交、直流电阻测量功能；本发明将互感器最高测试电压从400V提高到45kV、将CT伏安特性测试精度从0.1V(0.1A)提高到0.001V(0.001A)，增加拐点测试功能，将变比测试范围从1：2000提高到1：35000。

本发明适用于GIS式电流互感器的精确测试。

附图说明

图1为本发明GIS式电流互感器测试装置结构框图；

图2为本发明方法在测试装置实施的软件系统框图；

图3为电流互感器的等效电路图。

具体实施方式

本发明方法在GIS式电流互感器测试装置中具体实施。

本实施例一种GIS式电流互感器测试装置由二次电压采样模块、二次电流采样模块、一次电压采样模块、数据采集模块、ARM系统、电源系统和PC机组成。二次电压采样模块、二次电流采样模块和一次电压采样模块的输出端连接数据采集模块的输入端；数据采集模块的输出端连接ARM系统；ARM系统连接PC机；电源系统向ARM系统供电。

(1)二次电压采样模块

负责电流互感器二次回路上的电压采集信号调理，输入的原始电压范围从0V-180V AC，经过电路变换后变成AC 0V-7V电压。

(2)二次电流采样模块

负责电流互感器二次回路的电流采集信号调理，输入的原始电流范围从AC0A-5A，经过电路变换后变成AC 0V-7V电压。

(3)一次电压采样模块

采集电流互感器一次侧所感应的电压采集信号调理，输入的原始电压范围从AC 0V-1V，经过电路变换后变成AC 0V-7V电压。

(4)数据采集模块

将经过信号调理的电压信号进行AD转换变成数字信号。

(5)ARM系统

校验仪的中央数据处理器，负责管理试验过程中的电压，电流输出，数据采集，计算和通信。

(6)电源系统

负责产生试验所需的频率可调电压源，频率调整范围从0.1Hz到60Hz，产生的正弦波畸变率小于0.5％，正弦波的电压范围覆盖AC0V-180V。

(7)PC机

负责处理，存储和显示分析仪的试验参数，试验结果，将试验参数设置传输至ARM处理器，并从ARM处理器获得测试过程中采集的数据，PC机还需提供WORD格式试验报告制作功能。

本实施例结合电流互感器的等效数学模型，将CT的匝数比误差，励磁损耗和直流电阻的数据都计入误差计算模型，通过软件植入GIS式电流互感器测试装置，对GIS式电流互感器进行控制测量。本实施例GIS式电流互感器测试装置的ARM软件系统工作流程如图2所示，PC机负责测试装置的软件界面与接口管理，PC机通过向ARM发送命令来控制测试装置执行不同的试验模块和流程，整个测试装置的试验子程序分成4个部分：

1)直流电阻测量

测试装置输出0.5A的恒定直流电流至电流互感器的二次线圈，准确测量电流互感器二线圈的直流电阻值，实测的线圈的直流电阻值被当作电流互感器二次负荷的一部分，在进行电流互感器二次损耗时考虑直流电阻的影响可以使测量结果更准确。

2)变比测量

测试装置输出工频的交流电压至电流互感器二次侧，并测量一次侧的感应电压值，通过二次电压和一次电压的比值计算电流互感器的实际匝数比，在此过程中一次侧测量回路的阻抗接近无穷大，因此可以认为电流互感器一次侧回路是开路状态，因此此时二次回路所测量的电流值即为电流互感器二次回路的损耗值。

3)磁化曲线测量

测试装置输出频率可变的交流电压信号至电流互感器的二次回路，可以进一步测量电流互感器在更高电压下的励磁损耗值。

4)二次负荷测量

测试装置输出工频的电压信号至电流互感器二次回路，并监视回路中的电流值，当电流达到0.5A时停止升压，并根据此时电压电流的数值，以及他们之间的向量关系计算二次回路阻抗模值与功率因素。

(8)数学模型

根据电流互感器的误差定义，互感器的误差为：

e = \frac{I_{st} - I_{s}}{I_{s}} = \frac{\frac{I_{p}}{K} - \frac{I_{p}}{S_{R}}}{\frac{I_{p}}{S_{R}}} = \frac{S_{R} - K}{K} - - - (1)

式中，e_T为互感器误差；I_ST为二次实际电流；I_s为电流互感器二次额定电流；I_p为电流互感器的一次额定电流；S_R为标称变比；K为实际变比。根据互易原理，可以把电流互感器看成等变比、等误差的电压互感器，电流互感器的等效电路如图3所示。

则Vp/Vs应等于电流互感器的电流比K，即：

k = \frac{V_{p}}{V_{s}}

V_{s} = V_{p} \times \frac{Z_{0}}{Z_{2} + Z + Z_{0}} \times \frac{n_{1}}{n_{2}} - - - (2)

\begin{matrix} \frac{V_{p}}{V_{s}} = \frac{Z_{2} + Z + Z_{0}}{Z_{0}} \times \frac{n_{2}}{n_{1}} \\ = (\frac{Z_{2} + Z}{Z_{0}} + 1) \times \frac{n_{2}}{n_{1}} [(Z_{2} + Z) \times Y + 1] \times \frac{n_{2}}{n_{1}} \end{matrix} - - - (3)

图3为电流互感器的等效电路图，其中Y：1/Z。＝G—jB为励磁导纳，Z₂为二次绕组阻抗，Z为二次负荷，n₁、n₂为互感器绕组匝数。根据互易原理，电流互感器的二次感应电压：

E_s＝I₂(Z₂+Z)

等效于电压互感器的一次电压V_p有：

K = \frac{V_{p}}{V_{s}}

ϵ = \frac{S_{R} - K}{K} = \frac{S_{R}}{K} - 1 - - - (4)

ϵ = \frac{S_{R} - \frac{n_{2}}{n_{1}}}{\frac{n_{2}}{n_{1}}} - (Z_{2} + Z) \times Y - - - (5)

因此可得:

若：z₂＝r₂+jx₂,Z＝r_H+jx_H,Y＝G-jB

则：(Z₂+Z)×Y＝G(r₂+r_H)+B(x₂+x_H)+j[G(x₂+x_H)-B(r₂+r_H)] (6)

因此可得误差公式：

比差：

f = \frac{S_{R} - \frac{n_{2}}{n_{1}}}{\frac{n_{2}}{n_{1}}} - G (r_{2} + r_{H}) - B (x_{2} + x_{H}) - - - (7)

角差：δ＝[B(r₂+r_H)-G(x₂+x_H)]×3438 (8)。

Claims

1.一种GIS式电流互感器测试方法，其特征在于，所述方法包括：

采用变频技术准确测量电流互感器的匝数比误差；采用0.5Hz的低频电压法测磁滞回线；对电流互感器CT、电压互感器PT直流电阻和二次负荷的测量；结合电流互感器的等效数学模型，将CT的匝数比误差，励磁损耗和直流电阻的数据计入误差计算模型中；将互感器传统最高测试电压从400V提高到45kV、将CT伏安特性测试精度从0.1V提高到0.001V，增加拐点测试功能，将变比测试范围从1：2000提高到1：35000。

2.根据权利要求1所述的一种GIS式电流互感器测试方法，其特征在于，所述测量电流互感器的匝数比误差步骤为：

检测出互感器在200%-1000%额定电压下的误差和导纳；

测出互感器在1%～120%额定电压下的导纳；

③通过推算得出电流互感器的误差；

所述方法采用模拟功放产生高频正弦电压作为测试信号，并将其中的工频分量滤除，这样可以避开现场工频感应电压对测量结果的影响。

3.根据权利要求1所述的一种GIS式电流互感器测试方法，其特征在于，所述测量电流互感器的磁滞回线方法为，先使用工频电压对电流互感器进行升压再缓慢降压，使电流互感器铁芯退磁，然后采用0.5Hz的低频电压法在电流互感器二次线圈二端升压，在试验过程中对电流互感器二次侧的电压和电流进行取样，每个0.5Hz周波取4096个数值点，同时不断地对采集的电压和时间进行积分以获得电流互感器铁芯磁通量的变化数值；在电流互感器达到磁饱和以后通过绘制其中一个周波铁芯磁通量对二次线圈电流的曲线图可以得到电流互感器的磁滞回线，在磁滞回线上可以直接读取电流互感器的剩磁通量和剩磁系数。

4.根据权利要求1所述的一种GIS式电流互感器测试方法，其特征在于，所述电流互感器CT、电压互感器PT直流电阻测试方法为，

5.根据权利要求1所述的一种GIS式电流互感器测试方法，其特征在于，所述二次负荷测量方法为，

6.根据权利要求2所述的一种GIS式电流互感器测试方法，其特征在于，所述电流互感器的误差为：

式中，e _T为互感器误差；I _ST为二次实际电流；I _s 为电流互感器二次额定电流；I _p 为电流互感器的一次额定电流；S _R为标称变比；K为实际变比。

7.一种GIS式电流互感器测试装置，包括PC机，其特征在于，还包括二次电压采样模块、二次电流采样模块、一次电压采样模块、数据采集模块和ARM系统；

所述二次电压采样模块，用于负责电流互感器二次回路上的电压采集信号调理，输入的原始电压范围从0V-180V AC，经过电路变换后变成AC 0V-7V电压；

所述二次电流采样模块，用于负责电流互感器二次回路的电流采集信号调理，输入的原始电流范围从AC 0A-5A，经过电路变换后变成AC 0V-7V电压；

所述一次电压采样模块，用于采集电流互感器一次侧所感应的电压采集信号调理，输入的原始电压范围从AC 0V-1V，经过电路变换后变成AC 0V-7V电压；

所述数据采集模块，用于将经过信号调理的电压信号进行AD转换变成数字信号；

所述ARM系统，作为系统的中央数据处理器，负责管理试验过程中的电压，电流输出，数据采集，计算和通信。

8.根据权利要求7所述的一种GIS式电流互感器测试装置，其特征在于，所述装置将CT的匝数比误差，励磁损耗和直流电阻的数据都计入误差计算模型，通过软件进行控制测量。