发电机出口大电流互感器误差的现场测量方法

周永佳， 许灵洁， 李航康， 罗保顺， 俞美忠

（1.浙江省电力试验研究院， 杭州 310014； 2.神华浙江国华浙能发电有限公司， 浙江 宁海 315612；3.浙江北仑第一发电有限公司， 浙江 宁波 315800）

发电机出口大电流互感器误差的现场测量方法

周永佳1， 许灵洁1， 李航康1， 罗保顺2， 俞美忠3

（1.浙江省电力试验研究院， 杭州 310014； 2.神华浙江国华浙能发电有限公司， 浙江 宁海 315612；3.浙江北仑第一发电有限公司， 浙江 宁波 315800）

发电机出口的大电流互感器受安装位置和一次通过电流较大的限制，现场进行误差试验较为困难。研究采用等安匝法和负荷误差外推法相结合的方案，解决了发电机出口电流互感器现场误差试验的难题。

发电机；电流互感器；误差；等安匝法；负荷误差外推法

随着陆续投产 660 MW 及 1 000 MW 超大容量机组，发电机出口电流互感器的额定一次电流越来越大， 有的额定电流已接近 30 kA。 对此类电流互感器已无法采用传统方法进行现场检定。另一方面，电能不平衡率是判定发电厂经济效益的一项重要指标。

2009 年以来， 浙江省内发现多台 1 000 MW机组存在较严重的电能不平衡现象，有的机组不平衡率甚至达 0.5%以上。 分析和确认电能 不平衡率偏大的原因并加以解决，对发电厂经济效益有着重大意义，而发电机出口电流互感器误差现场检定方法的研究成为重要一环。

1 发电机出口电流互感器现场误差试验的难点

大型发电机出口电流互感器的额定一次电流很大，百万机组发电机出口电流互感器的额定一次电流可达 28 000 A， 额定变比为 28 000 A/1 A。如果在实验室内对其作误差检定，现有的制造技术已能解决 30 kA 以上的试验电源。 而发电机出口电流互感器一般为母线型（俗称穿心式）， 套装在发电机管母上，测量时将受到现场安装位置的种种限制[1]， 不可能为了测量误差而将其重新拆装,只能在现场条件下对其进行误差试验，但具体实施存在很大困难。对于安装在现场的发电机出 口 电 流互 感 器 ， 即 使 拥 有 30 kA 以 上 的 大 电 流试验装置，但因管母与发电机出口电流互感器的间隙太 小 ， 亦无法 穿 越 30 kA 的大 电 流 导 线。

利用发电机出口短路试验时产生的大电流进行发电机出口电流互感器的误差试验[2]， 是解决现场升流难题的有效方法。但目前大容量机组发电机出口都采用封闭母线形式，标准电流互感器接入和大电流导线连接等比较困难，工程量大，需多方协调与配合，现场不易实施。

为此，研究了将等安匝法和负荷误差外推法相结合的方法，可方便、可靠地实现发电机出口大电流互感器的现场误差试验。

2 测量基本原理

2.1 等安匝法

发电机出口穿心式电流互感器一次绕组为穿心一匝，在不考虑励磁电流功率损耗的情况下，电流互感器始终满足一次绕组和二次绕组安匝数平衡原理，即：

式中： I1， I2分别为电流互感器额定一次电流和额定二次电流； N1， N2分别为电流互感器一次绕组匝数和二次绕组匝数。

等安匝法是根据电流互感器的安匝数平衡原理， 通过增加一次绕组的匝数 N1来减小一次电流值 I1， 其安匝数等效于一次绕组为一匝、 一次电流为额定大电流时的情况。在一次绕组的磁场引起互感器铁心局部饱和之前，二次绕组可等比例感应到一次绕组的电流值。

2.2 负荷误差外推法

利用负荷误差外推法测量电流互感器的误差是较为成熟的方法，且应用广泛。图1为不考虑二次等效电容时电流互感器的等效电路图。该电流互感器的基本误差ε为：

式中： Kn=N2/N1为电流互感器的匝数比；为电流互感器的励磁电流。

当 实 际 一 次 电 流 I1，20%只 有 额 定 一 次 电 流 I1n的 20%时， 实际二次电流 I2，20%等于 20%的额定二次电流 I2n； 实际励磁电流 I0，20%等于 20%的额定励磁电流 I0。 实际感应电动势 E20%为：

图1 电流互感器等效电路

式中： Z2为电流互感器二次绕组等效阻抗， 包括绕组内电阻和漏电抗；ZL为二次绕组实际负荷。

当实际一次电流 I1等于额定一次电流 I1n时，实际二次电流 I2等于额定二次电流 I2n。实际感应电动势 En为：

式中：ZB为二次绕组额定负荷。

分析式（3）与式（4）可知， 当 ZL=5ZB+4Z2时，记为，则：

即通过改变二次实际负荷 ZL可实现在 20%额定一次电流值时产生与额定一次电流相同的感应电动势。

由于在铁心未饱和前励磁阻抗 Zm基本不变，当， 可得：

通过以上公式推导可知，当选择合适的二次实际负荷后， 可以利用在 20%额定一次电流值时测得的误差数据 ε′推算额定一次电流时的基本误差 εn。 同理可得， 其他测试点（如 120%， 150%额定一次电流值）的基本误差亦可用负荷误差外推法获得。

2.3 等安匝法加负荷误差外推法

对 于 变 比 为 28 000 A/1 A 的 发 电 机 出 口 电流互感器基本误差试验，单独采用等安匝法或负荷误差外推法都是不合适的。主要原因之一是当一次绕组为穿心 14匝时， 发电机出口电流互感器 的 变 比 等 效 为 2 000 A/1 A。 由 于 发 电 机 厂 房平台与发电机出口距离较远，一次通流导线长度可达 50 m 以上。 受管母与发电机出口电流互感器的间隙太小所限，一次大电流导线截面不能太大， 只能采用 1 000 A 以下的导线， 导线间连接触点多，大大增加了一次升流回路的阻抗。此外， 受现场检修电源的限制（一般不超过 60 A），即便具备大容量升流装置，也无条件使用，只能采用额定容量不超过 20 kVA 的升流装置。

现场试验表明仅采用等安匝压法时，最大电流只能升至被试互感器额定一次电流值的 60%，无法达到现场误差试验的升流能力要求。受现场间隙限制，也无法实施增加穿心匝数的措施。若单独采用负荷误差外推法，要求一次试验电流能达到额定一次电流的 20%（即5 600 A）， 一次回路长度达 30 m， 而现场试验用的检修电源和调压器容量以及一次大电流导线都无法满足这样的要求。

如果采用等安匝法加负荷误差外推法，以变比为 28 000 A/1 A 电流互感器为例，一次绕组穿心 14 匝， 一次升流能力只要达到 400 A以上即可。 现场试验设备主要有 3 kVA 的自动升流功率源、0．01S 级标准电流互感器、 伏安数和功率因数可任意设置的电流负荷箱、额定通流能力为600 A 的大电流导线（50 m）、2 级互感器校验仪等，现场误差试验原理接线如图2所示。

图2 电流互感器基本误差测量接线

3 方法的验证和应用

3.1 方法的验证

利用 1 台额定变比为 28 000 A/1 A、 准确度等级为 0．2S 级的发电机出口电流互感器， 分别采用传统直接比较法和等安匝法加负荷误差外推法进行基本误差试验。采用等安匝法加负荷误差外推法进行试验时， 一次穿心为 14匝， 标准电流互感器、升流功率源、负荷箱等都和现场使用的设备一致。根据传统直接比较法进行的试验利用实验室内的大电流互感器检定装置，最大输出一次电流可达 30 000 A， 采用 0．01S 级的标准电流互感器，试验结果如表1所示。

表1 直接比较法和等安匝法加负荷误差外推法试验结果

由前述原理可知，等安匝法加负荷误差外推法在 1%～20%额定一次电流下的误差数据实际上是采用等安匝法（穿心 14 匝）测量的。 分析表1数据可知， 该方法和直接比较法（穿心 1 匝）相比，在二次负荷 20VA 及 1%额定电流时误差差异最大， 比差差异为 0．03%， 角差差异为 1．7′。 造成误差测量结果差异的主要原因是用等安匝法测量误差时，一次电流导线在被试互感器铁心上绕线不均匀，以及周围磁场对被检互感器误差的影响。

100%额定电流点的误差测量采用的是等安匝法加负荷误差外推法，测量结果与直接比较法（穿心 1 匝）相比， 比差差异为 0．002%， 角差差异为 1．11′。

综上分析，以直接比较法测量结果作为实际值，等安匝法加负荷误差外推法测量结果作为测量值， 两者的最大偏差未超过被检 0．2S 级电流互感器误差限值的 1/5，符合 JJG 1021－2007《电力互感器》国家计量检定规程的要求。

3.2 方法的应用

本方法已成功应用于北仑发电厂6号与7号、宁海发电厂 5 号与 6 号等 1 000 MW 机组的发电机出口电流互感器现场误差试验[3]。 试验结果表明：所测发电机出口电流互感器误差均超出0．2S 级 误 差 限 值 的 要 求 ， 最 大 误 差 达 到 0．4% 左右。两厂根据试验结果对发电机出口互感器进行技术改造后，经现场复测，误差均已满足 0．2S 级技术指标的要求。以北仑发电厂7号发电机为例，经过几个月的稳定运行，电能不平衡率从改造前的 0．5%降至约 0．2%， 处于正常运行时的理想数据区间（0．1%～0．3%）。 上述应用效果说明， 基于等安匝法加负荷误差外推法的试验方法能准确测出发电机出口电流互感器的误差，有效解决百万机组电能不平衡率异常和发电量虚高的问题。

等安匝法应用的关键是尽可能保证一次绕组穿心均匀分布，避免因一次绕组过于集中造成的铁心局部饱和现象。当铁心局部饱和时，将会造成电流互感器的误差急剧增大，结果异常。图3为采用等安匝法加负荷误差外推法进行发电机出口电流互感器现场误差试验时的一次接线情况。

图3 发电机出口电流互感器的试验一次接线

4 结语

对应用等安匝法加负荷误差外推法现场测量发电机出口大电流互感器误差的新方法进行了研究。该方法使用低容量升流装置成功实现了一次电流达 28 000 A 的电流互感器的现场误差试验，解决了传统电流互感器误差检定方法中存在的升流能力和一次接线的难题。通过对该方法与传统直接比较法的科学比对，验证了测量结果的准确性和可靠性完全能满足 0．2S 级电流互感器的误差测量要求。

应用等安匝法加负荷误差外推法原理对发电机出口电流互感器进行现场试验和分析的结果表明，发电机出口电流互感器误差超差是造成电能不平衡率过高的主要原因之一。

[1]康文龙，朱瑞永．大型电站发电机出口母线式电流互感器 安 装 装 置 的 探 讨[J]．发 电 设 备，2005（1）∶59－61．

[2]崇 春 莹 ， 张 爱 国 ．300 MW 发 电 机 出 口 CT 现 场 测 试[J]．吉林电力技术，1996（3）∶31．

[3]许灵洁，周琦，周永佳，等．电流互感器基本误差现场检定 一 次 升 流 方 法 的 研 究[J]．浙 江 电 力 ，2010，29（5）∶15－18．

[4]JJG 1021－2007 电 力 互 感 器 国 家 计 量 检 定 规 程[S]．北 京 ：中国计量出版社，2007．

（本文编辑：龚 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， 硕士， 工程师，从事高压互感器和电子式互感器的计量检测工作。