变压器套管CT试验方法

朱晓红

(云南电网公司曲靖供电局，云南 曲靖 655000)

变压器套管CT试验方法

朱晓红

(云南电网公司曲靖供电局，云南 曲靖 655000)

变压器套管CT试验，利用常规试验方法——电压法由于变压器绕组电感的影响无法顺利完成。从电流互感器和变压器工作原理入手，通过对套管CT和变压器电磁感应理论分析，找出了一种简单、有效的方法，即对某一侧一相试验时，短路其他侧对应相，从而抵消变压器绕组电感的影响。该方法经现场多次实践证明，是可行、准确、可靠的。

变压器套管CT；伏安特性试验；电磁感应；抵消；测试方法

0 引言

随着电力系统的不断发展和电力市场机制的引入，对继电保护正确动作率的要求也越来越高。通常情况下，对保护装置的可靠性、保护定值的正确性及二次回路的完好与接线正确性非常重视，而对于继电保护用电流互感器的现场校验不够重视。特别是主变套管CT，一方面对于220kV及以下的主变，主变保护取自断路器CT，主变套管CT主要用于录波、测量、计量等用途；另一方面，主变套管CT在结构上的特殊性，一旦安装后，再进行现场校验工作，技术实现难度也很大。主变套管CT现场校验工作也就往往被忽视。

规范对高压侧 (500kV侧)后备保护配置有一条：配置一段不带方向的零序反时限过流保护。采用IEC60255-4的标准反时限特性，动作后跳开变压器各侧断路器。采用套管CT，装置自产零序电流。这里就明确要求采用套管CT。而近两年来，由于电流互感器饱和导致的微机保护装置不正确动作事故时有发生且呈上升趋势，因此，主变套管CT现场测试也应引起基建调试、运行检验及其管理、监督等部门的高度重视。

1 电流互感器和变压器工作原理

1.1 电流互感器工作原理

一次电流I1流过一次绕组，建立一次磁动势I1W1。磁动势I1W1产生磁通Φ1，磁通Φ1在二次绕组感应出二次电流I2，二次电流I2建立磁动势I2W2，磁动势I2W2产生磁通 Φ2。Φ2与 Φ1方向相反，起去磁作用，力图减小Φ1的变化。忽略励磁电流，式 (1)成立。

图1为电流互感器结构示意图。

1.2 变压器工作原理

如图2。变压器是基于电磁感应原理而工作的。闭合的铁芯上绕有两个互相绝缘的绕组。其中接入电源的一侧叫一次绕组，输出电能的一侧叫二次绕组。当交流电源电压u1加到一次绕组后，就有交流电流i1通过该绕组并在铁芯中产生交变磁通Φ。这个交变磁通不仅穿过一次绕组，同时也穿过二次绕组，两个绕组中将分别产生感应电势e1和e2。如式 (2)和式 (3)。

图1 电流互感器结构示意图

如果忽略漏磁通的影响并且不考虑绕组上电阻的压降时，可认为一次、二次绕组上电动势的有效值近似等于一次、二次绕组上电压的有效值，即

K称为变压器的变比，若改变变压器一次、二次绕组的匝数，就能把某一数值的交流电压变为同一频率的另一数值的交流电压。

图2 变压器结构示意图

1.3 电流互感器和变压器的对比

从以上分析可以看出，电流互感器，其工作原理与变压器基本相同，不同点仅在于铁芯内产生交变主磁通的电流来源不同，前者是由与之串联的高压回路电流通过其一次绕组产生的，而后者为由作用于一次绕组两端的交流电压产生的电流建立的。

2 电流互感器 (CT)试验方法

电压法CT试验接线示意图如图3所示，在CT一次侧两端 (L1、L2)接毫伏表，在CT二次侧两端 (K1、K2)接伏安特性试验仪。试验中伏安特性试验仪的作用相当于调压器，输出交流电压，输出容量为1 000 V×10 A或者500 V×10 A。试验时，CT一次侧开路，二次侧加交流电压。为了减少变电站电磁干扰，试验用连接导线采用抗干扰性能良好的同轴测试电缆。

图3 电压法CT试验等效图

图3 中，Z′1为折算到二次侧的一次漏抗，Z2为二次漏抗，Z′e为折算到二次侧的励磁阻抗。I′e为折算到二次侧的励磁电流。

CT变比测试：

由等效图并结合上述变压器原理可以看出，CT一次侧开路，在CT二次侧两端 (K1、K2)施加交流电压U2，产生交流电流I1，交流电流I2在铁芯中产生交变的磁通Φ，磁通Φ在CT一次侧两端 (L1、L2)感应出U′1。根据式 (4)可知，U2与U′1之比即为CT的变比。

以一组1000/5的CT现场数据为例：CT二次侧施加 109.5 V的电压时，CT一次侧电压为550.1 mV，此时二次线圈励磁电流为257 mA，而此CT二次线圈漏抗约为1Ω，二次线圈的压降为0.257V，可忽略不计。CT的变比N=109.5 V/ 550.1 mV=199.1。

CT伏安特性试验：

当一次系统故障，电流互感器一次电流通常比正常运行时的电流大的多，因此，电流互感器的误差也会扩大。为了使继电保护装置能够正确反应一次系统状况而正确动作，要求电流互感器的变比误差小于或等于10%。不论是一次电流加大，还是二次负载阻抗增加，其结果都会引起电流互感器感应电动势的升高，从而扩大误差。在电流互感器10%误差允许范围内，一次电流和二次负载是相互制约的。作为电流互感器一个重要特征参数，10%误差曲线本应由制造厂家提供，但往往厂家不提供该特性曲线，所以必须通过现场测试互感器的伏安特性曲线，由伏安特性曲线经计算求得10%误差曲线。

与变比测试相同，CT一次侧开路，二次侧与负载断开。从二次侧施加交流电压U2，产生交流电流I2，励磁电流I′e与I2相等，由此，得到一组U2-I′e数据，此组数据即可绘制伏安特性曲线。并由此组数据计算10%误差曲线，进行CT二次负载的校核。

除了绘制10%误差曲线来进行现场校核外，还有一种更为简便、有效的方法，即利用伏安特性试验得到的拐点电压进行校核。下面对这种方法进行阐述说明。

当二次回路所带负载为额定阻抗ZH，并且一次电流达额定电流的标称准确限值倍数M倍时，电流互感器处于极限饱和边缘，即一、二次间的复合误差刚好能维持在误差区别 (如5P30中的5)为5%以下，也就是说此时二次也刚好维持有30×1=30 A(二次额定电流为1 A)的电流数值，此时的二次回路极限电动势E0等于回路极限电压降U0，即：

式中Km——允许误差时的电流倍数；I2N——电流互感器二次额定电流；ZH——电流互感器二次额定负载阻抗；Z——电流互感器内部阻抗。

显然，电流互感器的二次回路极限电动势越高，则饱和特性越好，对避免二次电流的失真越有利。对于确定的电流互感器来说，回路极限电动势E0是个常数，但实际准确限值电流倍数KX却随实际的二次回路阻抗 ZX按反比规律变化，即：

伏安特性曲线中的拐点电压Ug就是二次回路极限电压降 U0，则实际准确限制电流倍数KX为

利用式 (7)，计算出实际允许故障电流倍数，与实际可能出现的最大短路电流倍数比较，就能判定电流互感器是否满足误差要求。

3 变压器套管CT试验

3.1 问题分析

如图6所示，主变高压侧套管CT试验，从套管CT二次侧施加交流电压，如前述，将在套管CT一次侧感应出电压U，电压U产生突变电流I流过主变高压侧绕组，产生交变的磁通Φ，在主变高压侧绕组中将产生感应电动势eL。此电势的大小与磁通Φ变化的快慢有关 (式 (2))，方向与电压U相反，力图在高压侧绕组中产生一电流，使此电流产生磁通来抵消线圈中磁通的变化。由于变压器铁芯的作用，电感大大增强，即单位电流产生的磁通链剧增，从而使eL更高。eL对U是抵消作用，eL越高，影响越大，导致主变套管CT试验不能顺利进行。

图4 变压器套管CT试验原理图

3.2 主变套管CT试验方法

以系统内常见的接线方式为YN/Yn/△-11的变压器为例。如何减小甚至完全补偿eL，消除对变压器高压侧绕组电压U的影响，是确保套管CT试验的关键点。为了便于说明问题，将回到变压器工作原理和电流互感器的工作原理上进行分析。

图2中，u1(和图6中的U对应)的作用产生i1，i1建立磁势，并产生磁通。磁通感生出一次感应电动势e1(和图6中的eL对应)和二次感应电动势e2。可见，出现一次感应电动势e1(即图6中的eL)的根本原因在于出现了一次电流i1。减小和补偿一次电流i1，就能消除对套管CT试验的影响。

二次感应电动势e2会产生二次电流i2，二次电流i2会建立磁势，产生去磁作用的Φ2(见图1)，由于Φ2的去磁作用，可补偿和消除i1。至此，可以看出，如何产生一个大小合适的二次电流i2是解决问题的关键所在。图1中电流互感器的工作原理和式 (1)表明，二次负载Z足够小(短路)，即可产生大小合适的二次电流i2，足以抵消一次电流i2(e1)的影响。

图5是试验方案实施原理图。对高压侧A相套管CT试验时，中压侧A相套管CT短路至中性点套管CT，低压侧为△接线，三相套管CT短路。

图5 试验方案实施原理图

3.3 自耦变压器套管CT试验方案改进

自耦变压器的一、二次绕组除了有磁的联系，还有电的联系。一、二次绕组有较大部分是共用的，流过共用绕组部分的一、二次电流很大部分将在绕组中抵消，有较小部分通过共用绕组。自耦变压器一、二次绕组电气上直接相连，一、二次之间的零序电流和过电压无法相互隔离，为防止一次 (高压)侧发生单相接地时，引起二次(中压)侧过电压，通常将自耦变压器的中性点直接接地。

图6 自耦变压器试验方案实施原理图

图6 中，自耦变压器高压侧A相套管CT试验时，将在A相高压侧绕组上产生电流I1，若按图6短路接线，I1将有很大一部分电流直接从短路线流过，直接流入大地，而未流经中压侧绕组，流经中压侧绕组的只是其中很小一部分，这部分电流产生的磁通不能很好地补偿I1产生的感应电动势e1。解决这个问题的方法是在进行试验时，拆除中性点直接接地的连扳 (如图6红叉所示)。

表1、表2是运用文中介绍的方法对某500 kV变电站#1主变 (自耦变压器)高压侧A相套管CT(型号LRB-500)进行测试得到的数据，测试过程较为顺利，测试数据也很良好。

表1 套管CT基本参数列表

表2 套管CT伏安特性测试数据

套管CT二次线圈漏抗12 Ω，二次负载阻抗1.5 Ω，饱和点电压1 813.9V代入式 (7)，可得允许故障电流倍数KX=1 813.9 V/1 A×(12 Ω+ 1.5 Ω)≈在134，KX是的四倍还多，可以判断套管CT满足误差要求。

4 结束语

主变套管CT试验，从电流互感器和变压器工作原理入手，通过对套管CT和变压器电磁感应理论分析，找出了一种简单、有效的方法，即对某一侧一相试验时，短路其他侧对应相，从而抵消变压器绕组电感的影响。经现场多次测试证明，该方法是可行的，而且测试数据准确、可靠，具有很好的推广价值。

[1] 郭耀珠，石光等.保护用电流互感器10%误差曲线现场测试及其二次负载校核 [J].电力系统保护与控制，2008，(23)：102-108.

[2] 陈亦平，穆国平等.电压法测变压器套管CT变比 [J].电力系统保护与控制，2010，(2)：122-130.

[3] 国家电力调度中心.国家电网公司继电保护培训教材[M].北京：中国电力出版社，2009.

[4] 国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答(第二版)[M].北京：中国电力出版社，2000.

Research on Test Methods of the Sleeve-type Current Transformer

ZHU Xiaohong
(Qujing Power Supply Bureau，Qujing，Yunnan 655000)

Through the theoretical analysis on the bushing CT and the electromagnetic induction of transformer，a simple and effective mean were found from the operating principle of the current transformer and transformer，which was making other sides'corresponding phase short-circuited，thus canceling out the influence of the transformer winding inductance when one side's one-phase test was operated.This method has been proved by the field practice for many times to be practicable，accurate and reliable.

sleeve-type current transformer；V-A character measurement；electromagnetic induction；counteraxt；method of measurement

TM41

B

1006-7345(2014)05-0092-04

2014-08-23

朱晓红 (1978)，男，硕士，工程师，云南电网公司曲靖供电局，从事继电保护专业工作 (e-mail)13769887755＠163.com。