一起500 kV HGIS电流互感器误差超差问题分析

钱星榕，丁 苏

(福建省送变电工程公司，福建 福州 350013)

一起500 kV HGIS电流互感器误差超差问题分析

钱星榕，丁 苏

(福建省送变电工程公司，福建 福州 350013)

在500 kV HGIS组合电器交接试验过程中，发现电流互感器误差测量结果异常。通过对误差原因的判断和测试分析，发现支撑HGIS壳体的金属连接支架形成环绕铁芯的回路，且回路经过HGIS构架接地，并通过接地线形成闭合环路，造成电流互感器误差严重超差。对此类故障进行了详细的分析总结，具有典型的指导意义。

HGIS；电流互感器；组合电器；超差

0 引言

电流互感器是一次系统和二次系统电流间的联络元件，它将一次回路的大电流转换为小电流，供给测量仪表和保护装置使用。电流是反映系统故障的重要电气量，而保护装置通过电流互感器间接反映一次电流，因此电流互感器的性能直接决定保护装置能否正常运行。然而互感器本身和其运行使用条件决定其存在不可避免的误差。下文对一起典型的电流互感器误差超差进行分析，并结合实际工作阐述了误差带来的影响，以便在工作中加强重视，并做出正确的分析。

1 发生过程

厦门海沧500 kV变电所500 kV HGIS电器设备采用河南平高东芝高压开关有限公司生产的HGIS组合电器，型号为GSR-500R2B。设备整合了断路器、电流互感器、隔离刀闸、接地刀闸等一次设备。在进行交接试验时，要求对电流互感器进行变比比差和角差试验。由于其结构同常规的单体设备不同，造成了交接试验HGIS中电流互感器变比试验一次接线的不同。试验时一次电流接线试验回路如图1所示，试验大电流线从两侧的地刀处接入，合上开关及两侧的地刀构成回路。

测试时发现各相数据基本相似，比差最大达到-4.56 %，角差达到-153′。表1是对500 kV 5011 A相其中的一个测量绕组实测的一组数据表。

图1 HGIS CT试验回路

表1 处理前500 kV 5011 A相7 S绕组的检定数据

从表1所得的数据分析可知，被测试电流互感器误差大于0.2 S级误差限级标准，且所有的数据呈现负误差，不满足设计要求，即电流互感器应具有的规定的准确度等级。

2 原因调查分析

一般为满足设计要求，电流互感器应具有规定的准确度等级，出现误差超差的值也应基本满足误差曲线规律。从二次绕组绝缘不良，绕组存在短路匝、磁路原因，其他外部原因等几个方面对其进行分析。

2.1 二次绕组绝缘不良

电流互感器的绕组绝缘不好可能造成一次或二次绕组上有分流支路，因为电流互感器二次所接负载都是低阻的，其等值阻抗欧姆数量级很小。所以二次绕组的绝缘(包括匝间、层间和首末端间)要降低到欧姆数量级，才能极大地影响到电流互感器的测量结果。试验前进行绝缘测试，一次对地绝缘大于10 000 MΩ，二次对其他绕组及地的绝缘大于10 000 MΩ，试验连线后一次对地总的绝缘大于200 MΩ，一二次回路中不存在分流支路。

2.2 电流互感器的二次绕组存在匝间短路

电流互感器结构原理如图2所示。

图2 电流互感器结构原理

根据全电流定律，若不考虑漏磁，则有

∮H·dl=∑IW=I1W1+I2W2(1)

如果二次绕组存在匝间短路，则W2减小，电流I2增大，所得的结果应该是误差呈现正误差，显然与测试所得的结果不符。随后进行了伏安特性试验，数据与出厂相符，未发现有匝间短路问题。

2.3 磁路原因

一次导体产生的磁通不能全部通过电流互感器铁芯，存在较大漏磁通，会造成测量不准确。铁芯存在剩磁现象会使铁的磁导率下降，从而造成互感器的原始误差增大，即比值差偏负，相位差偏正。一般的0.2级电流互感器经过充磁后产生的误差曲线，偏移不会超过0.5 %。而实测的误差大大超过0.5 %，在试验中反复退磁后试验结果差别不大。

由式(1)可知，如果一次绕组产生的磁通没有完全经过铁芯，即存在较大的漏磁通也会产生误差，经现场判断套管式电流互感器的一次布置采用非导磁材料，通常电流互感器铁芯由高导磁材料组成闭合回路，发生漏磁的情况可以忽略。

500 kV HGIS采用外置式电流互感器，并在外侧加有外罩，厂家一次设计时已经充分考虑到外罩对铁芯可能形成一个短路环，专门设置绝缘区形成断开点。经现场观察发现虽然设置了绝缘区，但厂方的现场安装人员在架设电流互感器二次回路电缆桥架时，为方便桥架的固定，利用绝缘区上的螺栓安装一块角铁用以固定电缆铝合金桥架，桥架与地相同形成闭合回路，如图3所示。根据全电流定律，由图3可得∮H·dl＝∑IW＝I1W1+I2W2+I3W3，因此可以判断短路环对主磁通有分流作用，可使在二次绕组上感应的电流I2减小，从而产生负误差。

图3 HGIS电流互感器电流磁路

其相应的电流互感器等值电路如图4所示。

图4 电流互感器等值电路

图4中，Ip，Ie为归算到电流互感器二次侧的一次电流和励磁电流；Is，Id为电流互感器的二次电流及短路环中的电流；Zp，Ze为归算到电流互感器二次侧的一次阻抗和励磁阻抗；Zct，Zr为电流互感器的二次绕组阻抗和负载阻抗。

根据比值差的定义，电流互感器由于实际变比与额定变比不相等，在测量电流时产生数值误差是不可避免的，正常时误差由励磁电流Ie造成。由此可推算出电流互感器的比值误差为：

厂家的外装式电流互感器线圈的出厂试验在安装前单独进行，表2是500 kV 5011 A相7S绕组的检定数据。

表2 500 kV 5011 A相7S绕组的出厂检定数据

由图4可知，励磁电流Ie由于存在短路环电流Id产生误差。将出厂数据同处理前的数据相比较可以得出，超差主要是由短路环中流经的电流Id造成的，且比值差为负误差。

原因确认后，拆除电缆桥架与绝缘区的连接角铁，然后再对500 kV 5011 A相进行测试，结果如表3所示。

表3 处理后500 kV 5011 A相7S绕组的检定数据

从表3中的数据可知，测试结果符合电流互感器的检定限级标准要求，并与厂家出厂数据相符。

3 结束语

通过以上分析，HGIS电流互感器测量不准确除了要检查内部原因外，还要检查互感器外部是否有闭合回路。因此在安装中为了使HGIS能够长期正常运行，必须采取有效措施予以预防。由于电流互感器组件较重，制造厂在断路器和电流互感器之间增加支撑架时，支撑架也要采取绝缘措施。电流互感器外罩和HGIS构架相碰也能形成短路，因而必须采取绝缘措施。由于断路器合跳闸振动，绝缘环会出现串动而造成绝缘破坏，因此绝缘环和绝缘垫应加工成一体，并尽可能采用机械强度更高的绝缘材料。同时，建议制造厂严格生产工艺，严格产品质量把关，切实有效地防止类似事故的发生。

1 GB 50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S].

2 姚 钰.高桥220 kV变电站GIS配电装置浅析[J].宁夏电力，2007(6).

3 杨仕友.变电站中的GIS电器设备[J].中国高新技术企业，2007(8).

4 郑泽鸿.GIS变电站几个应予注意的问题[J].广东输电与变电技术，2007(2).

5 罗学琛.SF6气体绝缘全封闭组合电器[M].北京：中国电力出版社，1999.

6 李建基.高压开关设备实用技术[M].北京：中国电力出版社，2005.

2013-09-13。

钱星榕(1961-)， 男，工程师，主要从事电气试验工作。

丁 苏(1979-)，男，工程师，主要从事电气高压试验工作。