并网电厂发电机出口侧大电流互感器现场误差校验技术研究

包玉树 胡永建 孙和泰 李军 黄亚龙 吴剑 陈江洪

1.江苏方天电力技术有限公司，江苏南京210000，2.武汉磐电科技有限公司，湖北武汉 430058

关键字：大电流互感器；发电机出口；误差；现场校验；升流器

一、引言

随着电力改革9号文件[1]的出台及6个配套文件[2-7]的下发，同时关于云、贵两省开展电改综合试点的批复，京、广两地组建电力交易中心，标志着新电改建章立制、顶层设计初步完成，正式进入实际操作阶段。面对电力市场需求的普遍过剩，发电企业如何主动借力新电改，趋利避害，挖潜商机，转型发展，实现“变革再平衡”，成为“十三五”期间的一个重大课题。针对目前普遍存在的一些现实问题适时开展对发电机出口大电流互感器现场误差智能校验技术研究也就很有必要且势在必行。

目前国内在进行发电机出口大电流互感器现场误差校验时主要有三种方法：

（1）小电流外推法，即在小电流的情况下，通过增大电流互感器负载的方法来仿真电流互感器大电流下的工作磁通，再用负荷外推的方式对误差进行仿真推算；

（2）小电压法测量计算法，即在电流互感器二次施加小电压，测量其参数，根据电流互感器的数学模型和误差表达式，计算电流互感器的误差；

（3）等安匝法，依据在不改变其他参数前提下，改变一次匝数并保持一次安匝数不变的理论原理，在被校试品铁芯磁势额定安匝数不变条件下，通过改变被测试品一次绕组匝数，降低一次电流大小，测量电流互感器的误差。

这三种方法均规避了对升流器、调压器和现场电源容量要求过大的问题，使现场试验所携带的设备体积大大缩小，重量减轻。第一、二种方法为间接试验方法，这两种方法均不能满足JJG1021-2007《电力互感器》检定规程的规定，不能得到大电流情况下的电流互感器真实误差，降低了试验数据的可靠性和真实性。使用等安匝法试验时，还需进行等安匝法影响量测量，增加了试验步骤，试验难度较大，对试验人员的要求较高。因此等安匝法也存在较大的局限性。

上述传统升流器方法以及间接试验方法均不能满足现场校验要求，因此急需开展适用于发电机出口侧大电流互感器现场校验技术的科技攻关研究。

本文在比较现有误差校验方法后，根据现场试验的特点，提出一套发电机出口侧大电流互感器现场校验系统及方案。采用升流器原边步进式补偿的方式，减小了对调压控制箱和现场电源的容量要求，解决发电机出口大电流互感器按规程校验现场电源无法实现、设备体积大、重量重等问题，实现了现场全电流校验，试验步骤简单，试验数据准确可靠。

二、系统方案和技术原理

本方案基于JJG1021-2007《电力互感器》国家检定规程要求[8]，依据比较测差法，在全电流进行升流校验，采用三相变单相的功率电力电子电源与电工电源串联的现代电力电子变流技术、步进式无功补偿技术、自动计算并调节的电容无功补偿技术、大容量升流器小型化设计技术，解决发电机出口大电流互感器按规程校验现场电源无法实现、设备体积大、重量重等问题，实现36000A及以下发电机出口大电流互感器现场智能校验。

三、系统的组成和功能

系统由电力电子电源与电工电源的复合电源、多组合升流器、自动无功补偿装置、标准电流互感器和电流互感器负荷箱组成，其原理框图如图1所示。

首先根据被试电流互感器参数选择多组合升流器的组合方式，再依据原理框图1要求接线后，开启功率电子电源与电工电源的复合电源，复合电源先输出不超过5%额定电流，再测量检定系统一次回路的参数，包括一次电压、一次电流的相位和幅值等参量，再自动计算校验系统的最佳补偿量和补偿方式，然后控制自动无功补偿装置按照所计算的补偿量和补偿方式投切无功补偿，达到最佳补偿效果后，电源再控制按照一定速率升流，升流过程过复合电源实时控制自动无功补偿装置投切补偿，使得系统处于最佳补偿状态，复合电源输出的电流再经过多组合升流器的升流，向标准电流互感器和发电机出口大电流互感器输入检定电流，标准电流互感器和发电机出口大电流互感器的差流信号和百分表信号传送到复合电源，复合电源计算并记录出JJG1021-2007规程要求的各检定点的比差和角差。当系统升流至规程规定的最大检定点后，复合电源按照一定速率降压，并记录下降过程各检定点的误差，输出电压降为0后，将自动无功补偿装置电容全部切出，关闭复合电源，试验结束。

1、三相输入单相输出的功率电力电子电源

该装置是一个容量为150kVA的功率电力电子电源，它将三相380V交流电源通过整流变成直流，然后逆变成0～300V的交流，通过这种AC-DC-AC转换过程，实现了三相交流电源输入单相交流电源输出。对于大功率电源，这种方式有效的降低了系统三相电源输出的电流，提高了电源利用率，保证供电系统三相输出电流基本平衡，避免供电系统单相大电流输出导致的三相不平衡造成的保护性关断。带有校验仪功能，能实现发电机出口大电流互感器现场全自动校验。

2、功率电力电子电源与电工式电源的组合电源

该装置在功率电力电子电源交流输出回路中串联了一个小功率的程控电工电源（15kVA）。在小功率电源输出的情况下，复合电源控制功率电力电子电源输出为零，输出功率为程控电工式电源输出；大功率电源输出的情况下，复合电源将程控电工式电源输出调至为零，输出功率为功率电力电子电源输出。这样就保证了复合电源在全功率范围内输出的电源波形好、输出电流稳定性高，实现全电流范围内校验点的精准快速定位。

3、多组合升流器

多组合升流器容量为36000A/24V，用以满足现场大电流升流的需要，能够对Z=(0.1+j0.64)MΩ负载升流至36000A。该装置采用母排式设计，现在使用时无需穿心，操作简单，可减小试验的劳动强度，提高试验效率。

4、自动无功补偿装置

自动无功补偿装置设置在升流器的二次，即升流器的电源侧，可大大减小对现场电源容量的需求，减小调压电源的体积和重量。补偿装置采用8组电容器，最小补偿细度为3.125kVA，0VA～796.875VA一共构成256种步进式无功补偿。

四、系统测试

该检定系统在设计和实现的过程，经过了多次方案改进，于2017年05月研制成功并完成实验室验证，使用该系统对30000A电流互感器进行误差校验。复合电源找了最佳补偿方式，补偿功率因素达0.97，被试电流互感器10VA满载的试验结果如表1所示，该系统准确高效的完成了30000A电流互感器的误差检定。

表1 30000A电流互感器误差数据表

五、结束语

发电机出口侧大电流互感器现场误差智能校验装置采用三相变单相的功率电力电子电源与电工电源串联的现代电力电子变流技术、自动计算并调节的电容无功补偿技术、大容量升流器小型化设计技术、步进式无功补偿技术，大大减小现场电源及升流设备的容量和体积，可实现分散的校验设备集成化、小型化和车载化，提高现场校验能力和工作效率,降低人力物力成本，解决现场不能对发电机出口大电流互感器按照检定规程进行校验的难题，具有广泛的经济意义和社会意义，建议推广应用。