特高壓電流互感器

1、1 概述750kV電壓等級的輸變電示范工程官廳蘭州東線路，于2005年開始投運(yùn)，目前已運(yùn)行三周年，電流互感器一直沒有校準(zhǔn)?，F(xiàn)在，又相繼建成設(shè)了官廳西寧、蘭州東銀川等10余條750kV的輸變電線路。特高壓變電站GIS主回路中電流互感器的現(xiàn)場檢定試驗(yàn)引起西北網(wǎng)公司的重視。750kV特高壓變電站設(shè)備主要采用氣體絕緣封閉式組合電器GIS或HGIS。在進(jìn)行GIS主回路中電流互感器的現(xiàn)場檢定試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)回路較長，所用調(diào)壓器和升流器的容量很多。大電流升流問題成為電流互感器現(xiàn)場校準(zhǔn)難題。此前國際上一直沒有成功地完成過此項(xiàng)現(xiàn)場全電流試驗(yàn)工作的報(bào)道。用串聯(lián)補(bǔ)償?shù)姆椒p小升流器的容量，在390m的回路上電流成功地升

2、至4600A，完成蘭州東750kV變電站電流互感器的首次全電流計(jì)量檢定工作。2 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)SD109電能計(jì)量裝置檢驗(yàn)規(guī)程JJG10212007電力互感器電能計(jì)量裝置現(xiàn)場檢驗(yàn)作業(yè)指導(dǎo)書3 主要參數(shù)電流互感器參數(shù)電流互感器的額定電流比為4000/1、2000/1（抽頭），準(zhǔn)確度等級為0.2S級/0.5級，額定負(fù)荷為20VA/30VA，額定電壓為800kV，絕緣水平為830kV(1min工頻耐受電壓)、1550kV（操作沖擊）和2100kV（雷電沖擊），額定短時(shí)耐受電流為50kA（2秒），SF6氣體額定壓力為0.5MPa。被檢電流互感器的安裝

3、位置及編號如表1-1所示。表1-1 被檢CT的安裝位置及編號A3：1730569A5：1730571（0.2S級）A6：1732025（0.5級）B3：1730573B5：1730580（0.2S級）B6：1732023（0.5級）C3：1730572C5：1730575（0.2S級）C6：1732024（0.5級）回路參數(shù)蘭州東750kV變電站內(nèi)需要進(jìn)行現(xiàn)場校驗(yàn)的電流互感器位于750kV側(cè)蘭州東官亭線的第一串，變電站內(nèi)的750kV側(cè)均采用GIS管道的形式主接線采用3/2接線方式。電流互感器分布位置見圖1。圖1 電流互感器分布結(jié)構(gòu)圖其中：CB為斷路器，DS為隔離開關(guān)。從圖1可以看出，要進(jìn)行全電

4、流下電流互感器的誤差校驗(yàn)試驗(yàn)，給電流互感器的一次側(cè)通入4800A的大電流，只能利用GIS管道內(nèi)的大電流母線將大電流注入被檢電流互感器的一次側(cè)?？窟M(jìn)、出線高壓套管上的母線接頭將相鄰兩相GIS管道內(nèi)的大電流母線對接起來構(gòu)成試驗(yàn)回路，對此試驗(yàn)回路注入大電流，此電流也就是流過被檢電流互感器的一次電流，從而解決了被檢電流互感器一次側(cè)的通流問題。從線路側(cè)到變壓器側(cè)長度160m，高壓絕緣套管高15m，加上大電流引線及返回導(dǎo)體，回路長度共390m。GIS回路示意圖見圖2。 圖2 GIS回路示意圖GIS管道外殼的外徑為1.6m；GIS管道內(nèi)的大電流母線外徑為0.192m，壁厚12mm。供電電源情況在線路側(cè)60m

5、遠(yuǎn)處有一施工用10kV變壓器，容量600kVA。需要解決得問題在全電流工況下，對大回路GIS管道內(nèi)電流互感器進(jìn)行現(xiàn)場校驗(yàn)，需要研究解決以下問題：1、選擇試驗(yàn)回路和及返回導(dǎo)體；2、計(jì)算回路電氣參數(shù)；3、確定電容補(bǔ)償方案；4、研究回路的交流電阻與直流電阻的差異；5、研究采用無功補(bǔ)償對降低電源容量要求的作用；6、升流設(shè)備的選型方法；7、驗(yàn)證多臺調(diào)壓器并聯(lián)運(yùn)行的可行性；8、驗(yàn)證多臺升流器原邊并聯(lián)、副邊串聯(lián)運(yùn)行的可行性。4 試驗(yàn)回路及返回導(dǎo)體的選擇4.1 接地開關(guān)作返回導(dǎo)體GIS開關(guān)部分的電氣主接線如圖3所示，其中：CB為斷路器，DS為隔離開關(guān)，ES為接地開關(guān)，CT為電流互感器。斷路器在GIS罐體內(nèi)部的

6、中間位置，罐體內(nèi)的兩端分別是隔離開關(guān)和接地開關(guān)，斷路器和隔離開關(guān)之間是用GIS大電流母線進(jìn)行連接，被試的電流互感器就套在斷路器和隔離開關(guān)的連接母線上。整個(gè)GIS開關(guān)部分的總長度不超過20m。圖3 GIS開關(guān)的電氣主接線圖在利用接地開關(guān)構(gòu)成的試驗(yàn)回路中，用大電流多股編織導(dǎo)線作為返回導(dǎo)體將GIS兩端的接地開關(guān)連接起來構(gòu)成閉合回路。為了滿足4000A的通流要求，按照4A/mm2的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算，大電流多股編織導(dǎo)線的截面積為1000mm2。GIS開關(guān)部分的長度，加上大電流多股編織導(dǎo)線的長度為20m，整個(gè)回路的總長度不超過40m。可見，用接地開關(guān)作返回導(dǎo)體，能大大減小試驗(yàn)回路的長度，這不僅簡化了試驗(yàn)回路的

7、接線，減小了試驗(yàn)的工作量，還減小了試驗(yàn)回路的負(fù)載阻抗，從而減小了電源容量，節(jié)省了采購試驗(yàn)設(shè)備的開支。但是，由于接地開關(guān)在設(shè)計(jì)時(shí)只考慮50kA/2s的動(dòng)熱穩(wěn)定性能，并沒有考慮持續(xù)通過4000A大電流的情況。從開關(guān)廠技術(shù)人員及監(jiān)造人員處了解到，接地開關(guān)接地部分的直徑只有約2cm，如果持續(xù)通過4000A的試驗(yàn)電流，有可能會(huì)造成接地開關(guān)甚至是GIS母線的熱損傷。4.2 GIS管道外殼作返回導(dǎo)體從官亭線路側(cè)的進(jìn)線套管到主變側(cè)的出線套管的GIS電氣主接線如圖4所示，其中：CB為斷路器，DS為隔離開關(guān)，CT為電流互感器。兩個(gè)隔離開關(guān)之間為GIS開關(guān)部分，長度大概為20m。進(jìn)線套管到隔離開關(guān)之間以及隔離開關(guān)到

8、出線套管之間是GIS大電流母線部分。每一相GIS管道的總長度為160m。線路側(cè)套管和變壓器側(cè)套管的高度均為15m（距地面高度18m）。圖4 線路側(cè)套管和變壓器側(cè)的GIS示意圖利用外殼作返回導(dǎo)體，只需要用兩根長15m、截面積為1000mm2的大電流多股編織導(dǎo)線分別將進(jìn)線套管和出線套管頂部的GIS母線接頭與各自套管底部的GIS外殼連接起來，就可以構(gòu)成試驗(yàn)回路。忽略大電流多股編織導(dǎo)線和套管內(nèi)母線的影響，只考慮GIS管道部分，可以將GIS管道部分等效為同軸電纜。GIS管道部分如圖5所示，其中：r1是母線半徑，為0.096m；r2是外殼半徑，為0.7m；l是回路長度，為160m。圖5 GIS管道示意圖根

9、據(jù)同軸電纜的電感計(jì)算公式： （2-1）式（2-1）中：r1是母線半徑；r2是外殼半徑；l是回路長度。得：L=0.0717mH，ZL=L=22.5m由電阻計(jì)算公式： （2-2）代入r鋁=0.029Wmm2/m、l=160m、S6700mm2，可以計(jì)算出GIS管道內(nèi)大電流母線的電阻為：R=0.69m。根據(jù)上面的計(jì)算，用GIS外殼作返回導(dǎo)體時(shí)，回路的感抗不大，而且GIS管道內(nèi)大電流母線的電阻也非常小。但是，GIS外殼采用的一般都是電阻率較低的材料，而且GIS外殼之間連接的接頭太多，接觸電阻過大，因此GIS外殼的電阻可能會(huì)很大。更重要的是，GIS外殼在設(shè)計(jì)時(shí)并沒有考慮持續(xù)流過4000A大電流的情況，若

10、作為返回導(dǎo)體而持續(xù)流過4000A的大電流，可能會(huì)造成GIS外殼或外殼上設(shè)備的損壞。因此，用GIS外殼作返回導(dǎo)體也不可行。4.3 大電流多股編織導(dǎo)線作返回導(dǎo)體用大電流多股編織導(dǎo)線將進(jìn)線套管和出線套管頂部的母線接頭直接連接起來，構(gòu)成試驗(yàn)回路。大電流多股編織導(dǎo)線的截面積為1000mm2，長度為160m。為了盡量減小回路感抗，大電流多股編織導(dǎo)線要盡量靠近GIS大電流母線以減小回路面積。這時(shí)，可以將試驗(yàn)回路等效為長160m，寬0.7m，導(dǎo)線半徑為0.096m的單匝矩形，根據(jù)單匝矩形的電感計(jì)算公式： （2-3）式（2-3）中：a矩形的長度；b矩形的寬度；d；r0為圓形導(dǎo)線的半徑，且：r0<<a

11、，r0<<b。代入a160m，b0.7m，r0=0.096m，得：L0.1436mH；ZLwL45.1mWGIS管道內(nèi)大電流母線的電阻為：R=0.69m根據(jù)試驗(yàn)，長10m、截面積為250mm2的大電流多股編織導(dǎo)線電阻值為0.76m，那么，截面積為1000mm2大電流多股編織導(dǎo)線每米的電阻為0.019m。則長度為160m的這種大電流多股編織導(dǎo)線電阻為：R=160×0.019=3.04m故回路總電阻為：0.69+3.04=3.73m根據(jù)上面的計(jì)算，利用大電流多股編織導(dǎo)線作返回導(dǎo)體，雖然試驗(yàn)回路的感抗不算太大，但是回路的電阻已經(jīng)變大許多。而且，使用這種接線型式需要大量的大電流多

12、股編織導(dǎo)線，這大大增加了實(shí)驗(yàn)過程中接線的難度，操作的可行性低。4.4 相鄰的GIS母線作返回導(dǎo)體用大電流多股編織導(dǎo)線分別將相鄰兩相進(jìn)線套管和出線套管頂部的母線接頭對接，利用相鄰GIS管道內(nèi)的大電流母線作返回導(dǎo)體構(gòu)成回路。使用的大電流多股編織導(dǎo)線的截面積為1000mm2，總長度為30m。以下分別用三種方法計(jì)算這個(gè)試驗(yàn)回路的感抗：（1）.將回路等效為長160m，寬3m，的單匝矩形，則根據(jù)式（2-3），代入a160m，b3m，r0=0.096m，得：L0.2390mH；ZLwL75mW（2）.將回路等效為兩條長度為160m，間距為3m，導(dǎo)線半徑為0.096m的平行長線，根據(jù)平行長線的電感計(jì)算公式：

13、（2-4）式（2-4）中：l導(dǎo)線的長度；R導(dǎo)線的半徑；D導(dǎo)線軸間的距離，RD，Dl。代入l160m，R0.096m，D3m，得：L0.2362mH；ZLwL74.2mW（3）.按經(jīng)驗(yàn)公式2H/m計(jì)算，得：L0.32mH；ZLwL100.5mW通過比較（1）、（2）和（3）的計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，（1）和（2）得到的回路感抗計(jì)算結(jié)果基本一致，而（3）的感抗計(jì)算結(jié)果與（1）、（2）相比，偏差較大。整個(gè)回路的電阻由GIS大電流母線電阻和大電流多股編織導(dǎo)線電阻兩部分組成。大電流母線電阻為2×0.69=1.38mW，大電流多股編織導(dǎo)線電阻為30×0.019=0.57mW，回路總電阻為：R=1

14、.95mW根據(jù)上面的計(jì)算，利用相鄰相的GIS母線作返回導(dǎo)體，其回路感抗較大，而且回路的電阻也不小。但是，使用這種接線方式，可操作性強(qiáng)，試驗(yàn)接線也相對簡單。4.6小結(jié)1 利用接地開關(guān)作返回導(dǎo)體，雖然能大大簡化試驗(yàn)回路，而且試驗(yàn)操作簡單，但是有可能會(huì)造成接地開關(guān)和GIS母線的損壞。2 利用GIS外殼作返回導(dǎo)體，回路的電阻增大，同樣也有可能會(huì)造成GIS外殼和外殼上設(shè)備的損壞。3 利用大電流多股編織導(dǎo)線作返回導(dǎo)體，回路感抗小，但工作量大，費(fèi)用高。4 用相鄰GIS的大電流母線作返回導(dǎo)體，其回路電阻較小。工作量小，可操作性強(qiáng)。而回路感抗可以補(bǔ)償。5 計(jì)算電阻值為直流電阻值。因此，最終選擇用相鄰GIS的大電

15、流母線作返回導(dǎo)體。根據(jù)計(jì)算，用相鄰GIS的大電流母線做返回導(dǎo)體時(shí)，整個(gè)回路的感抗為75mW，電阻為1.95mW，總阻抗為75.03mW。5 無功補(bǔ)償方案的提出在進(jìn)行電流互感器的大電流誤差現(xiàn)場檢定試驗(yàn)時(shí)，一般采用調(diào)壓器輸出端接升流器輸入端、升流器輸出端接試驗(yàn)回路的方法進(jìn)行大電流升流，試驗(yàn)原理如圖6所示，其中：YT為升流器，ST為升流器，R為回路的等效電阻，ZL為回路的等效感抗。圖6 調(diào)壓器升流器升流原理圖用相鄰GIS的大電流母線作返回導(dǎo)體時(shí)，根據(jù)計(jì)算的回路負(fù)載，有：R=8(mW)；ZL=75(mW)；Z=8+j75(mW)當(dāng)回路中需要流過4800A的電流時(shí)，回路消耗的復(fù)功率為：P+jQ=184+

16、j1728（kVA）可以看出，由于回路的感抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于回路的電阻，回路電阻消耗的有功功率只有184kVA，而回路消耗的無功功率為1728kVA，有功功率只占無功功率的11%。如果按照這種方式升流，在不考慮線路損耗以及調(diào)壓器和升流器自身損耗的情況下，需要的調(diào)壓器和升流器的容量為1740kVA。這對調(diào)壓器、升流器來說幾乎是不可能達(dá)到的要求，而且變電站內(nèi)也無法提供如此巨大的電源容量。根據(jù)回路感抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電阻的特點(diǎn)，利用并聯(lián)電容或者串聯(lián)電容的方法進(jìn)行無功補(bǔ)償，當(dāng)電容量的大小調(diào)節(jié)達(dá)到諧振時(shí)，能夠使得感性無功和容性無功互相平衡，從而能夠大大降低對電源、調(diào)壓器以及升流器的容量要求。在回路中通過4800A電流時(shí)

17、，如果并聯(lián)或串聯(lián)電容的容性無功能將回路中1728kVA的感性無功完全平衡掉，則電源和調(diào)壓器的容量要求將會(huì)從1740kVA降低至184kVA，降幅達(dá)89%，這對變電站內(nèi)的電源來說是可以接受的，對調(diào)壓器來說也是可以滿足要求的。同時(shí)，升流器的容量要求也會(huì)根據(jù)補(bǔ)償形式的不同而有不同的下降幅度。5.1 升流器原邊（輸入側(cè)）并聯(lián)補(bǔ)償電容在升流器原邊并聯(lián)電容器的試驗(yàn)原理如圖7所示，其中：YT為調(diào)壓器，ST為升流器，R為回路的等效電阻，ZL為回路的等效感抗，C為并聯(lián)補(bǔ)償電容。圖7 升流器原邊并聯(lián)電容器的原理圖采用這種電容補(bǔ)償形式，當(dāng)需要在回路中流過4800A電流時(shí)，由于并聯(lián)補(bǔ)償電容的容性無功與回路的感性無功相

18、平衡，使得電源容量和調(diào)壓器的容量只需要提供回路的有功消耗，其容量要求從1740kVA降低至184kVA。但是對于升流器來說，由于并聯(lián)補(bǔ)償電容在其原邊，對升流器副邊（輸出側(cè)）整個(gè)回路的感性無功無法進(jìn)行補(bǔ)償，因此，升流器的輸入容量仍然是1740kVA，當(dāng)然，升流器的輸出電壓也會(huì)很高。可見，在升流器原邊并聯(lián)補(bǔ)償電容，雖然減小了電源和調(diào)壓器的容量要求，但是對升流器并沒有補(bǔ)償作用，無法解決升流器容量要求太大的問題。即，在完全補(bǔ)償?shù)睦硐霠顟B(tài)下，供電電源和調(diào)壓器僅供給有功功率，而升流器需提供全部有功和無功容量。5.2 大電流回路并聯(lián)補(bǔ)償電容（電流諧振）在升流器副邊并聯(lián)電容器的試驗(yàn)原理如圖8所示，其中：YT為

19、調(diào)壓器，ST為升流器，R為回路的等效電阻，ZL為回路的等效感抗，C為并聯(lián)補(bǔ)償電容。圖8 升流器副邊并聯(lián)電容器的試驗(yàn)原理圖在升流器的副邊并聯(lián)補(bǔ)償電容，使得并聯(lián)電容消耗的容性無功無需通過升流器進(jìn)行能量傳遞，就可以直接和回路中的感性無功相抵消，這樣就能大大減小升流器的容量要求。在忽略線路損耗、調(diào)壓器以及升流器損耗的情況下，當(dāng)回路需要流過4800A大電流的時(shí)候，升流器的容量要求與調(diào)壓器和電源的容量要求一樣，只需要提供回路所需的有功功率，即184kVA，回路中消耗的1728kVA感性無功直接由并聯(lián)電容提供。通過進(jìn)一步計(jì)算，可以得到在流過4800A電流時(shí)，回路（或并聯(lián)補(bǔ)償電容）兩端的電壓為：4800

20、15;0.075=360（V）由于升流器的輸出電壓都不會(huì)很高，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，最多按12V考慮，如果要在回路兩端產(chǎn)生360V的電壓，升流器需要特殊設(shè)計(jì)?？梢?，在升流器副邊并聯(lián)電容，雖然能夠大大減小升流器的容量要求，解決了升流器容量要求太大的問題，但是卻無法解決回路兩端電壓太高的問題，這不僅會(huì)增大了試驗(yàn)設(shè)備的采購費(fèi)用，同時(shí)，也會(huì)使試驗(yàn)過程更加復(fù)雜（如多臺升流器并聯(lián)的問題），加大了試驗(yàn)操作的難度。5.3 電流回路串聯(lián)補(bǔ)償電容（電壓諧振）在升流器副邊串聯(lián)電容器的試驗(yàn)原理如圖9所示，其中：YT為調(diào)壓器，ST為升流器，R為回路的等效電阻，ZL為回路的等效感抗，C為串聯(lián)補(bǔ)償電容。圖9 升流器副邊串聯(lián)電容器的試驗(yàn)

21、原理圖在升流器的副邊串聯(lián)補(bǔ)償電容，也能使串聯(lián)電容器消耗的容性無功直接和回路中的感性無功相抵消，從而大大減小升流器的容量要求。在忽略線路損耗、調(diào)壓器以及升流器損耗的情況下，當(dāng)回路需要流過4800A大電流的時(shí)候，升流器的容量要求與調(diào)壓器和電源的容量要求一樣，只需要提供回路所需的有功功率，即184kVA，回路中消耗的1728kVA感性無功直接由串聯(lián)電容提供。通過進(jìn)一步計(jì)算，可以得到在流過4800A電流時(shí)，回路兩端的電壓為：當(dāng)串聯(lián)電容與回路電感發(fā)生諧振時(shí)，有：故：4800×0.008=38.4（V）可見，與在升流器副邊并聯(lián)電容相比，在升流器副邊串聯(lián)電容，不僅能大大減小升流器的容量要求，解決了

22、升流器容量要求太大的問題，而且由于串聯(lián)諧振的作用，還大大降低了回路兩端的電壓，解決了回路兩端電壓過高的問題。5.4 用阻抗變換器在大電流會(huì)路串聯(lián)補(bǔ)償電容（電壓諧振）但電容器容量較小時(shí)，可以利用阻抗變換器對回路進(jìn)行串聯(lián)電容補(bǔ)償，試驗(yàn)接線原理如圖10 所示，其中：YT為調(diào)壓器，ST為升流器，ZT為阻抗變換器（變比為k），C為補(bǔ)償電容，CT為標(biāo)準(zhǔn)電流互感器，R為標(biāo)準(zhǔn)電阻，Z為被測回路阻抗；U0為調(diào)壓器輸出電壓；為相位儀；V1、V2均為四位半有效值萬用表。圖10 補(bǔ)償情況下回路參數(shù)測量的試驗(yàn)原理圖阻抗變壓器的變比可通過一次側(cè)適當(dāng)更換匝數(shù)來改變，在阻抗變換器原邊加上的補(bǔ)償電容大小根據(jù)式（4-3）和（4-

23、4）計(jì)算得到： （4-3） （4-4）式（4-3）和（4-4）中：ZL阻抗變換器副邊的回路感抗；k阻抗變換器的變比；角頻率。帶補(bǔ)償電容的阻抗變換器可以用在回路阻抗Z較小，電流較大的電流回路中，但阻抗變換器的電壓較低。5.5 4種電容補(bǔ)償形式比較通過以上對返回導(dǎo)體選擇的分析，以及各種電容補(bǔ)償形式的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)比較，可以看出上述方法各有長短，可適用不同的電路情況：升流器原邊并聯(lián)電容器僅減小了調(diào)壓器的輸入容量，升流器仍需要按實(shí)際容量考慮：適用于大電流回路阻抗較小的回路；大電流回路是高壓回路及電流大于5000A的回路。升流器副邊并聯(lián)電容器并聯(lián)補(bǔ)償電流諧振電路，同時(shí)減小了調(diào)壓器和升流器的輸入容量，升流器（

24、電容）兩端電壓較高：適用于固定的試驗(yàn)場所，升流器輸出電壓較高而電流較小。升流器副邊串聯(lián)電容器同時(shí)減小了調(diào)壓器和升流器的輸入容量，電容器兩端電壓較高，升流器兩端電壓較低；適用于現(xiàn)場試驗(yàn)參數(shù)變化較大，需要多臺升流器串聯(lián)的回路。阻抗變換器帶電容在大電流會(huì)路串聯(lián)補(bǔ)償同時(shí)減小了調(diào)壓器和升流器的輸入容量，但需要增加阻抗變換器。適用于大電流回路阻抗較小的大電流回路。6 基本試驗(yàn)方案確定利用相鄰GIS的大電流母線作返回導(dǎo)體構(gòu)成試驗(yàn)回路，并采用在升流器副邊的回路中串聯(lián)接入電容器進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒▉硎┘釉囼?yàn)。升流試驗(yàn)基本方案原理圖見圖11。調(diào)壓器輸入端接電源、輸出端接升流器的輸入端；升流器的輸出側(cè)一端通過進(jìn)線套管的母

25、線接頭與其中的一相GIS大電流母線相連，另一端與補(bǔ)償電容器相連；補(bǔ)償電容器的另一端則通過另一相進(jìn)線套管的母線接頭與另一相GIS大電流母線相連；兩相GIS大電流母線用大電流多股編織導(dǎo)線通過GIS另一端的出線套管的母線接頭相連。升流試驗(yàn)原理如圖11所示，其中：YT為調(diào)壓器，ST為升流器，CT為電流互感器，R為標(biāo)準(zhǔn)電阻，r為回路的等效電阻，L為回路的等效電感，C為串聯(lián)補(bǔ)償電容。圖11 升流試驗(yàn)基本方案原理圖在此試驗(yàn)回路中，電流互感器的原邊接入回路，副邊接一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻，在升流過程中，用相位計(jì)監(jiān)測升流器副邊的端電壓U1與標(biāo)準(zhǔn)電阻的端電壓UR之間的相位，并調(diào)節(jié)串聯(lián)補(bǔ)償電容量的大小，當(dāng)U1與UR的相位差小于

26、10°時(shí)，即可認(rèn)為串聯(lián)補(bǔ)償電容與回路電感達(dá)到了諧振狀態(tài)。此時(shí)，當(dāng)主回路通過4800A的大電流時(shí)，所需的電源容量、調(diào)壓器以及升流器的容量都達(dá)到最小。當(dāng)然，升大流的目的是為了能在大電流下，對主回路中GIS開關(guān)內(nèi)的CT進(jìn)行現(xiàn)場的誤差校驗(yàn)試驗(yàn)，因此，在這個(gè)回路中，還應(yīng)串有標(biāo)準(zhǔn)電流互感器以及相應(yīng)試品。6.1 電路參數(shù)的驗(yàn)證試驗(yàn)利用相鄰GIS的大電流母線作返回導(dǎo)體構(gòu)成試驗(yàn)回路在4.4中計(jì)算得回路參數(shù)：L0.2362mH；ZLwL74.2mWR=1.95mW這些參數(shù)是在一定的近視為了獲得更加準(zhǔn)確的回路參數(shù)，需要在較大電流下盡可能模擬試驗(yàn)的實(shí)際接線進(jìn)行參數(shù)測量，以達(dá)到為選擇試驗(yàn)設(shè)備的參數(shù)（主要是調(diào)壓

27、器、升流器及補(bǔ)償電容器）。1 用互感器校驗(yàn)儀測量實(shí)際回路參數(shù)測量儀器：HED20多功能校驗(yàn)儀測量方法：用四端法（試驗(yàn)電流為5A）對兩相串聯(lián)后進(jìn)行測量。測量原理：通過給被測對象施加電流取電壓后進(jìn)行除法運(yùn)算，即可得出被測對象電阻部分（同相分量）和電感部分（正交分量）的測量結(jié)果。測量線路：如圖12所示圖中RA、RB、RC分別為各相回路的電阻，r1和r2分別為AB兩相和BC兩相間連接導(dǎo)線的電阻，其它為接觸電阻。圖12 用互感器校驗(yàn)儀測量回路參數(shù)試驗(yàn)接線圖分別取AB兩相、BC兩相、AC兩相串聯(lián)后電阻部分的測量值為RA+B、RB+C、RA+C，則有：由上述三式可得按上述方式，可得回路中電阻的現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果為

28、：RA RB RC4 m。HED20多功能校驗(yàn)儀測量得到的回路感抗為52m。2 四端法（伏安法）測量方法：四端法（伏安法）測量對象：A相與B相串聯(lián)回路及B相與C相串聯(lián)回路測量儀器：相位儀、六位半數(shù)字多用表、標(biāo)準(zhǔn)電阻、標(biāo)準(zhǔn)互感器、鉗形電流表等。其它設(shè)備：調(diào)壓器、升流器及大電流導(dǎo)線等2.1 未加補(bǔ)償測量回路參數(shù)測量原理：給試驗(yàn)回路施加工頻電流，測量出升流器副邊的壓降，此即為試驗(yàn)回路兩端的壓降；測量標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的壓降，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)互感器的變比與標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值大小，可以得到回路電流的大?。挥孟辔挥?jì)測量標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端壓降與試驗(yàn)回路兩端壓降的相位差，此即回路電流與回路兩端電壓的相位差；通過計(jì)算，回路阻抗等于回路

29、兩端電壓與回路電流的商，阻抗角即為回路兩端電壓與回路電流的相位差。在較大電流下進(jìn)行回路參數(shù)測量的試驗(yàn)接線原理如圖13所示，其中：YT為調(diào)壓器，容量為30kVA；ST為升流器50kVA，變比為40/5，二次額定電壓為10V/匝，二次額定電流為5kA；CT為標(biāo)準(zhǔn)電流互感器，采用1000/1的變比；R為標(biāo)準(zhǔn)電阻，標(biāo)稱值為1；Z為被測回路阻抗；U0為調(diào)壓器輸出電壓；為相位儀；V1、V2均為四位半有效值萬用表。圖13 大電流下回路參數(shù)測量的試驗(yàn)原理圖被測回路中電阻和感抗可以根據(jù)式（4-1）和（4-2）得出： （4-1） （4-2）式（4-1）和（4-2）中：UZ回路兩端的電壓；I1回路流過的電流；電壓與

30、電流的相位差。在較大電流下進(jìn)行的回路參數(shù)測量結(jié)果如表4-1所示。從表中可以看出，被測回路感抗ZL為46m左右，與首次測量結(jié)果的52m基本吻合；被測回路的電阻ZR在交流試驗(yàn)電流為202A時(shí)為9.5m，而在交流試驗(yàn)電流為405A時(shí)為10.3m，而且從表中還可以看出，隨著試驗(yàn)電流的增大，回路電阻ZR也在不斷增大。表4-1 較大電流下的回路參數(shù)測量結(jié)果調(diào)壓器輸出電壓U0(V)試驗(yàn)電流I1(A)被測回路壓降UZ(V)被測回路阻抗Z(m)相位角( ° )被測回路電阻ZR(m)1472029.3546.378.19.522430514.2546.777.89.930140519.1347.277.

31、410.32.2 加補(bǔ)償電路下測量回路參數(shù)利用阻抗變換器對回路進(jìn)行串聯(lián)電容補(bǔ)償，以補(bǔ)償回路的感性無功消耗，從而獲得更大的回路試驗(yàn)電流。在補(bǔ)償?shù)那闆r下進(jìn)行回路參數(shù)測量的試驗(yàn)接線原理如圖14所示，其中：YT為調(diào)壓器，ST為升流器，ZT為阻抗變換器（變比為k），C為補(bǔ)償電容，CT為標(biāo)準(zhǔn)電流互感器，R為標(biāo)準(zhǔn)電阻，Z為被測回路阻抗；U0為調(diào)壓器輸出電壓；為相位儀；V1、V2均為四位半有效值萬用表。圖14 補(bǔ)償情況下回路參數(shù)測量的試驗(yàn)原理圖阻抗變壓器的變比可通過一次側(cè)適當(dāng)更換匝數(shù)來改變，在阻抗變換器原邊加上的補(bǔ)償電容大小根據(jù)式（4-3）和（4-4）計(jì)算得到： （4-3） （4-4）式（4-3）和（4-4）

32、中：ZL阻抗變換器副邊的回路感抗；k阻抗變換器的變比；角頻率。根據(jù)式（4-3）個(gè)（4-4），當(dāng)ZL分別取40m、50m時(shí)，所需補(bǔ)償在阻抗變換器原邊的電容量如表4-2所示：表4-2 補(bǔ)償電容計(jì)算結(jié)果（m）40504612/112/112/1（）5.767.26.62180822612079C(F)553442481在補(bǔ)償情況下的回路參數(shù)測量結(jié)果如表4-3所示。可見，隨著試驗(yàn)電流的進(jìn)一步增大，被測回路的電阻ZR也跟著增大：在電流為502A的時(shí)候，回路電阻達(dá)到了21.2m。但是，當(dāng)試驗(yàn)電流繼續(xù)增大，回路電阻不再增大：當(dāng)電流為700A的時(shí)候，回路電阻仍然為21.2m。表4-3 補(bǔ)償情況下的回路參數(shù)測量

33、結(jié)果調(diào)壓器輸出電壓U0(V)補(bǔ)償電容壓降UC(V)試驗(yàn)電流I1(A)被測回路感抗（容抗）ZL(m)升流器輸出側(cè)壓降UR(V)相位角(° )被測回路電阻ZR(m)11232851353.28.9-0.917.317327050244.810.7+5.621.218435070041.715.2-11.321.23 回路參數(shù)測量結(jié)果分析上述回路參數(shù)測量值見表，可以看出感抗測量值差別較小，但和計(jì)算值差別較大；而電阻測量值、計(jì)算值差別較大；電阻計(jì)算值是直流電阻值，和測量值差異較大是正常的。而測量值之間的差異卻和電流大小有關(guān)，和測量水平有關(guān)。表參數(shù)計(jì)算值HED20測量值未加補(bǔ)償測量值加補(bǔ)償測量

34、值電阻（m）1.9581021感抗（m）75524642用HED20多功能校驗(yàn)儀測量得到的回路感抗為52m，回路電阻為8m雖然這是在小電流下獲得的，而且測量回路中相與相的連接導(dǎo)線是普通的多股編制導(dǎo)線，比較細(xì)。但是，這與在較大電流下模擬試驗(yàn)的實(shí)際接線時(shí)測量得到的回路感抗46m相差不大。這是因?yàn)?，回路電感大小與試驗(yàn)電流大小的關(guān)系不大，而且，相與相之間的連接導(dǎo)線不同所引起的回路電感的差異與整個(gè)回路電感相比，也是很小的。兩次測量得到的回路電感值與75m的理論計(jì)算值相差較大，這主要是因?yàn)樵诶碚撚?jì)算中，將回路等效為矩形回路和平行導(dǎo)線的型式，數(shù)學(xué)模型與實(shí)際電路有些不一致：1）由于大電流導(dǎo)線和GIS管道是同軸

35、結(jié)構(gòu)，與普通導(dǎo)線不同。2）由圖4可以看出，GIS管道的鋪設(shè)并不是規(guī)則的矩形或平行導(dǎo)線。因此采用這兩種模型計(jì)算得到的理論值與實(shí)際測量結(jié)果偏差較大，也是可以接受的。實(shí)際測得的回路電阻結(jié)果比理論計(jì)算的電阻值要大很多。這主要是因?yàn)椋碚撚?jì)算的電阻值是按直流電阻進(jìn)行計(jì)算的，而實(shí)際測量中，在主回路中通入的是交流大電流。對試驗(yàn)回路來說，由于GIS管道外殼與GIS大電流母線的距離比較近，而且整個(gè)回路的長度又很長，大約有320m，因此，大電流母線導(dǎo)體會(huì)存在能在集附效應(yīng)和渦流損耗，GIS管道外殼上會(huì)產(chǎn)生很大的渦流損耗。所以，等效回路電阻的交流電阻已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于回路的直流電阻。7 主要試驗(yàn)設(shè)備及標(biāo)準(zhǔn)器7.1 升流變壓

36、器參數(shù)估算估算按最大回路參數(shù)R=21 m、ZL=52 m。計(jì)算升流變壓器參數(shù) 工作電流4800A時(shí)，電壓降為100.8V；需供電容量：S=I2R=48002×0.021484 kVA考慮調(diào)諧度、損耗（渦流、其他雜散參數(shù)）等影響，供電容量增加20%考慮，即升流容量應(yīng)大于580kVA。 選擇額定容量為60kVA的升流變壓器12臺，總?cè)萘繛?20kVA。 考慮安裝調(diào)試方便，采用穿心式升流變壓器。其主要技術(shù)參數(shù)：5.1一次電壓 380V 一次電流 157A 額定容量 60kVA5.2二次電壓 10V 二次電流 6000A5.3一次繞組導(dǎo)線截面積 60mm25.4一次匝數(shù):38匝（10V）；5

37、.5鐵心實(shí)際截面 210×170（mm），采用環(huán)形鐵心，穿心結(jié)構(gòu)。5.6多臺并聯(lián)運(yùn)行。5.7任意兩臺間的變比誤差0.5%。（含比值差和相角差）。5.8 噪聲：穿心窗口中間噪聲不大于60db。5.9空載電流小于4A。任意兩臺間的偏差小與10%。7.2 無功補(bǔ)償裝置參數(shù)估算回路參數(shù) ZL=52 m。串聯(lián)補(bǔ)償電容：C1/wZL61213F在4800A下，容抗電壓降： U= I×ZL=250 V選用電容器 430V、1000F64只并聯(lián)，總電容量64000F；按4800A計(jì)算，每只電容器的最大電流為75A。將電容器分組并聯(lián)；每16只一組，構(gòu)成一個(gè)電容箱。其中3組為固定電容箱，16只電容并聯(lián)；最后1組10只電容按1、2、4、8分組連接，選擇不同的抽頭，可使電容量在1/6416/64的調(diào)節(jié)內(nèi)范圍。即電容量的范圍：64000F48000F。7.3 電流互感器檢定裝置 標(biāo)準(zhǔn)電流互感器一臺（穿心式），主要技術(shù)參數(shù)： 額定一次電流 750、1500、2000、3000、4000A、5000A 額定二次電流 5A、1A 額定負(fù)荷：1VA 準(zhǔn)確度： 0.01級7.4 大電流導(dǎo)線7現(xiàn)場試驗(yàn)方案現(xiàn)場試驗(yàn)采用3臺調(diào)壓器并聯(lián)，12升流器原邊并聯(lián)、副邊串聯(lián)的運(yùn)行方式，當(dāng)串聯(lián)補(bǔ)償電容為60000F時(shí)，回路基本達(dá)到諧