摘要：在220kVGIS組合電器交接試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)電流互感器誤差測(cè)量結(jié)果異常，通過(guò)對(duì)誤差原因判斷和測(cè)試分析，發(fā)現(xiàn)支撐GIS殼體的金屬連接支架形成環(huán)繞鐵芯的回路，且回路經(jīng)過(guò)GIS構(gòu)架接地，通過(guò)接地線形成閉合環(huán)路，造成電流互感器誤差嚴(yán)重超出限值，證明GIS外罩短接會(huì)影響分體式電流互感器電流測(cè)試的準(zhǔn)確性。
關(guān)鍵詞：GIS；閉合環(huán)路；電流互感器
北京某變電站220kV變電站隱患治理工程中，將220kV配電裝置由原戶外配電裝置改為戶內(nèi)GIS，原單母線分段接線改為內(nèi)橋接線。220kV配電裝置采用某制造廠生產(chǎn)的SF6氣體絕緣金屬封閉組合電器（GIS），采用BCT2-252A型穿心式結(jié)構(gòu)電流互感器，安裝于斷路器兩側(cè)。
1 GIS組合電器中電流互感器的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)
GIS組合電器為SF6氣體絕緣屬全封閉式電器，其電流互感器不能按《電流互感器檢定規(guī)程》進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，而往往只能憑生產(chǎn)廠家出廠合格證書(shū)及測(cè)試報(bào)告予以認(rèn)定。
GIS中電流互感器運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)誤差超標(biāo)時(shí)，由于其全密封在GIS裝置中，如在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面檢測(cè)需要將SF6氣體放氣回收，并部分解體GIS組合電器，現(xiàn)場(chǎng)檢查工作量非常巨大，檢查時(shí)間長(zhǎng)。因此，通過(guò)理論分析和模擬試驗(yàn)的方法，指導(dǎo)和查找電流互感器測(cè)量誤差原因，意義重大。
2 誤差異常現(xiàn)象
現(xiàn)場(chǎng)220kV三相分體式GIS電流互感器誤差測(cè)量時(shí)各組電流誤差均很大，且不符合其誤差曲線的規(guī)律。啟動(dòng)后發(fā)現(xiàn)GIS中電流互感器帶負(fù)荷主表的測(cè)試三相電流偏差較大且不平衡，二次測(cè)量電流幅值相間最大偏差11%，相角最大偏差達(dá)到13.6°。同一進(jìn)線側(cè)電流互感器所帶輔表與對(duì)端變電站電流互感器測(cè)量電流值三相平衡，與實(shí)際負(fù)荷大小相吻合，由此判斷，該GIS中帶負(fù)荷主表的電流互感器誤差測(cè)量不準(zhǔn)確。
2.1 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)
問(wèn)題處理前主輔表數(shù)據(jù)如表1所示。
表1 問(wèn)題處理前主輔表數(shù)據(jù)
220kV，600/5，三相四線，倍率：264000，主表示數(shù)：42.28，輔表示數(shù)：39.44。
部分電流互感器測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示。
表2 部分電流互感器測(cè)試數(shù)據(jù)
2.2 常規(guī)原因分析
一般為滿足設(shè)計(jì)要求，電流互感器應(yīng)具有規(guī)定的準(zhǔn)確度等級(jí)，而出現(xiàn)誤差超差的值應(yīng)基本滿足誤差曲線規(guī)律，我們一般從磁路原因、二次繞組絕緣不良、繞組存在短路匝、其他外部原因等幾個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行分析。
2.2.1 磁路原因
一次導(dǎo)體產(chǎn)生的磁通不能全部通過(guò)電流互感器鐵芯，存在較大漏磁通，會(huì)造成測(cè)量不準(zhǔn)確。通常電流互感器鐵芯由高導(dǎo)磁材料組成閉合回路，發(fā)生漏磁的情況可以忽略，且GIS用電流互感器一般為外置式布置，一次導(dǎo)體外圍繞有外殼，但外殼是非磁性材料或采取隔磁措施，一般不會(huì)發(fā)生漏磁現(xiàn)象。因此，本次問(wèn)題漏磁的可能性不大。
2.2.2 二次繞組絕緣不良
因?yàn)殡娏骰ジ衅鞫嗡迂?fù)載都是低阻的，其等值阻抗在歐姆數(shù)量級(jí)甚至更小。所以二次繞組的絕緣（包括匝間、層間和首末端間）要降低到歐姆數(shù)量級(jí)，才能極大地影響到電流互感器的測(cè)量結(jié)果。若有這種情況，在現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)中進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試時(shí)是容易被發(fā)現(xiàn)的。因此，本次問(wèn)題二次繞組絕緣不良的可能性不大。
2.2.3 繞組存在短路匝
繞組存在短路匝，除了一次繞組外，相當(dāng)于有兩個(gè)二次繞組，即正常繞組外，還存在一個(gè)處于短路狀態(tài)的繞組，其短路的狀態(tài)顯然會(huì)影響正常繞組的測(cè)量結(jié)果。發(fā)生這種情況，在進(jìn)行變比試驗(yàn)時(shí)容易被發(fā)現(xiàn)，而且，現(xiàn)場(chǎng)GIS 三相中每臺(tái)電流互感器均存在誤差超差的現(xiàn)象。因此，本次問(wèn)題存在短路匝的可能性不大。
排除以上可能情況，基本可以確認(rèn)電流互感器本身沒(méi)有問(wèn)題，可能是其他外部原因。
3 GIS現(xiàn)場(chǎng)檢查及理論分析
在對(duì)GIS組合電器檢查中發(fā)現(xiàn)電流互感器外罩相間固定支架為角鐵，且在未采取絕緣措施固定在外罩上（如圖1所示）。電流互感器金屬外罩相間短路，是否是造成電流互感器測(cè)量誤差超標(biāo)的原因，需要進(jìn)行進(jìn)一步分析。
圖1 電流互感器金屬外罩相間短路
3.1 外罩相間短接影響的理論分析
3.1.1 電流互感器工作基本原理
圖2 電流互感器外部相間的閉合回路
如圖2所示，電流互感器如果存在外部閉合回路，對(duì)電流互感器來(lái)說(shuō)一次電流減少到（I1-Ie），在這個(gè)狀態(tài)下，從電流互感器的二次側(cè)測(cè)量勵(lì)磁特性，有以下兩種情況：第一，雖然流向電流互感器的勵(lì)磁電流對(duì)電流互感器鐵芯會(huì)產(chǎn)生電壓，但是外部的閉合回路也有電流，所以電壓不容易上升。與正常相比，勵(lì)磁電流值變大。第二，存在外部閉合回路時(shí)，在勵(lì)磁特性試驗(yàn)以外的電流互感器端子間會(huì)有感應(yīng)電壓。
3.1.2 電流互感器一相外罩短接
如圖2所示三相分體電流互感器，其中A相外罩表面有短接時(shí)，在電流互感器外部形成閉合回路，電流幅值變小，但對(duì)相位沒(méi)有影響。
3.1.3 電流互感器外罩相間短接
若電流互感器B、C相間外罩短接時(shí)，在電流互感器外部相間形成閉合回路，以圖2為例，此時(shí)B、C兩相電流互感器外罩短接經(jīng)GIS外殼接地端子形成閉合回路。
Ie=Ia×Na+Ib×Nb+Ic×Nc
式中Ie、Ia、Ib、Ic——電流向量。
Na、Nb、Nc——來(lái)自各相的感應(yīng)率，Na很小。
因此，B相、C相的電流為
Ib=Ib-Ie Ic=Ic-Ie
結(jié)論：電流值變小，相位發(fā)生變化。
3.2 外罩短接模擬試驗(yàn)
為驗(yàn)證電流互感器測(cè)量準(zhǔn)確性受外罩短接的影響，讓廠家在廠內(nèi)進(jìn)行模擬伏安特性試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，對(duì)B相某組二次繞組加壓，分別測(cè)試將B、C兩相外罩用金屬板短接和不短接情況下，在C相二次的感應(yīng)電流和感應(yīng)電壓，在進(jìn)行伏安特性試驗(yàn)的同時(shí)，檢測(cè)是否對(duì)電流互感器形成閉合回路。試驗(yàn)結(jié)論為：
第一，在電流互感器外罩短接形成閉合回路的情況下，在某相電流互感器二次進(jìn)行升流試驗(yàn)時(shí)，在鄰相的電流互感器中會(huì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如果鄰相電流互感器二次接入表計(jì)（電流表），在電流互感器中就有電流產(chǎn)生。
第二，閉合回路中是有電流的。如果是在GIS正常運(yùn)行狀態(tài)下，一次電流就是這個(gè)閉合回路中的電流就和一次導(dǎo)體中的電流進(jìn)行矢量和。
第三，由以上理論分析和模擬試驗(yàn)，電流互感器外罩短接是影響電流互感器測(cè)量誤差超標(biāo)的原因，將短接金屬板換成絕緣件后進(jìn)行帶負(fù)荷測(cè)試，電流互感器誤差均達(dá)到規(guī)定的準(zhǔn)確級(jí)要求。
4 問(wèn)題改進(jìn)
通過(guò)以上理論分析和模擬試驗(yàn)，電流互感器外罩短接是影響電流互感器測(cè)量誤差異常超差的原因，現(xiàn)場(chǎng)將短接角鐵鋸開(kāi)后進(jìn)行帶負(fù)荷測(cè)試，電流互感器誤差達(dá)到準(zhǔn)確級(jí)限值的要求。解決后主輔表示數(shù)如表3所示。
表3 改進(jìn)后主輔表示數(shù)
改進(jìn)后電流互感器測(cè)試數(shù)據(jù)如表4所示。
表4 改進(jìn)后電流互感器測(cè)試數(shù)據(jù)
5 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)以上分析，引起GIS中三相分體式電流互感器測(cè)量不準(zhǔn)確的原因除了內(nèi)部原因，還要檢查互感器外部是否有閉合回路。
因此在安裝中為了使GIS能夠長(zhǎng)期正常運(yùn)行而不留隱患，還必須采取一些行之有效的措施予以防范。加裝絕緣環(huán)和絕緣墊片的過(guò)程要逐條螺栓加裝，以防止漏氣。加裝絕緣螺栓要有防水密封措施，以防止螺栓進(jìn)水銹蝕，破壞絕緣。由于電流互感器組件質(zhì)量較大，制造廠在斷路器和電流互感器之間增加支撐架時(shí)，支撐架也要采取絕緣措施。電流互感器外罩和GIS構(gòu)架相碰也能形成短路，因而必須采取絕緣措施。由于斷路器合跳閘振動(dòng)，絕緣環(huán)會(huì)出現(xiàn)串動(dòng)而造成絕緣破壞，因此絕緣環(huán)和絕緣墊應(yīng)加工成一體，并盡可能采用機(jī)械強(qiáng)度更高的絕緣材料。
參考文獻(xiàn)
[1] 羅學(xué)琛.SF6氣體絕緣全封閉組合電器[M].北京：中國(guó)電力出版社，1999.
[2] 李建基.高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備實(shí)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.
關(guān)鍵詞：GIS；閉合環(huán)路；電流互感器
北京某變電站220kV變電站隱患治理工程中，將220kV配電裝置由原戶外配電裝置改為戶內(nèi)GIS，原單母線分段接線改為內(nèi)橋接線。220kV配電裝置采用某制造廠生產(chǎn)的SF6氣體絕緣金屬封閉組合電器（GIS），采用BCT2-252A型穿心式結(jié)構(gòu)電流互感器，安裝于斷路器兩側(cè)。
1 GIS組合電器中電流互感器的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)
GIS組合電器為SF6氣體絕緣屬全封閉式電器，其電流互感器不能按《電流互感器檢定規(guī)程》進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，而往往只能憑生產(chǎn)廠家出廠合格證書(shū)及測(cè)試報(bào)告予以認(rèn)定。
GIS中電流互感器運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)誤差超標(biāo)時(shí)，由于其全密封在GIS裝置中，如在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面檢測(cè)需要將SF6氣體放氣回收，并部分解體GIS組合電器，現(xiàn)場(chǎng)檢查工作量非常巨大，檢查時(shí)間長(zhǎng)。因此，通過(guò)理論分析和模擬試驗(yàn)的方法，指導(dǎo)和查找電流互感器測(cè)量誤差原因，意義重大。
2 誤差異常現(xiàn)象
現(xiàn)場(chǎng)220kV三相分體式GIS電流互感器誤差測(cè)量時(shí)各組電流誤差均很大，且不符合其誤差曲線的規(guī)律。啟動(dòng)后發(fā)現(xiàn)GIS中電流互感器帶負(fù)荷主表的測(cè)試三相電流偏差較大且不平衡，二次測(cè)量電流幅值相間最大偏差11%，相角最大偏差達(dá)到13.6°。同一進(jìn)線側(cè)電流互感器所帶輔表與對(duì)端變電站電流互感器測(cè)量電流值三相平衡，與實(shí)際負(fù)荷大小相吻合，由此判斷，該GIS中帶負(fù)荷主表的電流互感器誤差測(cè)量不準(zhǔn)確。
2.1 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)
問(wèn)題處理前主輔表數(shù)據(jù)如表1所示。
表1 問(wèn)題處理前主輔表數(shù)據(jù)
220kV，600/5，三相四線，倍率：264000，主表示數(shù)：42.28，輔表示數(shù)：39.44。
部分電流互感器測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示。
表2 部分電流互感器測(cè)試數(shù)據(jù)
2.2 常規(guī)原因分析
一般為滿足設(shè)計(jì)要求，電流互感器應(yīng)具有規(guī)定的準(zhǔn)確度等級(jí)，而出現(xiàn)誤差超差的值應(yīng)基本滿足誤差曲線規(guī)律，我們一般從磁路原因、二次繞組絕緣不良、繞組存在短路匝、其他外部原因等幾個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行分析。
2.2.1 磁路原因
一次導(dǎo)體產(chǎn)生的磁通不能全部通過(guò)電流互感器鐵芯，存在較大漏磁通，會(huì)造成測(cè)量不準(zhǔn)確。通常電流互感器鐵芯由高導(dǎo)磁材料組成閉合回路，發(fā)生漏磁的情況可以忽略，且GIS用電流互感器一般為外置式布置，一次導(dǎo)體外圍繞有外殼，但外殼是非磁性材料或采取隔磁措施，一般不會(huì)發(fā)生漏磁現(xiàn)象。因此，本次問(wèn)題漏磁的可能性不大。
2.2.2 二次繞組絕緣不良
因?yàn)殡娏骰ジ衅鞫嗡迂?fù)載都是低阻的，其等值阻抗在歐姆數(shù)量級(jí)甚至更小。所以二次繞組的絕緣（包括匝間、層間和首末端間）要降低到歐姆數(shù)量級(jí)，才能極大地影響到電流互感器的測(cè)量結(jié)果。若有這種情況，在現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)中進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試時(shí)是容易被發(fā)現(xiàn)的。因此，本次問(wèn)題二次繞組絕緣不良的可能性不大。
2.2.3 繞組存在短路匝
繞組存在短路匝，除了一次繞組外，相當(dāng)于有兩個(gè)二次繞組，即正常繞組外，還存在一個(gè)處于短路狀態(tài)的繞組，其短路的狀態(tài)顯然會(huì)影響正常繞組的測(cè)量結(jié)果。發(fā)生這種情況，在進(jìn)行變比試驗(yàn)時(shí)容易被發(fā)現(xiàn)，而且，現(xiàn)場(chǎng)GIS 三相中每臺(tái)電流互感器均存在誤差超差的現(xiàn)象。因此，本次問(wèn)題存在短路匝的可能性不大。
排除以上可能情況，基本可以確認(rèn)電流互感器本身沒(méi)有問(wèn)題，可能是其他外部原因。
3 GIS現(xiàn)場(chǎng)檢查及理論分析
在對(duì)GIS組合電器檢查中發(fā)現(xiàn)電流互感器外罩相間固定支架為角鐵，且在未采取絕緣措施固定在外罩上（如圖1所示）。電流互感器金屬外罩相間短路，是否是造成電流互感器測(cè)量誤差超標(biāo)的原因，需要進(jìn)行進(jìn)一步分析。
圖1 電流互感器金屬外罩相間短路
3.1 外罩相間短接影響的理論分析
3.1.1 電流互感器工作基本原理
圖2 電流互感器外部相間的閉合回路
如圖2所示，電流互感器如果存在外部閉合回路，對(duì)電流互感器來(lái)說(shuō)一次電流減少到（I1-Ie），在這個(gè)狀態(tài)下，從電流互感器的二次側(cè)測(cè)量勵(lì)磁特性，有以下兩種情況：第一，雖然流向電流互感器的勵(lì)磁電流對(duì)電流互感器鐵芯會(huì)產(chǎn)生電壓，但是外部的閉合回路也有電流，所以電壓不容易上升。與正常相比，勵(lì)磁電流值變大。第二，存在外部閉合回路時(shí)，在勵(lì)磁特性試驗(yàn)以外的電流互感器端子間會(huì)有感應(yīng)電壓。
3.1.2 電流互感器一相外罩短接
如圖2所示三相分體電流互感器，其中A相外罩表面有短接時(shí)，在電流互感器外部形成閉合回路，電流幅值變小，但對(duì)相位沒(méi)有影響。
3.1.3 電流互感器外罩相間短接
若電流互感器B、C相間外罩短接時(shí)，在電流互感器外部相間形成閉合回路，以圖2為例，此時(shí)B、C兩相電流互感器外罩短接經(jīng)GIS外殼接地端子形成閉合回路。
Ie=Ia×Na+Ib×Nb+Ic×Nc
式中Ie、Ia、Ib、Ic——電流向量。
Na、Nb、Nc——來(lái)自各相的感應(yīng)率，Na很小。
因此，B相、C相的電流為
Ib=Ib-Ie Ic=Ic-Ie
結(jié)論：電流值變小，相位發(fā)生變化。
3.2 外罩短接模擬試驗(yàn)
為驗(yàn)證電流互感器測(cè)量準(zhǔn)確性受外罩短接的影響，讓廠家在廠內(nèi)進(jìn)行模擬伏安特性試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，對(duì)B相某組二次繞組加壓，分別測(cè)試將B、C兩相外罩用金屬板短接和不短接情況下，在C相二次的感應(yīng)電流和感應(yīng)電壓，在進(jìn)行伏安特性試驗(yàn)的同時(shí)，檢測(cè)是否對(duì)電流互感器形成閉合回路。試驗(yàn)結(jié)論為：
第一，在電流互感器外罩短接形成閉合回路的情況下，在某相電流互感器二次進(jìn)行升流試驗(yàn)時(shí)，在鄰相的電流互感器中會(huì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如果鄰相電流互感器二次接入表計(jì)（電流表），在電流互感器中就有電流產(chǎn)生。
第二，閉合回路中是有電流的。如果是在GIS正常運(yùn)行狀態(tài)下，一次電流就是這個(gè)閉合回路中的電流就和一次導(dǎo)體中的電流進(jìn)行矢量和。
第三，由以上理論分析和模擬試驗(yàn)，電流互感器外罩短接是影響電流互感器測(cè)量誤差超標(biāo)的原因，將短接金屬板換成絕緣件后進(jìn)行帶負(fù)荷測(cè)試，電流互感器誤差均達(dá)到規(guī)定的準(zhǔn)確級(jí)要求。
4 問(wèn)題改進(jìn)
通過(guò)以上理論分析和模擬試驗(yàn)，電流互感器外罩短接是影響電流互感器測(cè)量誤差異常超差的原因，現(xiàn)場(chǎng)將短接角鐵鋸開(kāi)后進(jìn)行帶負(fù)荷測(cè)試，電流互感器誤差達(dá)到準(zhǔn)確級(jí)限值的要求。解決后主輔表示數(shù)如表3所示。
表3 改進(jìn)后主輔表示數(shù)
改進(jìn)后電流互感器測(cè)試數(shù)據(jù)如表4所示。
表4 改進(jìn)后電流互感器測(cè)試數(shù)據(jù)
5 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)以上分析，引起GIS中三相分體式電流互感器測(cè)量不準(zhǔn)確的原因除了內(nèi)部原因，還要檢查互感器外部是否有閉合回路。
因此在安裝中為了使GIS能夠長(zhǎng)期正常運(yùn)行而不留隱患，還必須采取一些行之有效的措施予以防范。加裝絕緣環(huán)和絕緣墊片的過(guò)程要逐條螺栓加裝，以防止漏氣。加裝絕緣螺栓要有防水密封措施，以防止螺栓進(jìn)水銹蝕，破壞絕緣。由于電流互感器組件質(zhì)量較大，制造廠在斷路器和電流互感器之間增加支撐架時(shí)，支撐架也要采取絕緣措施。電流互感器外罩和GIS構(gòu)架相碰也能形成短路，因而必須采取絕緣措施。由于斷路器合跳閘振動(dòng)，絕緣環(huán)會(huì)出現(xiàn)串動(dòng)而造成絕緣破壞，因此絕緣環(huán)和絕緣墊應(yīng)加工成一體，并盡可能采用機(jī)械強(qiáng)度更高的絕緣材料。
參考文獻(xiàn)
[1] 羅學(xué)琛.SF6氣體絕緣全封閉組合電器[M].北京：中國(guó)電力出版社，1999.
[2] 李建基.高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備實(shí)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.
