超、特高壓電力系統(tǒng)暫態(tài)保護(hù)用電子式電流互感器試驗(yàn)方法

超、特高壓電力系統(tǒng)暫態(tài)保護(hù)用電子式電流互感器試驗(yàn)方法

0電子式電流東北部暫態(tài)誤差特性在能源系統(tǒng)中，傳感器是最重要的測(cè)量和保護(hù)設(shè)備。在電壓較低的電網(wǎng)中,短路電流非周期性分量衰減速度很快,短路電流很快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),故采用一般保護(hù)用電流互感器即可滿(mǎn)足要求。在超、特高壓電力系統(tǒng)中,短路電流非周期性分量衰減時(shí)間較長(zhǎng)而要求切除短路故障的時(shí)間很短,此時(shí)電流互感器處于過(guò)渡工作狀態(tài),因此必須采用暫態(tài)保護(hù)用電流互感器。電流互感器暫態(tài)誤差性能的要求乃出于快速保護(hù)動(dòng)作的需要,以免故障發(fā)展到電網(wǎng)失穩(wěn),電流互感器暫態(tài)誤差是對(duì)這種瞬變性能的直接體現(xiàn)。電子式電流互感器大多數(shù)采用羅哥夫斯基線(xiàn)圈原理或光學(xué)原理,其具有不含鐵心、沒(méi)有磁飽和、頻帶寬、動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍大、測(cè)量準(zhǔn)確度高、測(cè)量保護(hù)范圍內(nèi)完全線(xiàn)性、傳輸性能好等優(yōu)點(diǎn)。表征暫態(tài)保護(hù)電子式互感器暫態(tài)誤差特性的準(zhǔn)確級(jí)為T(mén)PE,定義為在準(zhǔn)確限制條件、額定一次時(shí)間常數(shù)和額定工作循環(huán)下的最大峰值瞬時(shí)誤差為10%。峰值瞬時(shí)誤差同時(shí)包含暫態(tài)直流分量和交流分量的誤差。此定義等同于傳統(tǒng)電流互感器的TPY級(jí)定義。TPE級(jí)電子式電流互感器滿(mǎn)足繼電保護(hù)用途和故障暫態(tài)錄波的通用要求。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20840.8—2007中規(guī)定,為了驗(yàn)證保護(hù)級(jí)電流互感器的瞬時(shí)誤差限值應(yīng)采用直接法試驗(yàn),因此對(duì)電子式電流互感器暫態(tài)誤差的試驗(yàn)系統(tǒng)和試驗(yàn)方法進(jìn)行了探討和研究。1暫態(tài)電子式電流機(jī)構(gòu)的最大峰值誤差值電磁式或電子式電流互感器皆以不同的瞬時(shí)誤差重現(xiàn)一次電流的交流分量和暫態(tài)直流分量。交流分量的瞬時(shí)誤差影響繼電保護(hù)的運(yùn)行,暫態(tài)直流分量的瞬時(shí)誤差通常與繼電保護(hù)的判斷運(yùn)算無(wú)關(guān),但交流分量的瞬時(shí)誤差取決于其輸入的電流幅值和暫態(tài)直流分量的大小以及該暫態(tài)直流分量的衰減時(shí)間常數(shù)。暫態(tài)保護(hù)用電子式電流互感器的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為5TPE,5TPE在額定一次電流下的電流誤差為±1%,相位誤差為±60′;在額定準(zhǔn)確限值一次電流下的復(fù)合誤差為5%,在準(zhǔn)確限值條件下最大峰值瞬時(shí)誤差為10%。在規(guī)定的工作循環(huán)中,用額定一次短路電流峰值的百分?jǐn)?shù)表示最大峰值瞬時(shí)誤差式(1)中:是最大瞬時(shí)誤差電流;Ipsc為額定一次短路電流有效值。電力系統(tǒng)中,為了切除短路電流,斷路器需斷開(kāi)。因?yàn)樵S多斷路故障是由線(xiàn)路絕緣子上受大氣過(guò)電壓引起的,斷路器采用自動(dòng)工作循環(huán)方式在短時(shí)間內(nèi)消除這些故障后又接通電網(wǎng)。如果是真實(shí)的故障,斷路器合閘時(shí)會(huì)再次出現(xiàn)短路電流,為確定電流互感器在暫態(tài)下的特性,需要有兩次短路的組合。綜上所述,要準(zhǔn)確測(cè)定暫態(tài)電子式電流互感器最大峰值瞬時(shí)誤差值,必須滿(mǎn)足以下要求:(1)試驗(yàn)主回路時(shí)間常數(shù)要與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一次時(shí)間常數(shù)一致,并符合標(biāo)準(zhǔn)要求;(2)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),要求每次通流時(shí)的一次電流均為全偏移,對(duì)于兩次通流試驗(yàn)來(lái)說(shuō),需兩次選相合閘,并要求兩次通電電流的第1個(gè)半波方向相同;(3)試驗(yàn)時(shí)的額定對(duì)稱(chēng)短路電流倍數(shù)(Kssc)滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求;(4)若電子式電流互感器為模擬量輸出,應(yīng)接額定二次負(fù)荷;(5)試驗(yàn)循環(huán)滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求。2采樣系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集為了驗(yàn)證暫態(tài)保護(hù)用電子式互感器的準(zhǔn)確度限值條件下是否達(dá)到瞬時(shí)誤差限值,采用直接法試驗(yàn),試驗(yàn)時(shí)一次端子通過(guò)條件滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求的暫態(tài)電流,在額定負(fù)荷、額定一次短路電流、額定一次時(shí)間常數(shù)和額定工作循環(huán)下進(jìn)行。對(duì)于一次電流非常大和單匝一次導(dǎo)體的電子式電流互感器一次返回導(dǎo)體與電子式電流互感器之間的距離應(yīng)模仿運(yùn)行情況。暫態(tài)誤差的測(cè)試采用比對(duì)法,試驗(yàn)原理布置圖見(jiàn)圖1。即用一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的、具有良好暫態(tài)特性的標(biāo)準(zhǔn)分流器與被試電子式電流互感器串聯(lián)接入主回路,采用電子式電流互感器暫態(tài)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試暫態(tài)誤差。電子式電流互感器暫態(tài)測(cè)試系統(tǒng)包括:信號(hào)采集單元、信號(hào)處理單元、同步信號(hào)發(fā)生器和PC機(jī)分析軟件4部分。采集單元可進(jìn)行兩路模擬量的采集,一路為標(biāo)準(zhǔn)源模擬信號(hào)采集,另一路接收模擬量輸出的電子式互感器輸出,采樣率為10000點(diǎn)/s,量程為-5~+5V(幅值)。處理單元能夠接收“采集單元”通過(guò)光纖發(fā)送過(guò)來(lái)的采樣數(shù)據(jù),同時(shí),處理單元具有光纖接口接收數(shù)字量輸出的電子式互感器輸出,數(shù)據(jù)傳輸遵循IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE和IEC60044-8FT3等標(biāo)準(zhǔn)中的采樣數(shù)據(jù)以太網(wǎng)傳輸協(xié)議規(guī)范。試驗(yàn)中,分析軟件會(huì)對(duì)接受到的數(shù)據(jù)報(bào)文按協(xié)議進(jìn)行解析和驗(yàn)證,若報(bào)文不符合規(guī)范,會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的錯(cuò)誤提示。在試驗(yàn)中,與校驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行接口的有標(biāo)準(zhǔn)通道和被試通道,校驗(yàn)儀通過(guò)同步信號(hào)發(fā)生器向各路AD轉(zhuǎn)換器發(fā)送同步轉(zhuǎn)換命令,來(lái)實(shí)現(xiàn)各路同時(shí)采樣和A/D轉(zhuǎn)換。該校驗(yàn)系統(tǒng)同步信號(hào)發(fā)生器采用ST連接器,使用62.5/125多模光纖。同步信號(hào)由圖2電路產(chǎn)生。圖2中,XCR3064XL芯片所接收的時(shí)鐘晶振為2.048MHz(488ns),因此必須將其進(jìn)行2048000分頻后才能得到周期為1s的頻率信號(hào)。同時(shí),同步信號(hào)還要求脈沖寬度大于10μs,脈沖間隔大于500ms,所以高電平的脈沖寬度應(yīng)該大于21個(gè)晶振時(shí)鐘周期(10μs/488ns=20.5),小于1024590個(gè)晶振時(shí)鐘周期(500ms/488ns=1024590.2)。標(biāo)準(zhǔn)分流器將一次大電流真實(shí)地轉(zhuǎn)化為二次電壓信號(hào),該電壓信號(hào)經(jīng)采集單元變?yōu)閿?shù)字量信號(hào),在通過(guò)光纖將該信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)處理單元,它能準(zhǔn)確地反映主回路的穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)過(guò)程。標(biāo)準(zhǔn)分流器是德國(guó)公司生產(chǎn)的無(wú)感同軸高準(zhǔn)確度分流器,該分流器參加了國(guó)際比對(duì),測(cè)量誤差小于0.5%。被試電子式電流互感器的輸出如果是數(shù)字量信號(hào),則直接進(jìn)入信號(hào)處理單元獲得被測(cè)電流互感器電流信號(hào);如果被試電子式電流互感器的輸出如果是模擬量信號(hào),則將此模擬量信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)一樣進(jìn)入采集單元,經(jīng)處理后,和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)一樣進(jìn)入信號(hào)處理單元獲得被測(cè)電流互感器電流信號(hào)。然后將它所測(cè)到的標(biāo)準(zhǔn)和被試電流波形用軟件進(jìn)行逐點(diǎn)差分,求出其誤差曲線(xiàn),從標(biāo)準(zhǔn)分流器的電流波形上讀取一次對(duì)稱(chēng)電流值峰值,再利用式(1)計(jì)算出誤差曲線(xiàn),從該誤差曲線(xiàn)中讀取最大瞬時(shí)誤差值。3短路電流波形參數(shù)的計(jì)算電子式電流互感器的暫態(tài)誤差測(cè)試系統(tǒng)為“XT762電子式互感器暫態(tài)測(cè)試系統(tǒng)”,該系統(tǒng)的通信協(xié)議遵循IEC61850和FT3的通信標(biāo)準(zhǔn),可以對(duì)模擬量輸出的電子式互感器、數(shù)字量輸出的電子式互感器進(jìn)行暫態(tài)誤差校驗(yàn)。電子式電流互感器暫態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理軟件采用如圖3、圖4所示的由IEC62271-100給出的短路電流波形參數(shù)的定義計(jì)算所需要的參數(shù):電流峰值、交流分量有效值、直流分量百分?jǐn)?shù)和一次時(shí)間常數(shù)。數(shù)據(jù)處理軟件采用美國(guó)NationalInstruments公司的LabView為開(kāi)發(fā)平臺(tái),該軟件采用STL推薦的方法編程進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理,計(jì)算短路電流波形參數(shù)。該軟件經(jīng)STL的TDG推薦的8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)波形的嚴(yán)酷的考核:計(jì)算非對(duì)稱(chēng)短路電流有效值的測(cè)量不確定度≤0.4%;計(jì)算非對(duì)稱(chēng)短路電流直流分量的測(cè)量不確定度≤0.9%;計(jì)算非對(duì)稱(chēng)短路電流第1個(gè)峰值測(cè)量不確定度≤0.2%。軟件的數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確度滿(mǎn)足要求。圖4中,L1、L3為一次電流包絡(luò)線(xiàn),L2為一次電流周期分量零線(xiàn),一次時(shí)間常數(shù)試品為500kV電子式電流互感器,其試驗(yàn)線(xiàn)路見(jiàn)圖5。暫態(tài)誤差實(shí)景布置圖見(jiàn)圖6。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1,試驗(yàn)波形見(jiàn)圖7。該試驗(yàn)系統(tǒng)已對(duì)多套110~800kV的電子式電流互感器進(jìn)行了試驗(yàn),滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)及IEC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)暫態(tài)誤差試驗(yàn)的要求。通過(guò)和現(xiàn)有的電流互感器暫態(tài)誤差測(cè)試系統(tǒng)比較,其最大峰值瞬時(shí)誤差的差值小于0.5%。4電子式電流廣道暫態(tài)誤差試驗(yàn)系統(tǒng)通過(guò)分析電子式