超、特高压电力系统暂态保护用电子式电流互感器试验方法

超、特高压电力系统暂态保护用电子式电流互感器试验方法

0电子式电流东北部暂态误差特性在能源系统中，传感器是最重要的测量和保护设备。在电压较低的电网中,短路电流非周期性分量衰减速度很快,短路电流很快达到稳定状态,故采用一般保护用电流互感器即可满足要求。在超、特高压电力系统中,短路电流非周期性分量衰减时间较长而要求切除短路故障的时间很短,此时电流互感器处于过渡工作状态,因此必须采用暂态保护用电流互感器。电流互感器暂态误差性能的要求乃出于快速保护动作的需要,以免故障发展到电网失稳,电流互感器暂态误差是对这种瞬变性能的直接体现。电子式电流互感器大多数采用罗哥夫斯基线圈原理或光学原理,其具有不含铁心、没有磁饱和、频带宽、动态测量范围大、测量准确度高、测量保护范围内完全线性、传输性能好等优点。表征暂态保护电子式互感器暂态误差特性的准确级为TPE,定义为在准确限制条件、额定一次时间常数和额定工作循环下的最大峰值瞬时误差为10%。峰值瞬时误差同时包含暂态直流分量和交流分量的误差。此定义等同于传统电流互感器的TPY级定义。TPE级电子式电流互感器满足继电保护用途和故障暂态录波的通用要求。国家标准GB/T20840.8—2007中规定,为了验证保护级电流互感器的瞬时误差限值应采用直接法试验,因此对电子式电流互感器暂态误差的试验系统和试验方法进行了探讨和研究。1暂态电子式电流机构的最大峰值误差值电磁式或电子式电流互感器皆以不同的瞬时误差重现一次电流的交流分量和暂态直流分量。交流分量的瞬时误差影响继电保护的运行,暂态直流分量的瞬时误差通常与继电保护的判断运算无关,但交流分量的瞬时误差取决于其输入的电流幅值和暂态直流分量的大小以及该暂态直流分量的衰减时间常数。暂态保护用电子式电流互感器的标准准确级国家标准规定为5TPE,5TPE在额定一次电流下的电流误差为±1%,相位误差为±60′;在额定准确限值一次电流下的复合误差为5%,在准确限值条件下最大峰值瞬时误差为10%。在规定的工作循环中,用额定一次短路电流峰值的百分数表示最大峰值瞬时误差式(1)中:是最大瞬时误差电流;Ipsc为额定一次短路电流有效值。电力系统中,为了切除短路电流,断路器需断开。因为许多断路故障是由线路绝缘子上受大气过电压引起的,断路器采用自动工作循环方式在短时间内消除这些故障后又接通电网。如果是真实的故障,断路器合闸时会再次出现短路电流,为确定电流互感器在暂态下的特性,需要有两次短路的组合。综上所述,要准确测定暂态电子式电流互感器最大峰值瞬时误差值,必须满足以下要求:(1)试验主回路时间常数要与产品设计的一次时间常数一致,并符合标准要求;(2)进行试验时,要求每次通流时的一次电流均为全偏移,对于两次通流试验来说,需两次选相合闸,并要求两次通电电流的第1个半波方向相同;(3)试验时的额定对称短路电流倍数(Kssc)满足标准要求;(4)若电子式电流互感器为模拟量输出,应接额定二次负荷;(5)试验循环满足标准及产品设计的要求。2采样系统数据采集为了验证暂态保护用电子式互感器的准确度限值条件下是否达到瞬时误差限值,采用直接法试验,试验时一次端子通过条件满足标准要求的暂态电流,在额定负荷、额定一次短路电流、额定一次时间常数和额定工作循环下进行。对于一次电流非常大和单匝一次导体的电子式电流互感器一次返回导体与电子式电流互感器之间的距离应模仿运行情况。暂态误差的测试采用比对法,试验原理布置图见图1。即用一台标准的、具有良好暂态特性的标准分流器与被试电子式电流互感器串联接入主回路,采用电子式电流互感器暂态测试系统测试暂态误差。电子式电流互感器暂态测试系统包括:信号采集单元、信号处理单元、同步信号发生器和PC机分析软件4部分。采集单元可进行两路模拟量的采集,一路为标准源模拟信号采集,另一路接收模拟量输出的电子式互感器输出,采样率为10000点/s,量程为-5~+5V(幅值)。处理单元能够接收“采集单元”通过光纤发送过来的采样数据,同时,处理单元具有光纤接口接收数字量输出的电子式互感器输出,数据传输遵循IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE和IEC60044-8FT3等标准中的采样数据以太网传输协议规范。试验中,分析软件会对接受到的数据报文按协议进行解析和验证,若报文不符合规范,会进行相应的错误提示。在试验中,与校验系统进行接口的有标准通道和被试通道,校验仪通过同步信号发生器向各路AD转换器发送同步转换命令,来实现各路同时采样和A/D转换。该校验系统同步信号发生器采用ST连接器,使用62.5/125多模光纤。同步信号由图2电路产生。图2中,XCR3064XL芯片所接收的时钟晶振为2.048MHz(488ns),因此必须将其进行2048000分频后才能得到周期为1s的频率信号。同时,同步信号还要求脉冲宽度大于10μs,脉冲间隔大于500ms,所以高电平的脉冲宽度应该大于21个晶振时钟周期(10μs/488ns=20.5),小于1024590个晶振时钟周期(500ms/488ns=1024590.2)。标准分流器将一次大电流真实地转化为二次电压信号,该电压信号经采集单元变为数字量信号,在通过光纤将该信号传输到信号处理单元,它能准确地反映主回路的稳态及暂态过程。标准分流器是德国公司生产的无感同轴高准确度分流器,该分流器参加了国际比对,测量误差小于0.5%。被试电子式电流互感器的输出如果是数字量信号,则直接进入信号处理单元获得被测电流互感器电流信号;如果被试电子式电流互感器的输出如果是模拟量信号,则将此模拟量信号和标准信号一样进入采集单元,经处理后,和标准信号一样进入信号处理单元获得被测电流互感器电流信号。然后将它所测到的标准和被试电流波形用软件进行逐点差分,求出其误差曲线,从标准分流器的电流波形上读取一次对称电流值峰值,再利用式(1)计算出误差曲线,从该误差曲线中读取最大瞬时误差值。3短路电流波形参数的计算电子式电流互感器的暂态误差测试系统为“XT762电子式互感器暂态测试系统”,该系统的通信协议遵循IEC61850和FT3的通信标准,可以对模拟量输出的电子式互感器、数字量输出的电子式互感器进行暂态误差校验。电子式电流互感器暂态测试系统的数据处理软件采用如图3、图4所示的由IEC62271-100给出的短路电流波形参数的定义计算所需要的参数:电流峰值、交流分量有效值、直流分量百分数和一次时间常数。数据处理软件采用美国NationalInstruments公司的LabView为开发平台,该软件采用STL推荐的方法编程进行试验数据的处理,计算短路电流波形参数。该软件经STL的TDG推荐的8个标准波形的严酷的考核:计算非对称短路电流有效值的测量不确定度≤0.4%;计算非对称短路电流直流分量的测量不确定度≤0.9%;计算非对称短路电流第1个峰值测量不确定度≤0.2%。软件的数据处理准确度满足要求。图4中,L1、L3为一次电流包络线,L2为一次电流周期分量零线,一次时间常数试品为500kV电子式电流互感器,其试验线路见图5。暂态误差实景布置图见图6。试验结果见表1,试验波形见图7。该试验系统已对多套110~800kV的电子式电流互感器进行了试验,满足国标及IEC标准对暂态误差试验的要求。通过和现有的电流互感器暂态误差测试系统比较,其最大峰值瞬时误差的差值小于0.5%。4电子式电流广道暂态误差试验系统通过分析电子式