超、特高壓電力系統(tǒng)暫態(tài)保護用電子式電流互感器試驗方法

超、特高壓電力系統(tǒng)暫態(tài)保護用電子式電流互感器試驗方法

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量和保護設備。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,短路電流很快達到穩(wěn)定狀態(tài),故采用一般保護用電流互感器即可滿足要求。在超、特高壓電力系統(tǒng)中,短路電流非周期性分量衰減時間較長而要求切除短路故障的時間很短,此時電流互感器處于過渡工作狀態(tài),因此必須采用暫態(tài)保護用電流互感器。電流互感器暫態(tài)誤差性能的要求乃出于快速保護動作的需要,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)采用羅哥夫斯基線圈原理或光學原理,其具有不含鐵心、沒有磁飽和、頻帶寬、動態(tài)測量范圍大、測量準確度高、測量保護范圍內(nèi)完全線性、傳輸性能好等優(yōu)點。表征暫態(tài)保護電子式互感器暫態(tài)誤差特性的準確級為TPE,定義為在準確限制條件、額定一次時間常數(shù)和額定工作循環(huán)下的最大峰值瞬時誤差為10%。峰值瞬時誤差同時包含暫態(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級定義。TPE級電子式電流互感器滿足繼電保護用途和故障暫態(tài)錄波的通用要求。國家標準GB/T20840.8—2007中規(guī)定,為了驗證保護級電流互感器的瞬時誤差限值應采用直接法試驗,因此對電子式電流互感器暫態(tài)誤差的試驗系統(tǒng)和試驗方法進行了探討和研究。1暫態(tài)電子式電流機構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。交流分量的瞬時誤差影響繼電保護的運行,暫態(tài)直流分量的瞬時誤差通常與繼電保護的判斷運算無關,但交流分量的瞬時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)直流分量的衰減時間常數(shù)。暫態(tài)保護用電子式電流互感器的標準準確級國家標準規(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′;在額定準確限值一次電流下的復合誤差為5%,在準確限值條件下最大峰值瞬時誤差為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數(shù)表示最大峰值瞬時誤差式(1)中:是最大瞬時誤差電流;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。因為許多斷路故障是由線路絕緣子上受大氣過電壓引起的,斷路器采用自動工作循環(huán)方式在短時間內(nèi)消除這些故障后又接通電網(wǎng)。如果是真實的故障,斷路器合閘時會再次出現(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,要準確測定暫態(tài)電子式電流互感器最大峰值瞬時誤差值,必須滿足以下要求:(1)試驗主回路時間常數(shù)要與產(chǎn)品設計的一次時間常數(shù)一致,并符合標準要求;(2)進行試驗時,要求每次通流時的一次電流均為全偏移,對于兩次通流試驗來說,需兩次選相合閘,并要求兩次通電電流的第1個半波方向相同;(3)試驗時的額定對稱短路電流倍數(shù)(Kssc)滿足標準要求;(4)若電子式電流互感器為模擬量輸出,應接額定二次負荷;(5)試驗循環(huán)滿足標準及產(chǎn)品設計的要求。2采樣系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集為了驗證暫態(tài)保護用電子式互感器的準確度限值條件下是否達到瞬時誤差限值,采用直接法試驗,試驗時一次端子通過條件滿足標準要求的暫態(tài)電流,在額定負荷、額定一次短路電流、額定一次時間常數(shù)和額定工作循環(huán)下進行。對于一次電流非常大和單匝一次導體的電子式電流互感器一次返回導體與電子式電流互感器之間的距離應模仿運行情況。暫態(tài)誤差的測試采用比對法,試驗原理布置圖見圖1。即用一臺標準的、具有良好暫態(tài)特性的標準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)測試系統(tǒng)測試暫態(tài)誤差。電子式電流互感器暫態(tài)測試系統(tǒng)包括:信號采集單元、信號處理單元、同步信號發(fā)生器和PC機分析軟件4部分。采集單元可進行兩路模擬量的采集,一路為標準源模擬信號采集,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/s,量程為-5~+5V(幅值)。處理單元能夠接收“采集單元”通過光纖發(fā)送過來的采樣數(shù)據(jù),同時,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等標準中的采樣數(shù)據(jù)以太網(wǎng)傳輸協(xié)議規(guī)范。試驗中,分析軟件會對接受到的數(shù)據(jù)報文按協(xié)議進行解析和驗證,若報文不符合規(guī)范,會進行相應的錯誤提示。在試驗中,與校驗系統(tǒng)進行接口的有標準通道和被試通道,校驗儀通過同步信號發(fā)生器向各路AD轉(zhuǎn)換器發(fā)送同步轉(zhuǎn)換命令,來實現(xiàn)各路同時采樣和A/D轉(zhuǎn)換。該校驗系統(tǒng)同步信號發(fā)生器采用ST連接器,使用62.5/125多模光纖。同步信號由圖2電路產(chǎn)生。圖2中,XCR3064XL芯片所接收的時鐘晶振為2.048MHz(488ns),因此必須將其進行2048000分頻后才能得到周期為1s的頻率信號。同時,同步信號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該大于21個晶振時鐘周期(10μs/488ns=20.5),小于1024590個晶振時鐘周期(500ms/488ns=1024590.2)。標準分流器將一次大電流真實地轉(zhuǎn)化為二次電壓信號,該電壓信號經(jīng)采集單元變?yōu)閿?shù)字量信號,在通過光纖將該信號傳輸?shù)叫盘柼幚韱卧?它能準確地反映主回路的穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)過程。標準分流器是德國公司生產(chǎn)的無感同軸高準確度分流器,該分流器參加了國際比對,測量誤差小于0.5%。被試電子式電流互感器的輸出如果是數(shù)字量信號,則直接進入信號處理單元獲得被測電流互感器電流信號;如果被試電子式電流互感器的輸出如果是模擬量信號,則將此模擬量信號和標準信號一樣進入采集單元,經(jīng)處理后,和標準信號一樣進入信號處理單元獲得被測電流互感器電流信號。然后將它所測到的標準和被試電流波形用軟件進行逐點差分,求出其誤差曲線,從標準分流器的電流波形上讀取一次對稱電流值峰值,再利用式(1)計算出誤差曲線,從該誤差曲線中讀取最大瞬時誤差值。3短路電流波形參數(shù)的計算電子式電流互感器的暫態(tài)誤差測試系統(tǒng)為“XT762電子式互感器暫態(tài)測試系統(tǒng)”,該系統(tǒng)的通信協(xié)議遵循IEC61850和FT3的通信標準,可以對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行暫態(tài)誤差校驗。電子式電流互感器暫態(tài)測試系統(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、直流分量百分數(shù)和一次時間常數(shù)。數(shù)據(jù)處理軟件采用美國NationalInstruments公司的LabView為開發(fā)平臺,該軟件采用STL推薦的方法編程進行試驗數(shù)據(jù)的處理,計算短路電流波形參數(shù)。該軟件經(jīng)STL的TDG推薦的8個標準波形的嚴酷的考核:計算非對稱短路電流有效值的測量不確定度≤0.4%;計算非對稱短路電流直流分量的測量不確定度≤0.9%;計算非對稱短路電流第1個峰值測量不確定度≤0.2%。軟件的數(shù)據(jù)處理準確度滿足要求。圖4中,L1、L3為一次電流包絡線,L2為一次電流周期分量零線,一次時間常數(shù)試品為500kV電子式電流互感器,其試驗線路見圖5。暫態(tài)誤差實景布置圖見圖6。試驗結果見表1,試驗波形見圖7。該試驗系統(tǒng)已對多套110~800kV的電子式電流互感器進行了試驗,滿足國標及IEC標準對暫態(tài)誤差試驗的要求。通過和現(xiàn)有的電流互感器暫態(tài)誤差測試系統(tǒng)比較,其最大峰值瞬時誤差的差值小于0.5%。4電子式電流廣道暫態(tài)誤差試驗系統(tǒng)通過分析電子式