变压器套管CT安装后极性测试方法的研究

    廖志鹏++梁如平

    摘 要：变压器套管CT的极性正确与否直接关系到保护的可靠性，也将直接影响着变压器投运后的安全稳定运行。文章针对变压器套管CT安装后传统试验方法难以准确、灵敏测试极性的弊端展开研究，自主研发了四通道极性测试仪，并应用于套管CT安装后的极性测试，现场应用操作方便、结果准确、效率高。

    关键词：变压器套管CT极性；极性自保持装置；多绕组极性测试

    在变压器安装完毕后，变压器的一次阻抗很大。目前广泛采用的试验方法是针对套管CT安装前置于地面上完成变比及极性试验，而在安装后参照套管CT安装前的试验报告及套管的朝向对极性进行判断，二次回路则通过二次升流或核对线芯的方法检验。该试验方法由于安装过程可能将套管CT装反或在拆接线时接错二次回路，容易造成极性错误。

    因此，在套管CT安装后，如何正确判断套管CT的极性的正确性是一项十分重要的工作。

    1 安装后传统极性试验方法分析

    1.1 电磁感应法

    由于变压器的各侧电磁感应及各侧电流互感器变比不一致，二次绕组感应电流较小且不统一，串接电流表难以选择，采用灵敏性低的指针表偏转不明显，而采用灵敏性高的指针表则可能因某侧二次绕组感应电流较大超出指针表的量程甚至烧毁电流表。此外，该试验方法在回路接通瞬间产生很大的冲击电流，而在断开回路瞬间因电感电流不能突变引起断开处产生拉弧，危及调试人员的人身安全。

    1.2 一次加压升流法

    直接在变压器某侧三相加入380V电压，将其他侧短接，形成短路电流，通过对二次绕组带负荷测试六角图校验其极性。随着我国建设的高速发展，系统的负荷及短路电流不断增大，变压器的容量及变比亦随之增大，该试验方法在二次绕组感应电流越来越小，已经无法满足普通伏安特性表的精度要求。而一次加压危险性高、接线难度大、试验效率低，所以该试验方法难以推广。

    2 新极性试验方法技术原理

    2.1 研究思路

    为了克服现有技术中的缺点与不足，设计一种极性测试准确度高、测试效率高、便于携带和使用方便快捷的CT极性测试仪；该测试仪能同时进行多个绕组的极性测试，与传统的测试仪相比，提高准确率，缩短极性测试的时间，从而提高工作测试效率。

    为达到上述目的，研究通过下述技术方案予以实现：

    ⑴用于提供电源的电源电路；

    ⑵多组与电流互感器一次线圈电连接的一次回路；

    ⑶多组与电流互感器二次线圈电连接的二次回路；

    ⑷用于采集和处理信息、显示测试结果的CPU电路；

    其中电源电路分别与每组一次回路、每组二次回路和CPU电路电连接；每组二次回路分别与CPU电路信号连接；一次回路和二次回路的数量相同。

    2.2 研究成果

    在上述方案的基础上，通过一年多的不断测试、总结及改进，自主研发了四通道极性测试仪。该测试仪在每组一次回路通入高压直流脉冲电流，将对应每组二次回路感应出的电流经过波形变换后的信号传送至CPU电路，CPU电路根据采集到的信号进行处理，并显示相应的极性测试结果，从而解决传统极性测试方法中容量不足、偏转不明显、接线复杂、效率低等问题，进而提高该测试仪的准确度和测试效率。测试仪的一次回路和二次回路的数量相同，在测试仪工作中，每个电流互感器对应一组与其一次线圈电连接的一次回路和一组与其二次线圈电连接的二次回路。测试仪通过上述连接可以实现同时对多组变压器套管CT的极性进行测试，极大缩短了极性测试的时间，从而提高了工作的效率。

    四通道极性测试仪如图1所示。

    2.3 仪器工作原理

    2.3.1 电源电路

    机内锂离子电池12V电源经电源开关S0控制，送至四组通道一次回路，供电容器充电；经DC/DC隔离，变换成±12V电源，用于给四组二次回路的放大电路和波形变换电路供电，同时还给继电器供电。+12V经U5降至+3.3V，用于给CPU供电；电池电压经电压监测电路监测，当电压低于10.8V时，监测电路输出信号，经光耦隔离，送至CPU。

    2.3.2 一次回路

    电池经电阻R1给电容C充电，R1规格为5W51Ω，电容C的容量为10000μF，充电时间常数为0.51s，所以需约3s左右时间电容器可基本充电完成，最大充电电流I充=12V/51Ω=0.24A。采用电容器的好处之一可以减小电池的放电电流。当按下试验按钮，继电器K1动作（持续1s后返回），电容器C经电阻R2与被测CT一次回路放电，R2规格为10W2Ω，所以CT一次侧最大瞬间电流为I2=12V/2Ω=6A，由于输出导线有电阻，在加上CT一次回路的电阻，一般CT一次侧最大瞬间电流小于6A。采用电容器的好处之二可以缩短一次电流持续的时间，减小电池的放电量，同时继电器返回时电容器电荷量早已放完，减小了继电器返回时的触动的断开电流（继电器返回时的最大电流I返=12V/（51+2） Ω=0.23A）。二极管D1与CT一次线圈反向并联，CT充电时截止，当K1返回时，由于CT有电感，D2用于给CT续流，避免产生高压反电势。继电器返回时，CT一次端均接地，释放残留在一次线圈的电量。

    2.3.3 二次回路

    当电容器经CT一次线圈放电瞬间，一次线圈中产生了瞬间脉冲电流，此电流会在CT二次线圈中感应出电流。如果CT连接按减极性连接，二次电流由1S1流向1S2，电流表右偏，表示为减极性；反之电流表左偏，表示为加极性。

    电流表通过开关S1切换，形成三量程电流表：当S1至中间位置时，R3、R4均断开，量程为50μA，当S1与上端接通时，R3与电流表并联，量程为100μA，当S1与下端接通时，R4与电流表并联，量程为500μA，以适应不同变比的CT测试。

    D2、D3与二次回路并联，如果二次回路输入过大，二极管导通，二次侧输入最高电压限制在0.7V以内，用于保护电流表不被烧毁。

    同时，电流表两端的电压信号经信号放大电路放大后，送至波形变换电路，波形变换电路有二个，一个用于变换正信号（减极性）、一个用于变换负信号（加极性），变换后变成脉冲数字信号送至CPU。

    2.3.4 CPU电路

    当试验按钮按下放手弹起后，相应的继电器动作，一次回路电容器放电，在一次侧通入脉冲电流，在二次回路中感应出电流，经波形变换后送至CPU。当接线为减极性时，减极性波形变换电路输出信号值CPU，CPU输出信号减极性灯亮，并保持；当接线为加极性时，加极性波形变换电路输出信号值CPU，CPU输出信号加极性灯亮，并保持。

    按复位按钮后，可重新测试。

    当电池电压高于10.8V时，电压监测电路输出高电平，经光耦后至CPU，电源指示灯亮，当电池电压低于10.8V时，电压监测电路输出低电平，经光耦后至CPU，此时电源指示灯闪烁，提醒给电池充电。

    四通道极性测试仪原理如图2所示。

    2.4 试验接线及工作原理

    ⑴单相绕组测试原理接线及工作原理，如图3所示。

    变压器一次侧A相接四通道极性测试仪（简称仪器）的1P1，一次侧N相接仪器的1P2，二次绕组1S1接仪器的1S1，二次绕组1S2接仪器的1S2。按下试验按钮，一次回路接通，产生电流，经过感应后产生二次电流，送回仪器的微安表及发光二极管，对结果进行判断及指示。若CT绕组为“减极性”时，微安表指针右偏，同时“减极性”绿灯点亮且自保持；若CT绕组为“加极性”时，微安表指针左偏，同时“加极性”红灯点亮且自保持。

    ⑵四相绕组同时测试原理接线，如图4所示。

    ⑶单相四个绕组同时测试原理接线，如图5所示。

    3 现场应用实例

    在多个基建工程中使用自主研制的四通道CT极性测试仪及试验方法，对工程项目的变压器套管CT、普通CT进行极性测试验证，效果良好，正确率达到百分之百。以上工程均已顺利投入运行，所有CT带负荷测试六角图结果正确，得到业主的高度评价。

    4 结语

    新的极性试验方法利用大容量电容作为直流输出电源、指针电流表与自保持发光二极管，更直观、准确地显示结果，确保设备的可靠稳定运行。适用于所有500kV及以下电压等级变电站工程的套管CT的极性测试，解决变压器套管CT安装后极性测试试验中的相关技术难题，有效确保套管CT极性的正确性，准确率达到百分之百，达到降低工程成本、优化技术工作、提高工程安全和质量保证的目的。经过试验验证，本成果不仅适用于变压器套管CT，还可以广泛应用于高抗CT及普通CT的极性测试。

    [参考文献]

    [1]冯杨州.变压器套管CT点极性方法的分析与改进[J].电力系统装备，2005（4）：96-97.

    [2]晋毅，时运瑞.变压器套管CT安装后测量极性的方法[J].电力系统保护与控制，2008（23）：129-132.