摘要：在220kVGIS組合電器交接試驗過程中，發現電流互感器誤差測量結果異常，通過對誤差原因判斷和測試分析，發現支撐GIS殼體的金屬連接支架形成環繞鐵芯的回路，且回路經過GIS構架接地，通過接地線形成閉合環路，造成電流互感器誤差嚴重超出限值，證明GIS外罩短接會影響分體式電流互感器電流測試的準確性。
關鍵詞：GIS；閉合環路；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GIS，原單母線分段接線改為內橋接線。220kV配電裝置采用某制造廠生產的SF6氣體絕緣金屬封閉組合電器（GIS），采用BCT2-252A型穿心式結構電流互感器，安裝于斷路器兩側。
1 GIS組合電器中電流互感器的現場檢測
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《電流互感器檢定規程》進行現場檢測，而往往只能憑生產廠家出廠合格證書及測試報告予以認定。
GIS中電流互感器運行后發現誤差超標時，由于其全密封在GIS裝置中，如在現場進行全面檢測需要將SF6氣體放氣回收，并部分解體GIS組合電器，現場檢查工作量非常巨大，檢查時間長。因此，通過理論分析和模擬試驗的方法，指導和查找電流互感器測量誤差原因，意義重大。
2 誤差異常現象
現場220kV三相分體式GIS電流互感器誤差測量時各組電流誤差均很大，且不符合其誤差曲線的規律。啟動后發現GIS中電流互感器帶負荷主表的測試三相電流偏差較大且不平衡，二次測量電流幅值相間最大偏差11%，相角最大偏差達到13.6°。同一進線側電流互感器所帶輔表與對端變電站電流互感器測量電流值三相平衡，與實際負荷大小相吻合，由此判斷，該GIS中帶負荷主表的電流互感器誤差測量不準確。
2.1 現場數據
問題處理前主輔表數據如表1所示。
表1 問題處理前主輔表數據
220kV，600/5，三相四線，倍率：264000，主表示數：42.28，輔表示數：39.44。
部分電流互感器測試數據如表2所示。
表2 部分電流互感器測試數據
2.2 常規原因分析
一般為滿足設計要求，電流互感器應具有規定的準確度等級，而出現誤差超差的值應基本滿足誤差曲線規律，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方面對其進行分析。
2.2.1 磁路原因
一次導體產生的磁通不能全部通過電流互感器鐵芯，存在較大漏磁通，會造成測量不準確。通常電流互感器鐵芯由高導磁材料組成閉合回路，發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，一般不會發生漏磁現象。因此，本次問題漏磁的可能性不大。
2.2.2 二次繞組絕緣不良
因為電流互感器二次所接負載都是低阻的，其等值阻抗在歐姆數量級甚至更小。所以二次繞組的絕緣（包括匝間、層間和首末端間）要降低到歐姆數量級，才能極大地影響到電流互感器的測量結果。若有這種情況，在現場交接試驗中進行絕緣電阻測試時是容易被發現的。因此，本次問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，相當于有兩個二次繞組，即正常繞組外，還存在一個處于短路狀態的繞組，其短路的狀態顯然會影響正常繞組的測量結果。發生這種情況，在進行變比試驗時容易被發現，而且，現場GIS 三相中每臺電流互感器均存在誤差超差的現象。因此，本次問題存在短路匝的可能性不大。
排除以上可能情況，基本可以確認電流互感器本身沒有問題，可能是其他外部原因。
3 GIS現場檢查及理論分析
在對GIS組合電器檢查中發現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量誤差超標的原因，需要進行進一步分析。
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，對電流互感器來說一次電流減少到（I1-Ie），在這個狀態下，從電流互感器的二次側測量勵磁特性，有以下兩種情況：第一，雖然流向電流互感器的勵磁電流對電流互感器鐵芯會產生電壓，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，勵磁電流值變大。第二，存在外部閉合回路時，在勵磁特性試驗以外的電流互感器端子間會有感應電壓。
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，在電流互感器外部形成閉合回路，電流幅值變小，但對相位沒有影響。
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，在電流互感器外部相間形成閉合回路，以圖2為例，此時B、C兩相電流互感器外罩短接經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——來自各相的感應率，Na很小。
因此，B相、C相的電流為
Ib=Ib-Ie Ic=Ic-Ie
結論：電流值變小，相位發生變化。
3.2 外罩短接模擬試驗
為驗證電流互感器測量準確性受外罩短接的影響，讓廠家在廠內進行模擬伏安特性試驗。試驗時，對B相某組二次繞組加壓，分別測試將B、C兩相外罩用金屬板短接和不短接情況下，在C相二次的感應電流和感應電壓，在進行伏安特性試驗的同時，檢測是否對電流互感器形成閉合回路。試驗結論為：
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行升流試驗時，在鄰相的電流互感器中會感應電動勢。如果鄰相電流互感器二次接入表計（電流表），在電流互感器中就有電流產生。
第二，閉合回路中是有電流的。如果是在GIS正常運行狀態下，一次電流就是這個閉合回路中的電流就和一次導體中的電流進行矢量和。
第三，由以上理論分析和模擬試驗，電流互感器外罩短接是影響電流互感器測量誤差超標的原因，將短接金屬板換成絕緣件后進行帶負荷測試，電流互感器誤差均達到規定的準確級要求。
4 問題改進
通過以上理論分析和模擬試驗，電流互感器外罩短接是影響電流互感器測量誤差異常超差的原因，現場將短接角鐵鋸開后進行帶負荷測試，電流互感器誤差達到準確級限值的要求。解決后主輔表示數如表3所示。
表3 改進后主輔表示數
改進后電流互感器測試數據如表4所示。
表4 改進后電流互感器測試數據
5 結束語
通過以上分析，引起GIS中三相分體式電流互感器測量不準確的原因除了內部原因，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能夠長期正常運行而不留隱患，還必須采取一些行之有效的措施予以防范。加裝絕緣環和絕緣墊片的過程要逐條螺栓加裝，以防止漏氣。加裝絕緣螺栓要有防水密封措施，以防止螺栓進水銹蝕，破壞絕緣。由于電流互感器組件質量較大，制造廠在斷路器和電流互感器之間增加支撐架時，支撐架也要采取絕緣措施。電流互感器外罩和GIS構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，絕緣環會出現串動而造成絕緣破壞，因此絕緣環和絕緣墊應加工成一體，并盡可能采用機械強度更高的絕緣材料。
參考文獻
[1] 羅學琛.SF6氣體絕緣全封閉組合電器[M].北京：中國電力出版社，1999.
[2] 李建基.高壓開關設備實用技術[M].北京：中國電力出版社，2005.
關鍵詞：GIS；閉合環路；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GIS，原單母線分段接線改為內橋接線。220kV配電裝置采用某制造廠生產的SF6氣體絕緣金屬封閉組合電器（GIS），采用BCT2-252A型穿心式結構電流互感器，安裝于斷路器兩側。
1 GIS組合電器中電流互感器的現場檢測
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《電流互感器檢定規程》進行現場檢測，而往往只能憑生產廠家出廠合格證書及測試報告予以認定。
GIS中電流互感器運行后發現誤差超標時，由于其全密封在GIS裝置中，如在現場進行全面檢測需要將SF6氣體放氣回收，并部分解體GIS組合電器，現場檢查工作量非常巨大，檢查時間長。因此，通過理論分析和模擬試驗的方法，指導和查找電流互感器測量誤差原因，意義重大。
2 誤差異常現象
現場220kV三相分體式GIS電流互感器誤差測量時各組電流誤差均很大，且不符合其誤差曲線的規律。啟動后發現GIS中電流互感器帶負荷主表的測試三相電流偏差較大且不平衡，二次測量電流幅值相間最大偏差11%，相角最大偏差達到13.6°。同一進線側電流互感器所帶輔表與對端變電站電流互感器測量電流值三相平衡，與實際負荷大小相吻合，由此判斷，該GIS中帶負荷主表的電流互感器誤差測量不準確。
2.1 現場數據
問題處理前主輔表數據如表1所示。
表1 問題處理前主輔表數據
220kV，600/5，三相四線，倍率：264000，主表示數：42.28，輔表示數：39.44。
部分電流互感器測試數據如表2所示。
表2 部分電流互感器測試數據
2.2 常規原因分析
一般為滿足設計要求，電流互感器應具有規定的準確度等級，而出現誤差超差的值應基本滿足誤差曲線規律，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方面對其進行分析。
2.2.1 磁路原因
一次導體產生的磁通不能全部通過電流互感器鐵芯，存在較大漏磁通，會造成測量不準確。通常電流互感器鐵芯由高導磁材料組成閉合回路，發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，一般不會發生漏磁現象。因此，本次問題漏磁的可能性不大。
2.2.2 二次繞組絕緣不良
因為電流互感器二次所接負載都是低阻的，其等值阻抗在歐姆數量級甚至更小。所以二次繞組的絕緣（包括匝間、層間和首末端間）要降低到歐姆數量級，才能極大地影響到電流互感器的測量結果。若有這種情況，在現場交接試驗中進行絕緣電阻測試時是容易被發現的。因此，本次問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，相當于有兩個二次繞組，即正常繞組外，還存在一個處于短路狀態的繞組，其短路的狀態顯然會影響正常繞組的測量結果。發生這種情況，在進行變比試驗時容易被發現，而且，現場GIS 三相中每臺電流互感器均存在誤差超差的現象。因此，本次問題存在短路匝的可能性不大。
排除以上可能情況，基本可以確認電流互感器本身沒有問題，可能是其他外部原因。
3 GIS現場檢查及理論分析
在對GIS組合電器檢查中發現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量誤差超標的原因，需要進行進一步分析。
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，對電流互感器來說一次電流減少到（I1-Ie），在這個狀態下，從電流互感器的二次側測量勵磁特性，有以下兩種情況：第一，雖然流向電流互感器的勵磁電流對電流互感器鐵芯會產生電壓，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，勵磁電流值變大。第二，存在外部閉合回路時，在勵磁特性試驗以外的電流互感器端子間會有感應電壓。
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，在電流互感器外部形成閉合回路，電流幅值變小，但對相位沒有影響。
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，在電流互感器外部相間形成閉合回路，以圖2為例，此時B、C兩相電流互感器外罩短接經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——來自各相的感應率，Na很小。
因此，B相、C相的電流為
Ib=Ib-Ie Ic=Ic-Ie
結論：電流值變小，相位發生變化。
3.2 外罩短接模擬試驗
為驗證電流互感器測量準確性受外罩短接的影響，讓廠家在廠內進行模擬伏安特性試驗。試驗時，對B相某組二次繞組加壓，分別測試將B、C兩相外罩用金屬板短接和不短接情況下，在C相二次的感應電流和感應電壓，在進行伏安特性試驗的同時，檢測是否對電流互感器形成閉合回路。試驗結論為：
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行升流試驗時，在鄰相的電流互感器中會感應電動勢。如果鄰相電流互感器二次接入表計（電流表），在電流互感器中就有電流產生。
第二，閉合回路中是有電流的。如果是在GIS正常運行狀態下，一次電流就是這個閉合回路中的電流就和一次導體中的電流進行矢量和。
第三，由以上理論分析和模擬試驗，電流互感器外罩短接是影響電流互感器測量誤差超標的原因，將短接金屬板換成絕緣件后進行帶負荷測試，電流互感器誤差均達到規定的準確級要求。
4 問題改進
通過以上理論分析和模擬試驗，電流互感器外罩短接是影響電流互感器測量誤差異常超差的原因，現場將短接角鐵鋸開后進行帶負荷測試，電流互感器誤差達到準確級限值的要求。解決后主輔表示數如表3所示。
表3 改進后主輔表示數
改進后電流互感器測試數據如表4所示。
表4 改進后電流互感器測試數據
5 結束語
通過以上分析，引起GIS中三相分體式電流互感器測量不準確的原因除了內部原因，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能夠長期正常運行而不留隱患，還必須采取一些行之有效的措施予以防范。加裝絕緣環和絕緣墊片的過程要逐條螺栓加裝，以防止漏氣。加裝絕緣螺栓要有防水密封措施，以防止螺栓進水銹蝕，破壞絕緣。由于電流互感器組件質量較大，制造廠在斷路器和電流互感器之間增加支撐架時，支撐架也要采取絕緣措施。電流互感器外罩和GIS構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，絕緣環會出現串動而造成絕緣破壞，因此絕緣環和絕緣墊應加工成一體，并盡可能采用機械強度更高的絕緣材料。
參考文獻
[1] 羅學琛.SF6氣體絕緣全封閉組合電器[M].北京：中國電力出版社，1999.
[2] 李建基.高壓開關設備實用技術[M].北京：中國電力出版社，2005.
