大电流互感器抗电磁干扰能力测试方法研究

With the emerging power era of large generator and large scale grid, the electromagnetic interference between bus-bars becomes more serious, which affects the measurement error and temperature rise of heavy current transformer (HCT) severely. Since the primary currents are too high to reproduce in laboratory, there has been no simple, accurate and effective method to verify or test the measurement error and temperature rise of HCT under the electromagnetic interference from adjacent bus bars worldwidely. As a result, HCT has always been put into use directly without testing of its performance under electromagnetic interference. The lack of verification method has introduced serious danger to the power system. This work is aimed at finding out an accurate and effective verification method of the immune ability of HCT to electromagnetic interference. This research will be carried out by means of theoretical analysis of electromagnetic field, magnetic circuit method, numerical analysis and physical experiments. First, stray flux from external bus-bar , leakage flux from Non-uniform Equivalent Magneto-motive Force Method and leakage flux from off-center Primary bus in iron core of HCT will be studied and calculated; and then, the similarity and transformation between stray flux and leakage fluxs will be figured out as accurately as possible; finally, physical experiments will be applied to verify the transformation above and to evaluate the general performance of the Non-uniform Equivalent Magneto-motive Force Method. If succeed, we can obtain an accurate, effective and easy to use method to test the performance of HCT under electromagnetic interference, which will be very helpful to overcome the world-class testing difficulty of HCT performance under electromagnetic interference.

随着大型发电机组越来越多投入运行，电力系统中各相母线间的电磁干扰更严重地影响大电流互感器（大TA）的误差和温升性能。由于一次电流很大，国内外至今未有简单、准确、有效的测试和检定大TA抗相间电磁干扰能力的方法，致使大TA未经相应测试就投入使用，烧毁事故时有发生，给电力系统安全、稳定运行带来很大隐患。本项目致力于研究、探索能测试大TA抗相间电磁干扰能力的有效、易行方法。 本项目研究拟采用电磁场解析及数值仿真、磁路分析以及物理试验相结合的方法。计算在大TA铁心内邻相通电母线产生的杂散磁场、非均绕等安匝法产生的泄漏磁场、通电的一次母线偏心产生的泄漏磁场，找出这三种磁场间足够准确的等效关系；最后采用物理试验，对探索出的等效关系进行验证，评估非均绕等安匝法的实施效果。本项目研究成功后，可得到简单、有效测试大TA抗电磁干扰能力的方法，有助于解决大TA抗电磁干扰能力测试这一世界性难题。

大电流互感器，被简写为 HCT，是用于测量大容量发电机组出线端母线电流的必要设备。HCT需加装四段平衡绕组，以屏蔽邻相母线大电流产生的强干扰磁场。. 在 HCT 出厂试验中，需要进行抗外磁场干扰性能测试。实施这项测试的难点在于，在发电机出线端，HCT 的干扰源是另外五相数万安培的大电流。如此大的多相激励电源，一般 HCT 制造厂或专门检定实验室均不具备。为寻求等效的测试方法，前人已提出了“非均绕等安匝法”，即在HCT圆环铁心上缠绕一段非均绕线圈，利用其产生的所谓泄漏磁场去等效干扰磁场，以达到测试HCT抗磁场干扰能力的目的。前人建立的解析模型过于简单，也未做过数万安培的试验验证。本项目致力于找到一种能准确、可靠且便捷的对HCT实际运行条件下的抗外磁场干扰能力进行等效测试的方法，给出相应的理论模型和有试验依据的学术结论，为解决HCT抗干扰能力之前无法有效测试这一世界性难题提供科学依据和可靠技术支撑。. 本项目首先完善了用以表征干扰磁场的解析模型。具体地，在二维简化模型下，首次提出线圈泄漏磁场的解析计算式；提出利用铁心汇集系数修正干扰磁场解析计算式计算结果的方法和相应的经验计算公式。还提出了用以计算HCT四段平衡绕组的电流、HCT铁心中剩余磁场分布的解析计算式，以及平衡绕组安装角度的最优设置策略。. 依据线圈泄漏磁场解析计算式，提出了用于设计非均绕线圈参数的“L2范数最小法”和“部分级数求和法”，并通过数值仿真计算了基于这两种方法得到的线圈泄漏磁场与单个外电流产生的干扰磁场相等效的误差。利用正负序分解法和相量法，分析了五相外电流产生的干扰磁场的特性，并以等效B相受到其他五相电流产生的磁场干扰为目标，提出了一种新型的双非均绕线圈结构及其设计方法，并以数值仿真验证了该设计的优越性。. 设计并实施了4项物理试验，验证了HCT铁心中干扰磁场、剩余磁场以及HCT四段平衡绕组电流的解析模型的正确性，有效地检验了非均绕等安匝测试方法用于等效外电流产生的干扰磁场的适用性。