升流器和被检电流互感器同轴优化设计

对于10kA以上大电流升流器与标准和被检电流互感器，都采用三者的同轴结构，最大限度地减小感抗，减小所需的容量。同轴结构有两种方案：

一种方案是采用特制铜套结构，将升流器与标准和被检电流互感器用铜套包住，形成短路匝，即升流器的输出绕组与标准和被检电流互感器的一次绕组同时短路，如图2-15所示。图中T为铜套，S为升流器，T0和Tx为标准和被检电流互感器。铜套底座、升流器和标准电流互感器安装成一体，装入被检电流互感器后，再盖上铜套的上盖，形成电流的闭合回路，升流器即可给互感器输出一次电流。类似这种原理结构的升流器和电流互感器有：北京电力试验研究所研制的40kA大电流比较仪和40kA、600kVA升流器，直接用600kVA调压器供电，升流器重约2吨。瑞士100kA升流器，穿心导线采用32根空心铝管，管中通有冷却水；升流器容量为2.2MVA，由2Mvar电容箱和330kVA调压器供电；升流器大，穿心铝管长、漏抗大、容量也大。

图2-15　升流器与标准和被检互感器铜套结构

另一种方案是采用穿心式升流器、标准和被检电流互感器叠放在一起，并通过窗口均布穿心导线结构，如图2-16所示，图中S为升流器，T0和Tx为标准和被检电流互感器，D为穿心连接导线。在这种结构中，大电流导线可以多回路均匀地从穿心窗口中穿过，达到最理想的并联回路和最小的包围空间，使感抗减小到最小值。据此线路做了一套5kA模拟试验样品：0.02级5kA标准电流互感器和5kA、5kVA升流器，检定5kA电流互感器，用12根均布的并联导线，只要2kVA就可升到5kA，与原HE6成套装置比较，所需电源和升流器容量只有原来的1/15。

图2-16　升流器与标准和被检互感器导线结构

为进一步了解大电流回路的阻抗，还可在不同数目的穿心导线（每根长lm截面积50mm2）均匀分布短路状态下，实测升流器输入回路阻抗，试验线路如图2-17所示，图中PT为0.5级电压互感器，被检互感器Tx二次短路，标准互感器T0二次输入互感器校验仪HE的T0、Tx工作电流回路，PT的二次输入HE的K、D小电压回路。当PT的电压比与升流器S相同，且T0的电流比为K=5000/5=1000时，通过校验仪测得电流互感器一次电流回路的阻抗Z（包含升流器输入绕组和互感器二次折算至一次电流回路的阻抗）为：

式中 R——校验仪电阻读数，Ω；(www.xing528.com)

X——电抗读数Ω。

图2-17　一次回路阻抗测试线路

在连接导线为1～12根下，测得的阻抗值列于表2-1。

由表2-1中可见，随着穿心导线数目的增加，电阻约成反比减小（因有折算阻抗和接触电阻，且导线的长度和截面也不全等），而当穿心导线由1根增至4根时（2根和4根均为对称分布），感抗也约成反比减小，但是当增至8根即绕组基本上均匀分布后，感抗就减小不多了。因此，只要增加穿心导线数目，电阻可以一直减小，而感抗在小到一定程度后就不再减小了。当穿心导线为12根，电流密度约为8A/mm2时，升流器容量计算公式（2-35）中的系数减小至：KR≈0.31V，Kx≈0.04mΩ。由于连接导线长度及其所包围的面积得到最大限度的减小，使式（2-35）中系数也得到最大限度的减小。这样5kA电流所需电源和升流器容量仅为1.84kVA。

表2-1　升流器输入阻抗和容量

利用图2-17线路可随时测定一次电流回路的阻抗，以确定通过减小电阻或减小感抗，使升流器容量达到最小值。

20世纪80年代据此研制了由4台50kA、50kVA组成的50kA、200kVA升流器。两台30kA、30kVA组成的30kA、60kVA升流器，由两台30kVA调压器供电，检定25kA电流互感器，当电流达到25kA时，两个调压器的总容量不超过50kVA。所有这些升流器都取得了减小电源容量的良好效果。