大電流互感器(大TA)的電磁屏蔽一直是大TA安全穩定性研究方面的難點問題之一。現今，發電機組裝機容量不斷增大，但受絕緣等因素制約，其電壓等級提高并不多，這就使得其母線電流明顯增大[1]，如600MW發電機組母線的額定電流已達25kA，從而導致發電機出口處三相母線的磁場很強，嚴重干擾著該處裝設的大TA的正常運行[4]-[6]，甚至出現了大TA燒毀的事故[7],[8]。為削弱三相母線間強磁場對大TA的干擾，內磁屏蔽法得到了廣泛應用[9]-[11]。在大TA的設計制造上，目前常用的內磁屏蔽方案是分4段各90°纏繞平衡繞組，其他偶數段平衡繞組方案以及4段180°纏繞平衡繞組方案均被實踐證實效果不佳[13]-[16]。根據各段平衡繞組間連接方式的不同，4段90°纏繞平衡繞組又有“兩對反極性串”和“4段全并”兩種接線方式之分。目前工程實際中普遍采用的就是這兩種內磁屏蔽方案[17]-[19]。已有的實驗檢測結果表明，這兩種方案下，大TA的主要性能指標即測量誤差和溫升各有優劣，例如，300MW發電機組用大TA采用“4段全并”方案的居多;而600MW發電機組則更多使用“兩對反極性串”方案。但當發電機組裝機容量繼續增大，如達到1000MW甚至更大時，這兩種方案哪個性能更優?到目前為止，還未見有對這兩種方案技術性能進行過全面比較研究的報道。而這已成為困擾當前大TA設計和制造的一個迫切需要解決的難題。

　　本文工作致力于比較研究平衡繞組分4段按90°纏繞，“兩對反極性串”與“4段全并”這兩種內磁屏蔽方案的技術性能孰優孰劣，為1000MW及以上容量發電機組用大TA的設計和制造提供理論依據和指導原則。現實中，在發電機組容量增大情況下，大TA所需平衡繞組匝數明顯增多，致使其體積增大、溫升增加，而發電機出口處三相母線間的距離卻基本沒變。這就要求研發設計出更可靠、更緊湊且相對輕便的大TA。為此，就必須根據實際情況確定出最佳的內磁屏蔽方案。

　　2　大TA的內磁屏蔽原理

　　2.1以平衡繞組抵御外磁場干擾

　　文獻[9]首次提出了采用平衡繞組的所謂內磁屏蔽方法。文獻[10]對內磁屏蔽方法進行了系統論述。文獻[17]-[19]申請了平衡繞組接線方法專利。內磁屏蔽的基本思想是：在大TA中產生一個與雜散磁場(由外電流產生的在鐵心中的磁場稱為雜散磁場)大小相同、方向相反的泄漏磁場，以抵消雜散磁場的影響。這種方法亦可理解為，外導體與大TA的平衡繞組及鐵心共同構成一個低精度的TA，其中，外導體相當于此低精度TA的一次繞組，平衡繞組為其二次繞組;它們的電流在鐵心中產生的磁場幾乎完全相抵消，從而對本相大TA起到屏蔽保護作用。以平衡繞組抵御雜散磁場干擾的原理示意見圖 1。

　　圖 1 平衡繞組法原理示意

　　2.2常用的內磁屏蔽方案

　　圖 1所示的兩段繞組，同名端相聯即反極性串聯，構成了所謂一對平衡繞組;，它們對豎直方向雜散磁場的抵消效果最好。為抵御來自多個方向的雜散磁場，需要采用至少兩對平衡繞組。設計制造實踐表明，在平衡繞組總匝數一定條件下，其分段數越多，其各對感應出的平衡電流之間的差異越大，最大平衡電流值也越大，故也越容易造成大TA局部溫升過高[13]。實際大TA設計制造中常用的就是兩對即4段繞組式的內磁屏蔽。具體地，據纏繞方式和各段間連接方式的不同，4段平衡繞組又細分為每段纏繞90°和每段纏繞180°的“兩對反極性串”、“4段全并”共4個不同方案。

　　(a) 4段90°纏繞 (b) 4段180°纏繞

　　圖2 大TA的4段平衡繞組纏繞方式

　　(a) 反極性串連接 (b) 全并連接

　　圖3 大TA平衡繞組段的接線方式

　　這里以平衡繞組的4段90°纏繞方式下“兩對反極性串”與“4段全并”接線方式大TA的發熱量、測量誤差比較為例，通過理論分析證明它們相應性能誰好誰劣。該證明過程和結論也完全適用于4段180°纏繞方式下以上述兩種接線方式設計的大TA性能優劣的比較。而實踐證明，不論哪種接線方式，以4段180°纏繞平衡繞組的大TA的溫升較高，故實際中很少制造如此屏蔽的大TA。于是，需要比較、證明屏蔽性能優劣的，只剩下平衡繞組分4段90°纏繞的兩種接線方式下大TA發熱量、測量誤差的比較了。

　　對平衡繞組分4段90°纏繞的大TA而言，因其平衡繞組有“兩對反極性串”還是“4段全并”兩種接線方式，故共有兩種內磁屏蔽方案。而具體方案的選擇，就是在大TA成品上對4段屏蔽繞組做相應連接。如此，在對大TA的性能以非均繞等安匝法測試條件下[6]，大TA的一次非均繞等安匝繞組、二次繞組以及所有段平衡繞組的纏繞方向均一致。此處，假設大TA的鐵心工作在線性區，構建大TA的線性電路模型，設L1、L2為一、二次繞組的自感;L3-L6為4段平衡繞組的自感，它們均為恒定值;各繞組(段)之間互感的矩陣記為{Mij},i,j=1,2…6，各互感也均為恒定值，并有Mij=Mji, i,j=1,2…6，且M33=M44= M55= M66，M34= M45= M56，M35= M46等關系。

　　同理，可列出其方程組如式所示

　　同時還可得出，平衡繞組段3與段5的總發熱量在兩種方案下的差，等于平衡繞組段4與段6的總發熱量在兩種方案下的差，均為整個平衡繞組總發熱量之差的一半，具體為

　　整理得

　　如此可得到結論，“4段全并”方案下的最大平衡電流大于“兩對反極性串”的最大平衡電流;又由于其它條件一致，故“4段全并”方案的局部溫升必然大于“兩對反極性串”的局部溫升。