大电流互感器(大TA)的电磁屏蔽一直是大TA安全稳定性研究方面的难点问题之一。现今，发电机组装机容量不断增大，但受绝缘等因素制约，其电压等级提高并不多，这就使得其母线电流明显增大[1]，如600MW发电机组母线的额定电流已达25kA，从而导致发电机出口处三相母线的磁场很强，严重干扰着该处装设的大TA的正常运行[4]-[6]，甚至出现了大TA烧毁的事故[7],[8]。为削弱三相母线间强磁场对大TA的干扰，内磁屏蔽法得到了广泛应用[9]-[11]。在大TA的设计制造上，目前常用的内磁屏蔽方案是分4段各90°缠绕平衡绕组，其他偶数段平衡绕组方案以及4段180°缠绕平衡绕组方案均被实践证实效果不佳[13]-[16]。根据各段平衡绕组间连接方式的不同，4段90°缠绕平衡绕组又有“两对反极性串”和“4段全并”两种接线方式之分。目前工程实际中普遍采用的就是这两种内磁屏蔽方案[17]-[19]。已有的实验检测结果表明，这两种方案下，大TA的主要性能指标即测量误差和温升各有优劣，例如，300MW发电机组用大TA采用“4段全并”方案的居多;而600MW发电机组则更多使用“两对反极性串”方案。但当发电机组装机容量继续增大，如达到1000MW甚至更大时，这两种方案哪个性能更优?到目前为止，还未见有对这两种方案技术性能进行过全面比较研究的报道。而这已成为困扰当前大TA设计和制造的一个迫切需要解决的难题。

　　本文工作致力于比较研究平衡绕组分4段按90°缠绕，“两对反极性串”与“4段全并”这两种内磁屏蔽方案的技术性能孰优孰劣，为1000MW及以上容量发电机组用大TA的设计和制造提供理论依据和指导原则。现实中，在发电机组容量增大情况下，大TA所需平衡绕组匝数明显增多，致使其体积增大、温升增加，而发电机出口处三相母线间的距离却基本没变。这就要求研发设计出更可靠、更紧凑且相对轻便的大TA。为此，就必须根据实际情况确定出最佳的内磁屏蔽方案。

　　2　大TA的内磁屏蔽原理

　　2.1以平衡绕组抵御外磁场干扰

　　文献[9]首次提出了采用平衡绕组的所谓内磁屏蔽方法。文献[10]对内磁屏蔽方法进行了系统论述。文献[17]-[19]申请了平衡绕组接线方法专利。内磁屏蔽的基本思想是：在大TA中产生一个与杂散磁场(由外电流产生的在铁心中的磁场称为杂散磁场)大小相同、方向相反的泄漏磁场，以抵消杂散磁场的影响。这种方法亦可理解为，外导体与大TA的平衡绕组及铁心共同构成一个低精度的TA，其中，外导体相当于此低精度TA的一次绕组，平衡绕组为其二次绕组;它们的电流在铁心中产生的磁场几乎完全相抵消，从而对本相大TA起到屏蔽保护作用。以平衡绕组抵御杂散磁场干扰的原理示意见图 1。

　　图 1 平衡绕组法原理示意

　　2.2常用的内磁屏蔽方案

　　图 1所示的两段绕组，同名端相联即反极性串联，构成了所谓一对平衡绕组;，它们对竖直方向杂散磁场的抵消效果最好。为抵御来自多个方向的杂散磁场，需要采用至少两对平衡绕组。设计制造实践表明，在平衡绕组总匝数一定条件下，其分段数越多，其各对感应出的平衡电流之间的差异越大，最大平衡电流值也越大，故也越容易造成大TA局部温升过高[13]。实际大TA设计制造中常用的就是两对即4段绕组式的内磁屏蔽。具体地，据缠绕方式和各段间连接方式的不同，4段平衡绕组又细分为每段缠绕90°和每段缠绕180°的“两对反极性串”、“4段全并”共4个不同方案。

　　(a) 4段90°缠绕 (b) 4段180°缠绕

　　图2 大TA的4段平衡绕组缠绕方式

　　(a) 反极性串连接 (b) 全并连接

　　图3 大TA平衡绕组段的接线方式

　　这里以平衡绕组的4段90°缠绕方式下“两对反极性串”与“4段全并”接线方式大TA的发热量、测量误差比较为例，通过理论分析证明它们相应性能谁好谁劣。该证明过程和结论也完全适用于4段180°缠绕方式下以上述两种接线方式设计的大TA性能优劣的比较。而实践证明，不论哪种接线方式，以4段180°缠绕平衡绕组的大TA的温升较高，故实际中很少制造如此屏蔽的大TA。于是，需要比较、证明屏蔽性能优劣的，只剩下平衡绕组分4段90°缠绕的两种接线方式下大TA发热量、测量误差的比较了。

　　对平衡绕组分4段90°缠绕的大TA而言，因其平衡绕组有“两对反极性串”还是“4段全并”两种接线方式，故共有两种内磁屏蔽方案。而具体方案的选择，就是在大TA成品上对4段屏蔽绕组做相应连接。如此，在对大TA的性能以非均绕等安匝法测试条件下[6]，大TA的一次非均绕等安匝绕组、二次绕组以及所有段平衡绕组的缠绕方向均一致。此处，假设大TA的铁心工作在线性区，构建大TA的线性电路模型，设L1、L2为一、二次绕组的自感;L3-L6为4段平衡绕组的自感，它们均为恒定值;各绕组(段)之间互感的矩阵记为{Mij},i,j=1,2…6，各互感也均为恒定值，并有Mij=Mji, i,j=1,2…6，且M33=M44= M55= M66，M34= M45= M56，M35= M46等关系。

　　同理，可列出其方程组如式所示

　　同时还可得出，平衡绕组段3与段5的总发热量在两种方案下的差，等于平衡绕组段4与段6的总发热量在两种方案下的差，均为整个平衡绕组总发热量之差的一半，具体为

　　整理得

　　如此可得到结论，“4段全并”方案下的最大平衡电流大于“两对反极性串”的最大平衡电流;又由于其它条件一致，故“4段全并”方案的局部温升必然大于“两对反极性串”的局部温升。