電流互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置中二次負(fù)荷檢測方法探討

唐國民，秦富祥，王 郁，蔣 衛(wèi)，蔣映霞，劉 勇

（1.中國測試技術(shù)研究院 四川 成都 610021；2.四川省電力科學(xué)研究院，四川 成都 610072；3.遵義市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗檢測院，貴州 遵義 563000）

0 引 言

電流互感器由一次繞組、二次繞組、鐵芯及絕緣材料構(gòu)成[1]，通過電磁感應(yīng)的方式實現(xiàn)用電信息的傳輸。一次繞組串聯(lián)在供電線路中，二次繞組按照相應(yīng)的電流比輸出電流到二次儀表。電流互感器主要有兩方面用途，一方面和電能表配套用于計量電能；另一方面，在電力線路中用于保護線路安全運行，它是電力線路中非常重要的元件之一。目前大多數(shù)電流互感器都采用電磁感應(yīng)原理來實現(xiàn)電流變換，由于眾多因素的影響，會使電流變比產(chǎn)生誤差[2]。

盡管影響電流互感器誤差的因素很多，但使用電流互感器的用戶只需要提出一些簡單的要求，比如根據(jù)線路電壓選擇相應(yīng)電壓等級的電流互感器，根據(jù)用電量的大小及二次儀表的輸入電流選擇相應(yīng)的額定電流比，這些會影響使用過程中的安全，對計量準(zhǔn)確度不會造成實質(zhì)的影響。為了保證計量的準(zhǔn)確可靠，電流互感器在使用之前應(yīng)該通過計量部門進行檢測。

1 二次負(fù)荷對電流互感器誤差的影響

二次負(fù)荷是影響電流互感器變比誤差的主要因素之一[2-3]。電流互感器在工作時，二次電流在二次負(fù)荷上產(chǎn)生相應(yīng)的電壓。在一次電流恒定時，當(dāng)二次負(fù)荷阻抗變化，二次繞組的電壓就會發(fā)生變化，勵磁電流也隨之改變，直接影響電流變比誤差。

計量檢定規(guī)程規(guī)定[4-5]，電流互感器負(fù)荷箱的允許誤差為±3%，據(jù)有關(guān)資料[6]分析：負(fù)載箱±3%的誤差變化對電流互感器的檢定數(shù)據(jù)帶來±6%的限值誤差，比如對0.2S級電流互感器帶來的限值誤差見表1。

表1 電流互感器負(fù)荷箱的誤差對檢定電流互感器帶來誤差限值

表1為通過資料分析得到的數(shù)據(jù)，表明檢定電流互感器時，負(fù)載箱不準(zhǔn)確對檢定結(jié)果會帶來誤差。

實際上通過實驗也可以確定負(fù)荷與電流變比誤差的關(guān)系。負(fù)荷變化對誤差影響的試驗方法在筆者的相關(guān)文章中進行了介紹[7]。不管是分析還是試驗都證明一點：電流互感器的誤差受負(fù)荷的影響客觀存在。

電流互感器在使用前通過互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置進行檢測，標(biāo)準(zhǔn)裝置中提供電流互感器的額定負(fù)荷及下限負(fù)荷作為模擬負(fù)荷。該負(fù)荷主要由負(fù)載箱、連接導(dǎo)線及二次回路中的接觸電阻等部分構(gòu)成，基本滿足相關(guān)計量檢定規(guī)程的要求。負(fù)載箱通過校準(zhǔn)滿足相關(guān)規(guī)范要求，但連接導(dǎo)線及接觸電阻等容易被忽視，從而造成計量數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，影響到互感器制造企業(yè)和用戶的利益。為了改變這種狀況，有必要對互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置中模擬二次負(fù)荷的實際值是否滿足相關(guān)計量檢定規(guī)程的要求進行研究[8]。

2 互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置中的二次負(fù)荷

2.1 確定電流互感器二次負(fù)荷的原則

前面分析二次負(fù)荷對電流互感器誤差的影響時知道，當(dāng)二次負(fù)荷阻抗增大，將使二次繞組的電壓升高，也會使激磁電流增加，導(dǎo)致電流誤差增大。

圖1為電流互感器工作原理圖?？芍坞娏?、二次負(fù)荷及二次電壓的關(guān)系為

圖1 電流互感器工作原理圖

ZB主要包括電流測試部分阻抗、導(dǎo)線及各個觸點的電阻。實際使用中ZB可以是電能表的電流線圈回路阻抗，也可以是電流表、繼電器線圈回路阻抗等。式（1）表明二次電流I˙X流過二次負(fù)荷ZB產(chǎn)生二次電壓U˙，所以電流互感器的二次負(fù)荷ZB，也可以理解為有I˙x流過的除電流互感器自身的二次繞組阻抗外的部分構(gòu)成的阻抗，即本文提出的確定二次負(fù)荷的基本原則?；谶@個原則對互感器的檢測線路進行分析。

2.2 檢定電流基本原理線路

檢定電流互感器就是對電流互感器變比的比值誤差及相位誤差進行測量，通常采用與被檢電流互感器額定變比相同標(biāo)準(zhǔn)電流互感器作為標(biāo)準(zhǔn)，在規(guī)定的電流下測量兩互感器變比的誤差[4-5]。常用的0.2S級電流互感器檢定線路圖如圖2所示。

圖2 電流互感器檢定線路圖

由圖2可知：標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和被檢電流互感器初級同名端相連，次級同名端也相連，升流器輸出電流同時流過標(biāo)準(zhǔn)和被檢電流互感器的初級繞組，在它們的次級繞組上按照各自的變比感應(yīng)出相應(yīng)的電流I˙0和I˙X。當(dāng)兩者變比及性能完全相同時，它們感應(yīng)出相應(yīng)的電流相等，即I˙0=I˙X，ΔI˙=0，K1到 K 的支路電流為零；當(dāng)兩者變比及性能不完全相同時，它們感應(yīng)出相應(yīng)的電流也不相等，即I˙0≠I˙X，ΔI˙≠0，K1到 K的支路就有誤差電流產(chǎn)生。誤差測量裝置對該電流進行處理，就可以顯示標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和被檢電流互感器變比的比值誤差及相位誤差[9-10]。被檢電流互感器二次側(cè)的負(fù)荷Z作為模擬負(fù)載，檢定時應(yīng)在規(guī)定的負(fù)荷進行。

根據(jù)確定二次負(fù)荷的原則，在這個原理線路中，二次負(fù)荷Zx應(yīng)包括Tx到負(fù)載箱的導(dǎo)線電阻R1、負(fù)載箱到Kx2的導(dǎo)線電阻R2、Kx1到Kn1的導(dǎo)線電阻R3及負(fù)載箱的阻抗。

2.3 變換線路

實際使用的線路在細(xì)節(jié)上有多種變化，見圖3～圖5。

在圖3線路中，二次負(fù)荷Zx應(yīng)包括Tx到負(fù)載箱的導(dǎo)線電阻R1、負(fù)載箱到Kx2的導(dǎo)線電阻R2及負(fù)載箱的阻抗，即：

在圖4線路中，二次負(fù)荷Zx應(yīng)包括Tx到負(fù)載箱的導(dǎo)線電阻R1、負(fù)載箱到Kx2的導(dǎo)線電阻R2、Kx1到K的導(dǎo)線電阻R4及負(fù)載箱的阻抗，即：

在圖5線路中，二次負(fù)荷Zx應(yīng)包括Tx到負(fù)載箱的導(dǎo)線電阻R1、負(fù)載箱到Kxi2的導(dǎo)線電阻R5、Kxi1到K的導(dǎo)線電阻R6及負(fù)載箱的阻抗，即：

圖3～圖5中基本上能夠理清屬于二次負(fù)荷的部分導(dǎo)線。實際應(yīng)用中有多臺位，使用繼電器用于切換被檢電流互感器的接線臺及其他接線方式，接線的變化太多難以具體描述。

3 現(xiàn)場測量二次負(fù)荷的方法

3.1 靜態(tài)測試

圖2到圖5可按照式（2）～式（5）用電橋測量導(dǎo)線的電阻，該電阻阻值應(yīng)滿足負(fù)載箱上對外接電阻的要求。因為負(fù)載箱通過了計量部門的檢測，可以不再進行測試。

另外通過互感器校驗儀說明書介紹的方法測量二次負(fù)荷僅供參考[9]，因為這種方法可能滿足不了本文提出的確定二次負(fù)荷的原則。

圖3 電流互感器檢定線路圖的細(xì)節(jié)變化1

圖4 電流互感器檢定線路圖的細(xì)節(jié)變化2

圖5 電流互感器檢定線路圖的細(xì)節(jié)變化3

現(xiàn)場環(huán)境及裝置布線非常復(fù)雜，要按圖2～圖5找到相關(guān)導(dǎo)線非常麻煩，難以用靜態(tài)的方法進行測試；對于多臺位及有繼電器切換接線的裝置，由于涉及計算機程控問題，各導(dǎo)線在裝置臺體中捆綁在一起，分辨繼電器觸點電阻的影響還是其他因素影響變得很難，用靜態(tài)的方法不能進行測試。

3.2 在線測試

在線測試二次負(fù)荷的理論基礎(chǔ)是本文提到的確定二次負(fù)荷的原則。式（1）中Zx代替ZB經(jīng)變換：

在實際工作狀態(tài)下，調(diào)整調(diào)壓器使電流相對固定在1～5A的任意值，測量出被檢電流互感器二次兩端的電壓及電流即可計算出實際電阻值。該值與負(fù)載箱相應(yīng)標(biāo)稱值的誤差應(yīng)滿足計量檢定規(guī)程對負(fù)載箱所要求的誤差限值。

也可以選擇具有阻抗測量功能的設(shè)備，如互感器校驗儀、二次負(fù)荷測量儀等，這些儀器可以直接輸入電流向量及電壓向量，因此它們測量出來的數(shù)據(jù)是包括同相分量和正交分量的阻抗值，可以對負(fù)載箱功率因素為0.8的部分在工作狀態(tài)進行檢測。

在線測試負(fù)荷的方法應(yīng)用時應(yīng)注意到取電流及電壓的接線位置。

3.3 在線測試方法驗證

用兩種方式對名義值為0.1Ω的直流標(biāo)準(zhǔn)電阻在兩種狀態(tài)下進行測量，數(shù)據(jù)見表2。

表2 對名義值為0.1Ω的直流標(biāo)準(zhǔn)電阻的測量結(jié)果

由表2可知：兩種測量方式帶來的相對誤差絕對值約為0.2%，表明用負(fù)荷測試儀對導(dǎo)線類功率因素為1的直流電阻可以在線測量。

圖2中的電流互感器二次回路阻抗由負(fù)載箱和連接導(dǎo)線兩大部分構(gòu)成，阻抗按式（2）計算。采用兩種方式進行分別進行測量。負(fù)載箱中名義值為0.2Ω，功率因素為0.8，靜態(tài)測量數(shù)據(jù)為：同相分量RX1=0.1022Ω，正交分量-0.1203Ω。連接導(dǎo)線電阻用電橋測量得到R1=0.0022Ω、R2=0.0453Ω、R3=0.0129Ω，RX2=R1+R2+R3=0.0604Ω。在線測量時采用阻抗測量類儀器進行測量，兩種方法測量數(shù)據(jù)見表3。

表3 對負(fù)載箱中名義值為0.2Ω，外接電阻為0.06Ω，功率因素為0.8的負(fù)荷進行測量的結(jié)果

由表3可知：兩種測量方式帶來的相對誤差絕對值約為0.2%，這種誤差主要是測量儀器本身帶來的，不是測量方法帶來的，同時能滿足現(xiàn)場測量阻抗的要求。由此表明用阻抗測量測量類儀器對功率因素為0.8的阻抗也可以在線測量。

為了驗證本文提出的確定二次負(fù)荷的基本原則，在不改變連接導(dǎo)線的情況下，接線方式由圖2變成圖3。由式（3）可知：Zx不包括R3，同樣在線測量時采用阻抗測量類儀器進行測量，同相分量的數(shù)據(jù)為：0.1502Ω，通過計算得到同相分量的數(shù)據(jù)為0.1496Ω，相對誤差的絕對值為0.4%。該誤差主要由測量儀器本身帶來的，由此表明本文提出的確定二次負(fù)荷的基本原則是正確的。

表2、表3表明在線測量的方法可以測量互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置中被檢電流互感器的二次回路的負(fù)荷，用同樣的方式也可以測量標(biāo)準(zhǔn)互感器二次回路的負(fù)荷。

4 結(jié)束語

互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置中影響計量準(zhǔn)確度的因素較多，但負(fù)荷不準(zhǔn)確的影響很容易被忽視。對一些簡單的線路中可通過靜態(tài)的方式檢測二次負(fù)荷；對一些負(fù)雜的線路，比如多臺位裝置、帶繼電器的裝置等，用在線檢測的方法檢測二次負(fù)荷是最理想的檢測方法。

[1]趙修民.電流互感器[M].太原：山西科學(xué)教育出版社，1980.

[2]陳鵬.電流互感器誤差因素分析[J].云南電力技術(shù)，2008（6）：51-53.

[3]劉振波.電流互感器二次負(fù)荷對計量誤差的影響[J].東北電力技術(shù)，2007（11）：21-23，47.

[4]JJG 313—2010測量用電流互感器[S].北京：中國質(zhì)檢出版社，2010.

[5]JJG 1021—2007電力互感器[S].北京：中國計量出版社，2010.

[6]趙修民.在互感器檢定中負(fù)載誤差所造成的影響[J].互感器通訊，1993（4）：1-5，22.

[7]唐國民，秦富祥.電流互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置分析[J].中國測試技術(shù)，2007（4）：20-25.

[8]于國發(fā).德國計量部門對互感器檢定裝置的監(jiān)督檢查[J].互感器通訊，1996（1）：8-9.

[9]趙修民.互感器校驗儀[M].太原：山西科學(xué)教育出版社，1996.

[10]胡靜斐.二次負(fù)載對電流互感器誤差的影響及測試方法[J].廣東電力，2005（12）：59-61，74.