基于線性補償方式的電磁式CT負荷特性的研究

張杰梁

（福建省計量科學(xué)研究院，福建 福州 350003）

基于線性補償方式的電磁式CT負荷特性的研究

張杰梁

（福建省計量科學(xué)研究院，福建 福州 350003）

為分析二次負荷對電磁式電流互感器誤差的影響，利用電流互感器的T型等效電路建立未經(jīng)補償電磁式電流互感器誤差的數(shù)學(xué)模型,通過實驗得出其負荷特性試驗數(shù)據(jù)，進而擬合出負荷特性曲線。在分析各檢定規(guī)程對電流互感器負荷箱計量性能要求的基礎(chǔ)上，采用OMICRON公司的CT分析儀對兩種不同相數(shù)和線圈外絕緣介質(zhì)的電磁式電流互感器進行負荷特性試驗。結(jié)果表明：高壓電磁式電流互感器對二次負荷并不敏感，當負荷誤差在-13%～13%變化時，比值差和相位差的變化還不到一個修約間隔；而對低壓電磁式電流互感器而言，比值差最大變化超過1個修約間隔。

電流互感器；負荷特性；線性補償；非線性補償

0 引 言

雖然電流負荷在電磁式電流互感器的檢定中僅扮演配套設(shè)備的角色，但由于電磁式電流互感器的準確度與負荷有關(guān)，若檢定時的實際負荷與銘牌上標注的二次負荷差異過大，將對被檢電磁式電流互感器產(chǎn)生明顯的容量變化，影響測量結(jié)果的準確度與可靠性。

文獻[1]～[5]提出了二次負荷對電流互感器誤差的重要影響，但均未對不同補償方式、不同相數(shù)以及采用不同的絕緣介質(zhì)的電流互感器負荷特性進行比較分析?？紤]到目前國內(nèi)廣泛使用的電磁式電流互感器，其準確度一般為0.1級及以下等級，這類電流互感器采用的鐵心一般為冷軋硅鋼片，普遍采用線性補償方式，如匝數(shù)補償、分數(shù)匝補償?shù)取?.05級及以上的精密電流互感器主要在一些特殊場合下使用，如在電流互感器檢定裝置中作為主標準器用來檢定低等級的電流互感器，此時，其誤差負荷特性往往因采用多種非線性補償方式而不具備規(guī)律性。故本文的研究工作主要針對線性補償方式的電磁式電流互感器展開。

首先分析了未經(jīng)補償電磁式電流互感器的誤差形成機理及負荷特性，在此基礎(chǔ)上以線性補償方式的電磁式電流互感器為例，對其上下限誤差特性曲線進行分析。同時在給出國內(nèi)各檢定規(guī)程對電流互感器負荷箱的計量性能要求的前提下，基于OMICRON公司的CT分析儀，對相數(shù)采用支柱式和母線式、線圈外絕緣介質(zhì)采用繞組澆注成型固體和塑料殼的電力系統(tǒng)用電流互感器的誤差負荷特性進行試驗分析[6-7]。

1 未經(jīng)補償電磁式電流互感器的誤差形成機理及負荷特性

未經(jīng)補償?shù)牡碾姶攀诫娏骰ジ衅?，其等值電路如圖1所示。圖中，二次電流通過外接負荷阻抗Z，產(chǎn)生二次壓降通過繞組內(nèi)阻抗產(chǎn)生電壓降二次回路的總阻抗為[8]

式中：B——磁密，T（1T=10000Gs）；

S——鐵心截面，cm2；

k——鐵心疊片系數(shù)，目前電磁式電流互感器通常采用的冷扎硅鋼片k=0.9～0.95。

要使鐵心有磁密B，鐵心必須有磁場強度H，磁密和磁場強度的比值就是鐵心的磁導(dǎo)率，一般用μ表示。

圖1 未經(jīng)補償?shù)碾姶攀诫娏骰ジ衅鞯戎惦娐穲D

由于電流互感器的復(fù)數(shù)誤差，是反轉(zhuǎn)180°的二次電流相量按額定電流比折算至一次后，與實際一次電流相量之差對實際一次電流的比值，并用百分數(shù)表示[9]，即：

即復(fù)數(shù)誤差為二次負荷與二次勵磁阻抗之比的負值。

聯(lián)立式（2）、式（3）、式（7），并將I1W1=I2W2代入，可得電流互感器的誤差計算公式：

式中：Z2——二次回路的總阻抗；

l——鐵心的平均磁路長度；

W——二次繞組匝數(shù)；

μ——鐵心磁導(dǎo)率；

S——鐵心截面積；

k——鐵心疊片系數(shù)。

由式（7）可知，電流互感器的誤差與二次負荷的大小成正比。當二次負荷增大時，鐵心的磁密增大，鐵心的磁導(dǎo)率也略有增大，所以互感器的誤差隨著二次負荷的增大而增大，但小于正比的增大[10]。

2 基于線性補償方式的電磁式電流互感器上下限負荷誤差特性曲線的分析

為了分析基于線性補償方式的電磁式電流互感器上下限誤差特性曲線，以未經(jīng)補償?shù)碾姶攀诫娏骰ジ衅鳛槔?，對其額定變比500A/5A時的負荷特性進行試驗（試驗結(jié)果見表1），從表1可知，該電磁式電流互感器的基本誤差不符合0.1級要求。為提高其準確度等級，需對其誤差進行補償，考慮到其比值差總體偏負，故可采用匝數(shù)補償?shù)姆绞綄Χ卫@組少繞一匝，此時比值差補償量Δf=W×100/W2=1.00%，相位差補償量Δδ=0.00%，經(jīng)補償后的數(shù)據(jù)如表2所示。從表2可以看出，匝數(shù)補償起到了平移比值差曲線的作用。經(jīng)過線性補償后的電流互感器，其準確度可達到0.1級，現(xiàn)采用Matlab進行二次擬合。圖2為電磁式電流互感器負荷誤差特性曲線，從圖2（a）～（f）可以看出，功率因數(shù)相同時，額定負荷的誤差（包括比值差和相位差）大于下限負荷的誤差，且二者的比值差（相位差）曲線隨著電流的增大而增大（減?。?，當增大到100%額定電流時，互感器接近飽和，此時誤差曲線不再按比例增加（減?。?；當負荷相同時，在功率因數(shù)1.0時的比值差較0.8時小，而相位差則相反。值得一提的是，當電磁式電流互感器采用匝數(shù)補償方式或分數(shù)匝補償方式進行誤差補償時，其比值差雖然減小了，但二次負荷對誤差的影響趨勢沒有發(fā)生變化。此外，不同廠家生產(chǎn)的不同型號電磁式電流互感器，雖誤差不同，但上下限負荷誤差特性曲線大致相同。

表1 未經(jīng)補償電流互感器負荷特性試驗結(jié)果

表2 經(jīng)匝數(shù)補償后電流互感器負荷特性試驗結(jié)果

3 CT二次負荷計量性能要求及誤差負荷特性影響試驗

3.1 各檢定規(guī)程對電流互感器負荷箱的計量性能要求

目前涉及電流互感器負荷箱的規(guī)程主要有JJG 313—2010《測量用電流互感器檢定規(guī)程》、JJG 1021—2007《電力互感器檢定規(guī)程》以及JJG 1264—2010《互感器負荷箱校準規(guī)范》。JJG 313—2010《測量用電流互感器檢定規(guī)程》和JJG 1264—2010《互感器負荷箱校準規(guī)范》對電流互感器負荷的誤差要求基本是一致的，JJG 1021—2007《電力互感器檢定規(guī)程》主要針對現(xiàn)場電流互感器的檢定，其參考氣溫為-25～55℃，此時要保證負荷箱的最大相對誤差達到±3%級就比較困難[11]。因此該規(guī)程將負荷箱在80%～ 120%范圍內(nèi)的有功和無功分量相對誤差規(guī)定為不超過±6%，在其他有規(guī)定的電流百分數(shù)下，不超過±9%。此外，為了考慮電阻受溫度的影響，JJG 313—2010《電流互感器檢定規(guī)程》和JJF 1264—2010《互感器負荷箱校準規(guī)范》增加了溫度附加誤差，即周圍溫度每變化10℃時，負荷的誤差變化不超過±2%。此時，若環(huán)境溫度在10～35℃時，允許誤差變化為±5%[12]。

3.2 電磁式電流互感器誤差負荷特性影響試驗及分析

不同的規(guī)程規(guī)范在不同溫度類型和額定電流百分值下的計量性能要求是不同的?，F(xiàn)以LZZBJ9-10h1型高壓電磁式電流互感器和LMK-0.66型低壓電磁式電流互感器為例，采用OMICRON公司的CT分析儀對二者在額定電流百分值為100%時的負荷誤差影響進行試驗，試驗結(jié)果如表3和表4所示。

試驗數(shù)據(jù)表明：高壓電磁式電流互感器對二次負荷并不敏感，當負荷誤差在-13%～13%變化時，比值差和相位差的變化還不到一個修約間隔；而對低壓電磁式電流互感器而言，比值差最大變化為0.24%，超過1個修約間隔。

表3 LZZBJ9-10h1型高壓電磁式電流互感器負荷誤差試驗結(jié)果

表4 LMK-0.66型低壓電磁式電流互感器負荷誤差試驗結(jié)果

圖2 電磁式電流互感器負荷誤差特性曲線

4 結(jié)束語

無論是基于線性補償方式還是非線性補償方式的電磁式電流互感器，其二次負荷對測量結(jié)果的影響都是相當大的，基于線性補償方式的電磁式電流互感器的誤差隨著二次負荷的增大而增大，但小于成正比的增大。當二次負荷的功率因數(shù)角φ增大時，將引起互感器的比值差增大，相位差減小。而基于非線性補償方式的電磁式電流互感器的誤差負荷特性不具備規(guī)律性。

型號不同，基于線性補償方式的電磁式電流互感器其誤差負荷特性曲線大致相同，而基于非線性補償方式的電磁式電流互感器因其補償方式不盡相同故其誤差負荷特性曲線往往差異較大。

高壓電力用電流互感器對二次負荷并不敏感當負荷誤差在-13%～13%變化時，誤差變化還不到一個修約間隔，但這并不意味著二次負荷對電流互感器誤差的影響可以忽略。實際上，高壓電磁式電流互感器一般用于電力系統(tǒng)中，二次負荷與現(xiàn)場的其他因素如鄰近載流導(dǎo)體、環(huán)境電磁場干擾、環(huán)境溫度、相對濕度等可能對測量結(jié)果帶來更大的誤差，故二次負荷應(yīng)在滿足一定的準確度要求，從而保證電磁式電流互感器測量結(jié)果的可靠性和準確性。

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Research on error characteristic changing with burden for CT with linear compensation style

ZHANG Jie-liang
（Fujian Institute of Metrology，F(xiàn)uzhou 350003，China）

Mathematicalmodelofuncompensated CT based on T equivalentcircuits was established to analyze the CT error characteristic.Then the error characteristics changing with burden were obtained by experiment and simulation software MATLAB.Finally，the results were gotten by analyzing CT error characteristic with CT analyzer under the performance requirements of burden box of CT in calibration specification or verification regulation.The results show the error of high-voltage CT is not sensitive to the burden.When the load error in the range from-13% to 13%and the low-voltage CT，the ratio difference the biggest change more than 1 rounding interval.

current transformer；error characteristic changing with burden；linear compensation；nonlinear compensation

TM933.1；TM934.43；TM714；TM930.114

：A

：1674-5124（2014）05-0040-04

10.11857/j.issn.1674-5124.2014.05.010

2013-11-05；

：2013-12-28

張杰梁（1981-），男，福建莆田市人，工程師，碩士，主要從事電磁計量測試技術(shù)的研究。