電流互感器對(duì)計(jì)量誤差影響分析

冷 靜 徐淑萍

(國(guó)網(wǎng)廣元供電公司，四川 廣元 627000）

電流互感器對(duì)計(jì)量誤差影響分析

冷 靜 徐淑萍

(國(guó)網(wǎng)廣元供電公司，四川 廣元 627000）

電能計(jì)量是企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理以及電網(wǎng)能安全運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，電能計(jì)量的準(zhǔn)確性不僅僅和電力企業(yè)的形象與發(fā)展息息相關(guān)，對(duì)電能量貿(mào)易結(jié)算的公平公正產(chǎn)生影響，更是關(guān)系到眾多電力客戶(hù)與電力企業(yè)的根本利益。本文對(duì)電流互感器工作原理、計(jì)量誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行了說(shuō)明。

電流互感器 計(jì)量誤差

1.引言

據(jù)《測(cè)量用電流互感器檢定規(guī)程》規(guī)定，電流互感器的額定功率的因數(shù)、額定頻率和二次負(fù)荷是額定負(fù)荷中的25%～100%任何一個(gè)數(shù)值的時(shí)候，它誤差的數(shù)值都不應(yīng)該比規(guī)定的限值高。換句話說(shuō)，電流互感器在現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行中有一定的工況要求要滿(mǎn)足，只有滿(mǎn)足了這些要求，其計(jì)量的正確性才能夠得到保證。

但是，近幾年來(lái)在我國(guó)各個(gè)新建和擴(kuò)建電網(wǎng)的計(jì)量點(diǎn)中，由于電流互感器一些方面的選擇與使用并沒(méi)有做出統(tǒng)一的規(guī)定，從而使得一些電流互感器在計(jì)量方面產(chǎn)生了一定的誤差。本文針對(duì)其對(duì)計(jì)量誤差的影響進(jìn)行了分析。

2.電流互感器的基本原理

電流互感器其實(shí)就是一個(gè)特種變壓器，它的功能是變換電流，電磁感應(yīng)定律是其工作的基本原理：通電的導(dǎo)線在繞在一側(cè)的鐵芯上并產(chǎn)生了一個(gè)會(huì)變化的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)又通過(guò)另一側(cè)的線圈產(chǎn)生了一個(gè)會(huì)變化的磁通，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，另一側(cè)的線圈處會(huì)有感應(yīng)電壓的產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)負(fù)載，另一側(cè)會(huì)形成一個(gè)輸出信號(hào)。電流互感器工作原理圖見(jiàn)圖1

圖1 電流互感器工作原理結(jié)構(gòu)圖

3.電流互感器誤差產(chǎn)生

電流互感器由一個(gè)鐵芯與其兩側(cè)的線圈組成。因?yàn)殍F芯中有磁阻，所以在電流互感器將電流傳送和變化的這一過(guò)程中，有一部分的電流會(huì)因?yàn)橛脕?lái)使鐵芯磁化而被消耗掉，因而二次線圈中會(huì)產(chǎn)生二次電流與感應(yīng)電勢(shì)，電流互感器的誤差就因?yàn)殍F芯消耗了電流來(lái)激磁所產(chǎn)生的。因?yàn)榇嬖阼F損與激磁電流，電流互感器中的一次電流與二次電流之間存在一個(gè)差值，這個(gè)差值是一個(gè)向量，因此產(chǎn)生的誤差中就包括相角差與比值差。一次電流與二次電流之間的差值在數(shù)值上采用相對(duì)誤差的方式，用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示的時(shí)候叫做比差，據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中的比差定義公式，可以知道比差有時(shí)是正的有時(shí)是負(fù)的，即使是同一個(gè)電流互感器但是流過(guò)的電流與負(fù)載不同時(shí)，比差的正負(fù)也可能會(huì)不同。

4.電流互感器誤差分析

電流互感器產(chǎn)生的誤差可以分成暫態(tài)誤差與穩(wěn)態(tài)誤差兩種。在輸入信號(hào)中周期分量并沒(méi)有正在衰減與非周期分量及高頻信號(hào)的時(shí)候，此時(shí)互感器就處于穩(wěn)定狀態(tài)，這時(shí)候電流互感器產(chǎn)生的誤差就是穩(wěn)態(tài)誤差。在輸入信號(hào)中含有非周期分量與衰減的周期分量及高頻信號(hào)的時(shí)候，電流互感器就處在暫態(tài)，這時(shí)候所產(chǎn)生的誤差就比較大。

4.1電流互感器和電能表之間接線的方式與規(guī)程規(guī)定不符

規(guī)程中規(guī)定：“對(duì)于有些電能中的計(jì)量裝置中的接線方式使用了是三相三線制，其中兩臺(tái)的電流互感器中二次繞組和電能表的連接中應(yīng)該使用四線連接。”目前，此類(lèi)大多數(shù)的計(jì)量點(diǎn)仍然在使用用簡(jiǎn)單的三線連接方法，這樣就會(huì)使流過(guò)公共導(dǎo)線的合成電流，在導(dǎo)線的電阻中發(fā)生壓降，這樣的話就會(huì)和原來(lái)因?yàn)槎呜?fù)荷產(chǎn)生的壓降互相疊加，使得實(shí)際中的計(jì)量誤差和在實(shí)驗(yàn)室中檢定的結(jié)果之間的差別較大，從而產(chǎn)生了附加計(jì)量誤差。

4.2電流互感器變比過(guò)大引起的計(jì)量誤差

電流互感器將額定一次電流與變比進(jìn)行確定這一技術(shù)問(wèn)題比較復(fù)雜，假如僅從電能計(jì)量準(zhǔn)確性這一方面考慮，那么實(shí)際負(fù)荷的電流與額定的一次電流越相近越好，但如果從電力系統(tǒng)能夠安全的運(yùn)行這一角度來(lái)考慮的話，確定額定一次電流還需要在系統(tǒng)短路的時(shí)候?qū)?dòng)穩(wěn)定與熱穩(wěn)定進(jìn)行校核。以前，因?yàn)楸换ジ衅髦圃焖剿拗?，互感器的熱穩(wěn)定與動(dòng)穩(wěn)定的技術(shù)指標(biāo)偏低，為了將電力系統(tǒng)中的熱穩(wěn)定與動(dòng)穩(wěn)定需要的要求所滿(mǎn)足，在電流互感器的選擇上會(huì)選擇變化比較大的互感器。這樣一來(lái)，電流互感器雖然能夠安全的運(yùn)行，但是卻降低了實(shí)際運(yùn)行中的電流互感器的計(jì)量準(zhǔn)確性。

4.3電流互感器二次負(fù)荷超出允許值引起的計(jì)量誤差

電流互感器中額定的二次負(fù)荷，指的是在電流互感器的準(zhǔn)確度得到保證的前提下，允許電流互感器所接二次導(dǎo)線與電能表等阻抗的總數(shù)值。電流互感器的二次回路大多是電能計(jì)量專(zhuān)業(yè)、繼電專(zhuān)業(yè)與儀表專(zhuān)業(yè)等不同專(zhuān)業(yè)共同使用，從而使得電流互感器中二次負(fù)荷的數(shù)目比較多并且導(dǎo)線的截面比較細(xì)，假如導(dǎo)線的長(zhǎng)度比規(guī)程中規(guī)定的要長(zhǎng)，就會(huì)使得電流互感器產(chǎn)生較大的負(fù)誤差，從而減少了電能量的記錄。

5.二次回路對(duì)誤差的影響

根據(jù)規(guī)定電流互感器的誤差值不應(yīng)該超過(guò)規(guī)定限值。負(fù)載阻抗主要受到了各種測(cè)量?jī)x表以及二次連接導(dǎo)線電阻與接線接觸電阻的影響；在電流互感器的二次回路中接入有功分時(shí)的電能表以及各種測(cè)試儀表，或者在二次回路中串入各種變送器，都會(huì)使得電流互感器的二次負(fù)荷相比于規(guī)定值來(lái)說(shuō)較高，從而使得計(jì)量誤差變大；在之前的電網(wǎng)建設(shè)中，電流互感器計(jì)量繞組二次額定負(fù)荷的選擇并沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范，從而導(dǎo)致有些電流互感器在實(shí)際負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的誤差偏大。

6.現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行電流互感器二次負(fù)載對(duì)誤差的影響

圖2 電流互感器誤差曲線圖

圖 2為電流互感器誤差曲線圖，根據(jù)圖表可以看出，二次負(fù)載的阻抗小的時(shí)候誤差也比較小，反之就大。因此二次負(fù)載在額定范圍之內(nèi)減少的時(shí)候，還要將磁通的密度變少，因?yàn)槎蔚碾娏鞑⒉话l(fā)生變化，在激磁的電流減小的情況下，誤差也會(huì)隨之減小。如果二次負(fù)載的阻抗超過(guò)了規(guī)定范圍，不僅誤差會(huì)超出允許值，還會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)。因?yàn)樵跇O限狀況下二次磁動(dòng)勢(shì)的數(shù)值會(huì)變?yōu)榱?，但是I1是一個(gè)定值，一次磁的動(dòng)勢(shì)將會(huì)全部轉(zhuǎn)化為激磁磁勢(shì)，因此產(chǎn)生的磁通量非常大，這樣在二次繞組中就會(huì)感應(yīng)出很高的電動(dòng)勢(shì)，可能會(huì)將繞組的絕緣層擊穿，并且對(duì)操作人員的安危造成威脅。因此，在安全規(guī)程中規(guī)定，在使用電流互感器的過(guò)程中絕對(duì)不允許二次回路開(kāi)路。

7.新型光纖電流互感器對(duì)計(jì)量誤差的影響

7.1新型光纖電流互感器與傳統(tǒng)互感器的比較

傳統(tǒng)電流互感器是以電磁感應(yīng)為原理，它的性能和新型光纖電流互感器比較有較大差異， 逐漸地?zé)o法滿(mǎn)足行業(yè)內(nèi)需求應(yīng)用。傳統(tǒng)電流互感器需要十分復(fù)雜的制造工藝，存在動(dòng)態(tài)范圍窄、絕緣性較差、容易鐵磁諧振、產(chǎn)生輸出信號(hào)不匹配計(jì)算機(jī)與保護(hù)設(shè)備接口等缺點(diǎn)。但是新型光纖電流互感器則有著和上述缺點(diǎn)截然不同的優(yōu)點(diǎn)，它必然會(huì)被大范圍應(yīng)用。所以，探討新型光纖電流互感器技術(shù)非常有必要。

7.2誤差分析

光纖電流互感器產(chǎn)生的誤差包括：線性雙折射誤差、對(duì)軸角度誤差、傳感光纖Verdet常數(shù)與光源噪聲等因素。

7.2.1 傳感光纖Verdet常數(shù)誤差傳感光纖Verdet常數(shù)為環(huán)境溫度與光波波長(zhǎng)的函數(shù)，它和互感器變比存在正比關(guān)系。依靠穩(wěn)定保持光源功率能夠較為精確地操控中心波長(zhǎng)，則磁光晶體Verdet常數(shù)對(duì)一般的二氧化硅光纖而言，就和溫度形成正比關(guān)系。而環(huán)境溫度處于40～60℃之間波動(dòng)，傳感光纖Verdet常數(shù)就會(huì)出現(xiàn)變化，此變化可使得互感器變比會(huì)漂移0.7%的距離，所以一定要消除Verdet常數(shù)引起的不良影響。

7.2.2 光纖傳感線性雙折射誤差

光源發(fā)的光在進(jìn)入偏振器之后會(huì)因光的雙折射使得光的偏振面出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)和法拉第磁效應(yīng)偏角沒(méi)有差異的信號(hào)誤差，這樣就會(huì)大幅度降低互感器的性能測(cè)試結(jié)果，從而對(duì)其實(shí)用化造成影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知減小雙折射最有效的方法是降低光纖的非圓率以及內(nèi)應(yīng)力。

8.案例

變電站中的電流互感器是一種電磁式的電流互感器。它的二次額定負(fù)荷50VA，變化的比值是2500／1A，二次接線的方法是三相星形接線，它的本體與主控室之間的距離大約是400m，二次導(dǎo)線是2.5m的單股銅線。經(jīng)過(guò)理論進(jìn)行估算，得到二次實(shí)際負(fù)荷(z一般取0．2～1，R取0．05～0．1Q)：

RL=pL／S=0.0172x400／2.5=2.752Q

Z2=1+2.752+0.1=3.807Q

S2=12Z2=1x3.807=3.807VA

對(duì)在下限負(fù)荷、實(shí)際負(fù)荷與額定負(fù)荷時(shí)候的電流互感器的角差與比差進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)量的結(jié)果中可以看到，在這三種情況下測(cè)試的結(jié)果都在規(guī)定的范圍之內(nèi)，但是實(shí)際負(fù)荷時(shí)候的誤差比下限負(fù)荷與額定負(fù)荷的誤差大。額定負(fù)荷時(shí)候的電流互感器誤差一般是負(fù)值，下限負(fù)荷的時(shí)候一般是正值，正常運(yùn)行中的二次負(fù)荷的數(shù)值應(yīng)該在這兩者之間，這樣的話正常運(yùn)行時(shí)的誤差就可以接近為0。所以，要根據(jù)實(shí)際的狀況對(duì)電流互感器二次負(fù)荷的額定負(fù)荷進(jìn)行選擇，對(duì)實(shí)際中誤差的減小有十分重要的意義。

9.結(jié)束語(yǔ)

影響電流互感器計(jì)量精確性的一個(gè)重要因素是互感器的二次負(fù)荷。不論二次負(fù)荷的數(shù)值太大還是太小都會(huì)讓得電流互感器產(chǎn)生的計(jì)量誤差較大，從而對(duì)整體的準(zhǔn)確性造成了影響。由此看來(lái)，能夠?qū)㈦娏骰ジ衅髦袑?shí)際的二次負(fù)荷數(shù)值準(zhǔn)確的獲得十分的重要。此外，在對(duì)電流互感器的型號(hào)進(jìn)行選擇時(shí)，精準(zhǔn)的二次負(fù)荷也能夠作為一個(gè)重要的依據(jù)。電流互感器中對(duì)計(jì)量誤差產(chǎn)生影響的原因許多，只有將這些原因逐步的全部克服或縮小，電能計(jì)量裝置的精確性才能夠得到很好的保證。

[1]王政平，齊異，李慶波等，常數(shù)色散對(duì)于光學(xué)電流傳感器靈敏度影響的研究[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，25（2）：188?191.

[2]牛利濤，彭金寧，兀鵬越，等.電流互感器鐵心飽和對(duì)繼電保護(hù)的影響和處理方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（24）：191?194.

[3]婁鳳偉，鄭繩楦，趙鑫泰.光纖電壓互感器的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].傳感器技術(shù)，2012，21（5）：5?7.

G322

B

1007-6344（2015）03-0270-02