低壓抗直流電流互感器及檢測(cè)裝置研究

楊棟 夏軍根

摘? ?要：傳統(tǒng)的低壓電流互感器雖然發(fā)揮了極為重要的作用，但是一直存在技術(shù)上的缺陷，突出表現(xiàn)為在直流分量負(fù)荷的影響下，其傳變誤差會(huì)有所增加。而低壓抗直流分量電流互感器可有效彌補(bǔ)這一缺陷，這也是基于直流分量對(duì)傳統(tǒng)電流互感器進(jìn)行分析后得出的結(jié)果，借此明確其失準(zhǔn)機(jī)理，制定全新的檢測(cè)方法，保障電流互感器抗直流性能檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，技術(shù)人員可順利完成檢定裝置的研發(fā)，確保電流互感器抗直流性能與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定相符。實(shí)踐證明，抗直流分流電流互感器性能與參數(shù)均優(yōu)于傳統(tǒng)低壓電流互感器，抗直流性能大幅提升，可用于滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的要求。

關(guān)鍵詞：抗直流分量? 檢測(cè)裝置? 電流互感器

中圖分類號(hào)：TM452? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）11（a）-0088-02

TA（低壓電流互感器）和電能表均是低壓電能計(jì)量表的重要組成部分，是其不可缺少的裝置之一。值得注意的是，此種低壓電能計(jì)量表的負(fù)荷電流絕不會(huì)低于60A。電能表的類型及型號(hào)均不相同，其抗直流分量性能也有所差異，始終以串聯(lián)的形式與電能表一同位于低壓電能計(jì)量裝置當(dāng)中，與電能表不同的是，并不具備抗直流分量性能。因此受到直流分量負(fù)荷的影響后，低壓電能計(jì)量裝置會(huì)出現(xiàn)少計(jì)電能量的問(wèn)題。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，用電設(shè)備的非線性負(fù)荷是導(dǎo)致直流分量的直接因素，最為重要的是，使用直流設(shè)備或者可控硅設(shè)備后，直流分量的發(fā)生概率大幅增加，尤其是在電氣化鐵路、塑料制品等用戶的一次電流中，直流分量的發(fā)生概率相當(dāng)大。因此，針對(duì)低壓抗直流電流互感器及檢測(cè)裝置進(jìn)行的分析具有十分重要的意義，有望利用檢測(cè)裝置及低壓抗直流電流互感器改善上述局面。

1? 直流分量導(dǎo)致低壓電流互感器失準(zhǔn)的原因

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，直流偏磁的問(wèn)題普遍存在于低壓電流互感器當(dāng)中，究其源頭是受到一次直流分量的影響。從理論角度來(lái)說(shuō)，直流分量產(chǎn)生的各次諧波使得低壓電流互感器的正確傳變受到影響，鐵芯工況也是因?yàn)橹绷鞣至慨a(chǎn)生的勵(lì)磁電流而發(fā)生了變化，但是本應(yīng)該產(chǎn)生的變化磁通卻沒(méi)有出現(xiàn)，最終引發(fā)低壓電流互感器失準(zhǔn)問(wèn)題。一般情況下，技術(shù)人員會(huì)采取半波電流試驗(yàn)的方法研究直流分量給低壓電流互感器帶來(lái)的影響，在直流分量當(dāng)中，半波電流占據(jù)的比例高達(dá)32%，通過(guò)一次繞組后，半波電流磁導(dǎo)率會(huì)發(fā)生一定的變化，下降幅度明顯，加之直流分量的影響，電流互感器的工作誤差明顯擴(kuò)大，整體朝向負(fù)方向移動(dòng)，這也可以證明其工作接近飽和狀態(tài)。而二次繞組后，電流互感器的電流波形變化幅度更大，負(fù)值縮減幅度明顯[1]。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)后可以得出以下結(jié)論，在半波電流的影響下，傳統(tǒng)抗直流電壓互感器的誤差相當(dāng)大，且呈現(xiàn)出幾何級(jí)上升的狀態(tài)，即便是最小的直流分量，也會(huì)給低壓抗直流電流互感器造成直接影響，導(dǎo)致其出現(xiàn)誤差，并超出預(yù)定的范圍。

2? 抗直流低壓電流互感器的研發(fā)

傳統(tǒng)的低壓電流互感器均以環(huán)形磁芯制作而成，主要原材料為超微晶帶材料，該種材料的磁導(dǎo)率非常高，具備較小的飽和磁感系數(shù)，飽和更為容易，即便是一次電流中有直流分量的存在，也不會(huì)影響其飽和系數(shù)。相對(duì)于超微晶磁芯而言，鐵基非晶材料的磁導(dǎo)率稍有遜色，但是其憑借鐵損較低的優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于電力變壓器當(dāng)中，具體作為磁芯使用。經(jīng)實(shí)驗(yàn)可知，鐵基非晶磁芯的起始磁導(dǎo)率和低矯頑力十分強(qiáng)大，其工作曲線并不會(huì)受到直流分量的影響，簡(jiǎn)單地說(shuō)其抗直流分量能力相當(dāng)強(qiáng)。此外，二次繞組輸出的電波可用于還原一次電流波形。要想組成復(fù)合磁芯，必須應(yīng)用鐵基非晶和超微晶的磁性性能，利用二者互補(bǔ)特性將其融合在一起。本文研究的低壓抗直流低壓電流互感器可以有效改善傳統(tǒng)低壓抗直流電流互感器計(jì)算不準(zhǔn)確的問(wèn)題。

3? TA抗直流性能檢測(cè)方法的研究

現(xiàn)有的抗直流低壓電流互感器普遍存在缺乏檢測(cè)方法的問(wèn)題，以往的標(biāo)準(zhǔn)并不規(guī)范，無(wú)法按照統(tǒng)一的規(guī)則和規(guī)范對(duì)其進(jìn)行判斷。因此，如何做好抗直流性能檢測(cè)方法的完善與優(yōu)化迫在眉睫。

3.1 電能量比較

使用低壓電流互感器后，交流電能表的內(nèi)部性能會(huì)發(fā)生改變，偶次諧波的比例也會(huì)發(fā)生變化，要想對(duì)其進(jìn)行明確的考核，必須應(yīng)用半波整流電能比較試驗(yàn)線路法。試驗(yàn)前，應(yīng)基于實(shí)際情況對(duì)半波整流電能比較法實(shí)驗(yàn)線路進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，確保其與低壓電流互感器的抗直流性能相符，從而提升電能量檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

3.2 1/1自校

本次試驗(yàn)所選電路圖是依照J(rèn)JG1021-2007《電力互感器檢定規(guī)程》的資料而來(lái)，具體如圖1所示。

本次實(shí)驗(yàn)為了更好的應(yīng)用1/1自校的方法而在二次繞組的基礎(chǔ)上再次進(jìn)行繞組，繞組匝數(shù)與試品低壓電流互感器的匝數(shù)相同，該種方法也可以有效避免標(biāo)準(zhǔn)低壓電流互感器誤差引入的問(wèn)題。利用上述電路即可完成低壓電流互感器的半波電流測(cè)量，明確其誤差。需要注意的是，上述電路圖為了提高校驗(yàn)儀的工作電流，使用的變流器為10/1，因此，完成試驗(yàn)后，將所得數(shù)值乘10才能得出準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，該種方法在檢測(cè)抗直流性能方面發(fā)揮了極為重要的性能，不僅可以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)線路的檢測(cè)和自校，還可避免測(cè)量誤差引入的問(wèn)題。但是必須在測(cè)量之前再次繞組。電流與檢測(cè)效率之間為反比例關(guān)系，簡(jiǎn)單地說(shuō)，電流不斷升高的過(guò)程中，檢測(cè)效率大幅下跌，但是勞動(dòng)強(qiáng)度卻有所上升，所以說(shuō)半波直流下的合成誤差無(wú)法確切的表達(dá)個(gè)體的抗直流性能。

4? 試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 試驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)基于電爐燒磁用戶對(duì)半波直流竊電的運(yùn)行方式進(jìn)行了如實(shí)模擬，實(shí)際實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中加裝了不同的電能計(jì)量裝置，共加裝三個(gè)裝置，每套裝置的原理都不相同，然后對(duì)得出的性能結(jié)果進(jìn)行反復(fù)的比對(duì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用錳銅電阻材料的電能表具備更加優(yōu)良的性能，抗直流分流能力十分顯著，可滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行要求，維持其穩(wěn)定性。

4.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)際考核對(duì)抗直流電流互感器前應(yīng)做好充分準(zhǔn)備，制定科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)方案，并在試驗(yàn)前對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)。運(yùn)行過(guò)程中需要反復(fù)地比對(duì)并計(jì)算電能量，考核時(shí)間嚴(yán)格控制在80d，考核過(guò)程中需詳細(xì)記錄考核結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，最初的普通互感器電能表相對(duì)誤差為40.08%，經(jīng)過(guò)80d的考核后，為90.58%[2]。不難發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于錳銅電能表來(lái)說(shuō)，低壓抗直流計(jì)量裝置始終存在誤差，但是可將其控制在1%以內(nèi)，即便是現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境極為惡劣，也不會(huì)超出這一數(shù)值，而傳統(tǒng)的計(jì)量裝置經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后誤差會(huì)超過(guò)90%。要想擁有更好的抗直流性能，必須加大對(duì)抗直流電流互感器的研究力度，使其滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行提出的多樣化需求。

5? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，最新研制的復(fù)合磁芯低壓抗直流低壓電流互感器具備十分強(qiáng)大的功能，不僅可以完成測(cè)量電流的目標(biāo)，還與相關(guān)技術(shù)及要求的標(biāo)準(zhǔn)相符，即便是在直流分量負(fù)荷的影響下，也不會(huì)影響到電流測(cè)量的準(zhǔn)確性。相對(duì)于傳統(tǒng)的低壓電流互感器而言，最新研制的復(fù)合磁芯低壓抗直流低壓電流互感器并未在安裝調(diào)試及外觀結(jié)構(gòu)上做出明確的改變，繞柱方法及澆注工藝仍舊沿用了傳統(tǒng)的低壓電流互感器，推廣難度并不大。另外，基于交直流標(biāo)準(zhǔn)而研制的低壓電流互感器具備極強(qiáng)的操作性，使用便捷，可彌補(bǔ)抗直流低壓電流互感器量值溯源的弊端，有效提升了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

[1] 王保帥，肖霞，徐雁.一種新型抗直流電流互感器檢定系統(tǒng)的研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2018，46（17）：77-83.

[2] 趙震宇，朱亮，祝婧.電流直流分量對(duì)低壓電流互感器計(jì)量特性影響的試驗(yàn)研究[J].電測(cè)與儀表，2016，53（20）：44-49.