低壓整流設(shè)備對電流互感器失準(zhǔn)的影響分析

盧麗鵬 付佳佳 茹建濤

（國網(wǎng)安徽省電力有限公司蕪湖供電公司）

0 引言

當(dāng)前， 某些低壓用電戶使用大型加熱設(shè)備采用“高效節(jié)能裝置” 將交流電半波整流后使用， 造成該用戶的電量計量出現(xiàn)異常。2022年， 在對某高損臺區(qū)進(jìn)行分析的過程中， 發(fā)現(xiàn)臺區(qū)某用電大戶存在計量異常， 該用戶為澡堂用戶， 存在對加熱設(shè)備進(jìn)行整流的情況。經(jīng)比對該用戶低壓電流互感器一二次電流， 發(fā)現(xiàn)二次電流出現(xiàn)嚴(yán)重負(fù)偏差。

1 現(xiàn)場計量問題分析

1.1 現(xiàn)場測試波形

經(jīng)測試現(xiàn)場波形， 發(fā)現(xiàn)該用戶一次電流存在嚴(yán)重的直流分量及諧波， 波形畸變嚴(yán)重。圖1分別為現(xiàn)場測試A相 （11.95A） 、 B相 （17.95A） 、 C相 （30.86A） 三相一次電流波形圖形。從圖片可以看出， 電流嚴(yán)重畸變， A 相和B 相接近半波， 畸變嚴(yán)重時誤差達(dá)到-51.233%。

圖1 三相電流互感器一次電流波形圖

圖2 “高效節(jié)能裝置” 原理圖

圖3 正弦半波的諧波含有率

經(jīng)現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)， 該用戶一次電流存在嚴(yán)重波形畸變， 嚴(yán)重時接近半波， 導(dǎo)致電磁式電流互感器直流偏磁飽和， 互感器現(xiàn)場運(yùn)行嚴(yán)重負(fù)超差， 達(dá)到-51.233%。

1.2 用戶用電設(shè)備分析

通過用戶用電設(shè)備進(jìn)行分析， 發(fā)現(xiàn)該用戶在電加熱設(shè)備中引入了半波整流裝置， 內(nèi)部存在整流設(shè)備， 導(dǎo)致波形嚴(yán)重失真。加熱設(shè)備采用 “高效節(jié)能裝置” （整流裝置）將交流電半波整流后， 造成一次電流波形嚴(yán)重失真， 含量高的直流分量造成互感器鐵芯飽和， 從而導(dǎo)致計量失準(zhǔn)。

對半波進(jìn)行傅立葉分析發(fā)現(xiàn)其直流含量超過60%，對于電流互感器可以認(rèn)為是最為嚴(yán)重的直流偏磁狀態(tài)。

1.3 實驗室模擬分析

針對此問題， 在實驗室對電磁式互感器、 有源互感器對直流分量、 諧波分量對互感器的比差、 角差的影響進(jìn)行了分析， 通過有源交直流鉗在待試電磁式電流互感器一次側(cè)和二次側(cè)測量結(jié)果相比較， 得到研究結(jié)論：

（1） 理想半波整流電流中的直流分量對待試電流互感器影響較大， 電流互感器二次側(cè)測量的直流分量較小。

（2） 理想半波整流電流中的直流分量造成了待試電流互感器的飽和， 飽和后的電流互感器的二次側(cè)基波電流幅值測量值偏小， 相位測量值偏大。

（3） 待試電流互感器的二次側(cè)基波電流幅值和相位的測量失真， 直接導(dǎo)致了該電流互感器對半波整流電流測量的變比和角差發(fā)生了變化。

（4） 由于待試電流互感器二次側(cè)電流幅值測量值偏小， 并且相位測量值偏大， 導(dǎo)致對該線路的有功功率的測量結(jié)果偏小， 無功功率的測量結(jié)果偏大。

（5） 隨著實驗信號中直流分量的增大， 待試電流互感器的飽和程度增大， 測試的基波電流的幅值逐漸減小， 角差逐漸增大， 對應(yīng)功率計算的有功功率減小， 無功功率增大。

1.4 抗直流偏磁的DBI互感器使用分析

為了分析電磁式互感器在此用戶用電負(fù)荷情況下嚴(yán)重少計的問題， 使用抗直流偏磁的DBⅠ互感器安裝至現(xiàn)場， 并對電能計量情況進(jìn)行比對分析。為了進(jìn)一步分析電磁式互感器與DBⅠ互感器計量差異， 采取兩套計量裝置并行的方式。通過該用戶分析對DBⅠ互感器、 電磁式互感器在直流分量較高的波形情況下的電量差異。

經(jīng)DBⅠ互感器計量表計1 為綜合倍率50， 抄讀正向有功總電量為1611.57kWh； 經(jīng)傳統(tǒng)互感器計量表計2綜合倍率60， 抄讀正向有功總電量為0kWh。

2022年8月20日10： 11， 抄讀電量， 表計1示數(shù)為1614.89kWh， 表計2示數(shù)為1.83kWh。2022年8月25日9時左右， 比對結(jié)束。

分別讀取兩塊表計零點凍結(jié)數(shù)據(jù)， 進(jìn)行比對， 具體見表1。

表1 經(jīng)DBI互感器及傳統(tǒng)互感器日電量差值統(tǒng)計表

通過DBⅠ互感器安裝比對， 與DBⅠ電流互感器相比， 電磁式互感器平均每日少計48.9%的電量。電磁式互感器在整流負(fù)荷下， 將造成嚴(yán)重的少計現(xiàn)象。

2 低壓整流設(shè)備對電磁式互感器的影響分析

2.1 低壓整流設(shè)備對電磁式互感器的影響機(jī)理

低壓整流設(shè)備將交流電半波整流后使用， 會產(chǎn)生直流分量和諧波等非正弦波成分， 這些成分會影響電磁式電流互感器的計量準(zhǔn)確性， 導(dǎo)致少計電量。具體來說， 低壓整流設(shè)備產(chǎn)生的直流分量會使得電流互感器的鐵芯處于飽和狀態(tài)， 從而影響其磁通量和輸出電壓的準(zhǔn)確性； 而諧波則會使得電流互感器的輸出電壓存在波形畸變， 進(jìn)而影響計量準(zhǔn)確性。

此外， 電磁式電流互感器的額定頻率一般為50Hz或60Hz， 而低壓整流設(shè)備產(chǎn)生的諧波頻率往往高于這個頻率范圍， 這也會導(dǎo)致電磁式電流互感器的計量準(zhǔn)確性受到影響。

因此， 在使用低壓整流設(shè)備時， 需要考慮其對電磁式電流互感器的影響， 采取相應(yīng)的技術(shù)措施進(jìn)行補(bǔ)償和校準(zhǔn)， 以確保電能計量的準(zhǔn)確性。

2.2 影響因素分析

低壓整流設(shè)備對電磁式電流互感器計量準(zhǔn)確性的影響程度受多種因素影響， 主要包括五個方面。一是低壓整流設(shè)備輸出電壓的穩(wěn)定性。低壓整流設(shè)備輸出電壓的波動會直接影響電磁式電流互感器的輸出電壓和準(zhǔn)確性。二是低壓整流設(shè)備的諧波含量。低壓整流設(shè)備產(chǎn)生的諧波會使得電磁式電流互感器的輸出電壓存在波形畸變， 進(jìn)而影響計量準(zhǔn)確性。三是電磁式電流互感器的型號和額定參數(shù)。不同型號和額定參數(shù)的電磁式電流互感器對低壓整流設(shè)備的影響程度不同。四是電磁式電流互感器的安裝位置和接線方式。電磁式電流互感器安裝的位置和接線方式也會影響其受到低壓整流設(shè)備影響的程度。五是電磁式電流互感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料。電磁式電流互感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料的差異也會導(dǎo)致其對低壓整流設(shè)備的影響程度不同。

綜上所述， 需要綜合考慮以上因素， 并采取相應(yīng)的技術(shù)措施進(jìn)行補(bǔ)償和校準(zhǔn)， 以確保電能計量的準(zhǔn)確性。

2.3 影響程度分析

低壓整流設(shè)備對電磁式電流互感器計量準(zhǔn)確性的影響程度與多種因素相關(guān)， 具體如下：

（1） 低壓整流設(shè)備輸出電壓的穩(wěn)定性： 低壓整流設(shè)備輸出電壓的波動會直接影響電磁式電流互感器的輸出電壓和準(zhǔn)確性。如果低壓整流設(shè)備輸出電壓的穩(wěn)定性較好， 其對電磁式電流互感器的影響也相對較小。

（2） 低壓整流設(shè)備的諧波含量： 低壓整流設(shè)備產(chǎn)生的諧波會使得電磁式電流互感器的輸出電壓存在波形畸變， 進(jìn)而影響計量準(zhǔn)確性。如果低壓整流設(shè)備產(chǎn)生的諧波含量較高， 其對電磁式電流互感器的影響也會更大。

（3） 電磁式電流互感器的型號和額定參數(shù)： 不同型號和額定參數(shù)的電磁式電流互感器對低壓整流設(shè)備的影響程度不同。一般來說， 額定電流越大、 精度等級越高的電磁式電流互感器對低壓整流設(shè)備的影響越小。

（4） 電磁式電流互感器的安裝位置和接線方式：電磁式電流互感器安裝的位置和接線方式也會影響其受到低壓整流設(shè)備影響的程度。如果電磁式電流互感器與低壓整流設(shè)備之間的距離較遠(yuǎn)， 或者采用屏蔽、隔離等技術(shù)措施， 可以減小其受到低壓整流設(shè)備影響的程度。

（5） 電磁式電流互感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料： 電磁式電流互感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料的差異也會導(dǎo)致其對低壓整流設(shè)備的影響程度不同。如果電磁式電流互感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、 材料良好， 其對低壓整流設(shè)備的影響也相對較小。

綜上所述， 需要針對具體情況綜合考慮以上因素， 并采取相應(yīng)的技術(shù)措施進(jìn)行補(bǔ)償和校準(zhǔn)， 以確保電能計量的準(zhǔn)確性。

3 抗直流分量DBI互感器在該情況下的計量準(zhǔn)確性分析比對

3.1 DBI互感器的工作原理

DBⅠ互感器采用了磁芯內(nèi)部串聯(lián)一個補(bǔ)償線圈，通過該線圈來抵消電流中的直流分量， 從而實現(xiàn)了抗直流分量的功能。具體來說， 當(dāng)電流中存在直流分量時， 會使得磁芯飽和， 從而導(dǎo)致輸出信號失真。而補(bǔ)償線圈則可以產(chǎn)生一個與直流分量大小相等、 方向相反的磁場， 從而抵消掉電流中的直流分量， 實現(xiàn)了準(zhǔn)確計量交流電流的目的。

3.2 DBI互感器在低壓整流設(shè)備使用情況下的計量準(zhǔn)確性分析

通過實驗室模擬和現(xiàn)場測試， 我們對DBⅠ互感器在低壓整流設(shè)備使用情況下的計量準(zhǔn)確性進(jìn)行了分析。實驗室模擬結(jié)果表明， DBⅠ互感器在低壓整流設(shè)備使用情況下的計量誤差較小， 基本在正負(fù)0.5%之間。現(xiàn)場測試結(jié)果也表明， DBⅠ互感器在低壓整流設(shè)備使用情況下的計量準(zhǔn)確性能夠滿足電能計量的要求。

3.3 與電磁式電流互感器計量準(zhǔn)確性的比對分析

我們將DBⅠ互感器與電磁式電流互感器在低壓整流設(shè)備使用情況下的計量準(zhǔn)確性進(jìn)行了比對分析，見表2。

表2 DBI互感器與電磁式電流互感器計量準(zhǔn)確性的比對表

從表2 可以得知， DBⅠ互感器相較于電磁式電流互感器， 在低壓整流設(shè)備使用情況下具有更好的計量準(zhǔn)確性。具體來說， DBⅠ互感器的計量誤差較小， 基本在正負(fù)0.5%之間， 而電磁式電流互感器的計量誤差較大， 甚至達(dá)到了正負(fù)5%左右。這主要是因為DBⅠ互感器能夠有效抵消電流中的直流分量， 從而避免了磁芯飽和導(dǎo)致的輸出信號失真。

4 結(jié)束語

總之， 目前市場上存在用戶對電熱設(shè)備進(jìn)行特殊用電處理 （半波整流用電或加裝了 “高效節(jié)能裝置” ）， 造成電磁式電流互感器鐵芯飽和， 引起少計電量。采用抗直流偏磁的DBⅠ互感器是解決半波整流用戶當(dāng)前無法準(zhǔn)確計量電量的有效手段， 也是解決電磁式互感器在該情況下計量失準(zhǔn)的有效方法。