冷 靜 徐淑萍

(國網(wǎng)廣元供電公司，四川 廣元 627000）

電流互感器對計量誤差影響分析

冷 靜 徐淑萍

(國網(wǎng)廣元供電公司，四川 廣元 627000）

電能計量是企業(yè)經(jīng)營管理以及電網(wǎng)能安全運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，電能計量的準(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)系到眾多電力客戶與電力企業(yè)的根本利益。本文對電流互感器工作原理、計量誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行了說明。

電流互感器 計量誤差

1.引言

據(jù)《測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%任何一個數(shù)值的時候，它誤差的數(shù)值都不應(yīng)該比規(guī)定的限值高。換句話說，電流互感器在現(xiàn)場的運(yùn)行中有一定的工況要求要滿足，只有滿足了這些要求，其計量的正確性才能夠得到保證。

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

2.電流互感器的基本原理

電流互感器其實就是一個特種變壓器，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)生了一個會變化的磁場，這個磁場又通過另一側(cè)的線圈產(chǎn)生了一個會變化的磁通，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，另一側(cè)的線圈處會有感應(yīng)電壓的產(chǎn)生，經(jīng)過負(fù)載，另一側(cè)會形成一個輸出信號。電流互感器工作原理圖見圖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

電流互感器由一個鐵芯與其兩側(cè)的線圈組成。因為鐵芯中有磁阻，所以在電流互感器將電流傳送和變化的這一過程中，有一部分的電流會因為用來使鐵芯磁化而被消耗掉，因而二次線圈中會產(chǎn)生二次電流與感應(yīng)電勢，電流互感器的誤差就因為鐵芯消耗了電流來激磁所產(chǎn)生的。因為存在鐵損與激磁電流，電流互感器中的一次電流與二次電流之間存在一個差值，這個差值是一個向量，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)值上采用相對誤差的方式，用百分?jǐn)?shù)來表示的時候叫做比差，據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中的比差定義公式，可以知道比差有時是正的有時是負(fù)的，即使是同一個電流互感器但是流過的電流與負(fù)載不同時，比差的正負(fù)也可能會不同。

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。在輸入信號中周期分量并沒有正在衰減與非周期分量及高頻信號的時候，此時互感器就處于穩(wěn)定狀態(tài)，這時候電流互感器產(chǎn)生的誤差就是穩(wěn)態(tài)誤差。在輸入信號中含有非周期分量與衰減的周期分量及高頻信號的時候，電流互感器就處在暫態(tài)，這時候所產(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：“對于有些電能中的計量裝置中的接線方式使用了是三相三線制，其中兩臺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，此類大多數(shù)的計量點(diǎn)仍然在使用用簡單的三線連接方法，這樣就會使流過公共導(dǎo)線的合成電流，在導(dǎo)線的電阻中發(fā)生壓降，這樣的話就會和原來因為二次負(fù)荷產(chǎn)生的壓降互相疊加，使得實際中的計量誤差和在實驗室中檢定的結(jié)果之間的差別較大，從而產(chǎn)生了附加計量誤差。

4.2電流互感器變比過大引起的計量誤差

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)問題比較復(fù)雜，假如僅從電能計量準(zhǔn)確性這一方面考慮，那么實際負(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)行這一角度來考慮的話，確定額定一次電流還需要在系統(tǒng)短路的時候?qū)臃€(wěn)定與熱穩(wěn)定進(jìn)行校核。以前，因為被互感器制造水平所限制，互感器的熱穩(wěn)定與動穩(wěn)定的技術(shù)指標(biāo)偏低，為了將電力系統(tǒng)中的熱穩(wěn)定與動穩(wěn)定需要的要求所滿足，在電流互感器的選擇上會選擇變化比較大的互感器。這樣一來，電流互感器雖然能夠安全的運(yùn)行，但是卻降低了實際運(yùn)行中的電流互感器的計量準(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量專業(yè)、繼電專業(yè)與儀表專業(yè)等不同專業(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)線的長度比規(guī)程中規(guī)定的要長，就會使得電流互感器產(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)該超過規(guī)定限值。負(fù)載阻抗主要受到了各種測量儀表以及二次連接導(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的電能表以及各種測試儀表，或者在二次回路中串入各種變送器，都會使得電流互感器的二次負(fù)荷相比于規(guī)定值來說較高，從而使得計量誤差變大；在之前的電網(wǎng)建設(shè)中，電流互感器計量繞組二次額定負(fù)荷的選擇并沒有統(tǒng)一的規(guī)范，從而導(dǎo)致有些電流互感器在實際負(fù)荷運(yùn)行時的誤差偏大。

6.現(xiàn)場運(yùn)行電流互感器二次負(fù)載對誤差的影響

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)減少的時候，還要將磁通的密度變少，因為二次的電流并不發(fā)生變化，在激磁的電流減小的情況下，誤差也會隨之減小。如果二次負(fù)載的阻抗超過了規(guī)定范圍，不僅誤差會超出允許值，還會產(chǎn)生危險。因為在極限狀況下二次磁動勢的數(shù)值會變?yōu)榱?，但是I1是一個定值，一次磁的動勢將會全部轉(zhuǎn)化為激磁磁勢，因此產(chǎn)生的磁通量非常大，這樣在二次繞組中就會感應(yīng)出很高的電動勢，可能會將繞組的絕緣層擊穿，并且對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程中絕對不允許二次回路開路。

7.新型光纖電流互感器對計量誤差的影響

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，存在動態(tài)范圍窄、絕緣性較差、容易鐵磁諧振、產(chǎn)生輸出信號不匹配計算機(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，則磁光晶體Verdet常數(shù)對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，傳感光纖Verdet常數(shù)就會出現(xiàn)變化，此變化可使得互感器變比會漂移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)入偏振器之后會因光的雙折射使得光的偏振面出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，就會產(chǎn)生一個和法拉第磁效應(yīng)偏角沒有差異的信號誤差，這樣就會大幅度降低互感器的性能測試結(jié)果，從而對其實用化造成影響。通過實驗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)過理論進(jìn)行估算，得到二次實際負(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

對在下限負(fù)荷、實際負(fù)荷與額定負(fù)荷時候的電流互感器的角差與比差進(jìn)行測量。在測量的結(jié)果中可以看到，在這三種情況下測試的結(jié)果都在規(guī)定的范圍之內(nèi)，但是實際負(fù)荷時候的誤差比下限負(fù)荷與額定負(fù)荷的誤差大。額定負(fù)荷時候的電流互感器誤差一般是負(fù)值，下限負(fù)荷的時候一般是正值，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)行時的誤差就可以接近為0。所以，要根據(jù)實際的狀況對電流互感器二次負(fù)荷的額定負(fù)荷進(jìn)行選擇，對實際中誤差的減小有十分重要的意義。

9.結(jié)束語

影響電流互感器計量精確性的一個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讓得電流互感器產(chǎn)生的計量誤差較大，從而對整體的準(zhǔn)確性造成了影響。由此看來，能夠?qū)㈦娏骰ジ衅髦袑嶋H的二次負(fù)荷數(shù)值準(zhǔn)確的獲得十分的重要。此外，在對電流互感器的型號進(jìn)行選擇時，精準(zhǔn)的二次負(fù)荷也能夠作為一個重要的依據(jù)。電流互感器中對計量誤差產(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，電能計量裝置的精確性才能夠得到很好的保證。

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1007-6344（2015）03-0270-02