李春來(lái)，湯曉宇，羅坤明，蘭 雄

(1.河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東省智能低壓電氣設(shè)備工程技術(shù)研究中心，廣東河源 517000；2.廣東雅達(dá)電子股份有限公司,廣東河源 517000)

0 引言

太陽(yáng)等離子風(fēng)的動(dòng)態(tài)變化與地磁感應(yīng)電流的作用，在高壓直流輸電系統(tǒng)采用單極-大地回路方式時(shí)，及地磁爆效應(yīng)等原因，電磁裝備中均會(huì)出現(xiàn)直流偏磁電流。高精度電磁式微型電流互感器是智能電力儀表常用的前端取樣器件，其性能指標(biāo)及穩(wěn)定性直接影響電力儀器儀表的測(cè)量精度。而直流偏磁現(xiàn)象會(huì)改變電流互感器(current transformer，CT)的傳變特性[1-3]。

本文選用0.02級(jí)電磁式微型電流互感器CT23-5A/5 mA為研究對(duì)象，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)研究分析直流偏磁條件下電磁式高精度微型電流互感器(CT)的傳變特性。

1 直流偏磁條件下傳變特性的數(shù)理關(guān)系

電流互感器傳變特性用角差f與比差δ衡量，根據(jù)文獻(xiàn)[4]有：

(1)

(2)

(3)

式中：γ1為CT二次側(cè)的負(fù)載阻抗角；Bdc為CT直流偏磁磁通密度。

參考文獻(xiàn)[4]，在直流偏磁條件下，鐵芯內(nèi)直流磁通與直流分量為非線性關(guān)系，直流磁通隨直流偏磁電流增大而增大。由式(3)可以看出，直流磁通增大，Bdc、X值相應(yīng)會(huì)增大，將引起CT角差與比差的增大；同時(shí)直流偏磁將加速CT的飽和，且直流偏磁電流越大，CT飽和越快。CT比差與角差隨著直流偏磁電流增大而增大，為非線性關(guān)系。一次側(cè)的直流偏磁電流不會(huì)產(chǎn)生變化磁通，作為勵(lì)磁電流改變鐵芯工況，從而影響微型電流互感器的傳變特性。

2 CT直流偏磁實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：深圳凱旋/KS823/三相交直流指示儀表校驗(yàn)裝置，直流電流輸出范圍為0.1 mA～25 A，輸出穩(wěn)定度為0.01%/min；HESE互感器校驗(yàn)裝置，精度為0.005%。高精度微型電流互感器CT23-5A/5 mA取樣3個(gè)[2]，進(jìn)行測(cè)試。

2.2 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)接線見(jiàn)圖1，為了定量研究直流偏磁對(duì)CT傳變特性的影響，對(duì)應(yīng)CT測(cè)試點(diǎn)：5%、20%、50%、100%、120%，在每個(gè)測(cè)試點(diǎn)分別針對(duì)K(K=直流偏磁電流/一次側(cè)交流電流有效值)取值0、0.01、0.02、0.05、0.10施加直流偏磁電流，測(cè)量CT的比差與角差。

圖1 實(shí)驗(yàn)接線圖

2.3 驗(yàn)數(shù)據(jù)

選取一個(gè)CT23樣品的測(cè)試數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

表1 CT23在直流偏磁條件下傳變特性的比差與角差

2.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.4.1 直流偏磁對(duì)比差的影響

根據(jù)表1繪制CT23比差隨K值變化曲線，如圖2所示。

圖2 CT23比差隨K值變化曲線

根據(jù)表1、圖2可以看出：

(1)當(dāng)測(cè)試點(diǎn)5%，直流偏磁電流對(duì)比差影響不明顯，比差未超出0.02級(jí)微型電流互感器的誤差限值；在測(cè)試點(diǎn)20%、50%、100%、120%，直流偏磁電流對(duì)比差影響較大，比差幾乎都超出0.02級(jí)微型電流互感器的誤差限值；

(2)在測(cè)試點(diǎn)5%、20%、50%，變化曲線總體趨勢(shì)比差是隨K值增大而增大；在測(cè)試點(diǎn)100%、120%，當(dāng)K≤0.02時(shí)、變化曲線總體趨勢(shì)比差是隨K值增大而增大，當(dāng)K>0.02時(shí)，變化曲線總體趨勢(shì)比差是隨K值的增大而向負(fù)方向變化，根據(jù)比差的定義：f=(KcI2-I1)/I1×100%，二次電流測(cè)量變??；

(3)在測(cè)試點(diǎn)50%、100%、120%時(shí)，當(dāng)K≥0.02時(shí)，比差遠(yuǎn)超出0.02級(jí)CT比差誤差限值。當(dāng)K=0.05時(shí)：在測(cè)試點(diǎn)50%、100% 、120%比差分別達(dá)到0.255、0.352、0.272；當(dāng)K=0.10時(shí)：在測(cè)試點(diǎn)50%、100%、120%比差分別達(dá)到0.537、-0.266、-0.493。

2.4.2 直流偏磁對(duì)角差的影響

根據(jù)表1繪制 CT23角差隨K值變化曲線，如圖3所示。

圖3 CT23角差隨K值變化曲線

根據(jù)表1、圖3可以看出：

(1)總體趨勢(shì)角差隨K值的增大而迅速增大。當(dāng)K>0.01時(shí)，遠(yuǎn)超出0.02級(jí)CT角差誤差限值。例如：當(dāng)K=0.05時(shí)，在測(cè)試點(diǎn)50%、100%、120%角差分別達(dá)到5.9′、21.4′、27.7′；當(dāng)K=0.10時(shí)，在測(cè)試點(diǎn)50%、100%、120%角差分別達(dá)到31.5′、63.5′、66′；

(2)不存在直流偏磁電流時(shí)(K=0)，角差隨輸入交流電流有效值的增大而變??；存在直流偏磁電流(K>0、但K=定值)時(shí)，總體趨勢(shì)角差隨CT初級(jí)交流電流有效值的增大而迅速增大；

(3)直流偏磁引起的角差偏移將造成儀表計(jì)量偏小。

3 結(jié)論

(1)微型電流互感器傳變特性受直流偏磁的影響，且這種影響隨直流偏磁電流的增大而增大；

(2)角差隨直流偏磁電流的增大而向正方向變化，且隨直流偏磁電流的增大而呈非線性快速增長(zhǎng)；當(dāng)直流偏磁電流超過(guò)微型電流互感器一次側(cè)交流電流有效值的2%時(shí)，比差超出0.02級(jí)微型電流互感器比差誤差限值。

(3)當(dāng)直流偏磁電流超過(guò)微型電流互感器一次側(cè)交流電流有效值的2%時(shí)，比差和角差都超出0.02級(jí)微型電流互感器誤差限值，從而影響智能儀表的計(jì)量精度，導(dǎo)致儀表測(cè)量偏小。