(國(guó)網(wǎng)四川省電力公司計(jì)量中心，四川 成都 610045)

0 引 言

電力系統(tǒng)中的電流互感器是將一次大電流轉(zhuǎn)換為二次小電流的裝置，電流互感器傳遞信號(hào)的準(zhǔn)確性對(duì)電能的準(zhǔn)確計(jì)量和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。因此，電流互感器傳輸特性的準(zhǔn)確檢測(cè)非常重要，同時(shí)國(guó)家計(jì)量法規(guī)定，貿(mào)易結(jié)算用的電流互感器屬于強(qiáng)制檢定設(shè)備，必須定期開(kāi)展性能檢定[1]。

JJG 1021-2007《電力互感器檢定規(guī)程》[2]規(guī)定對(duì)電流互感器開(kāi)展誤差檢測(cè)時(shí)采用比較測(cè)差法，即將一次電流同時(shí)施加在標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和被試電流互感器上，采用差值法比較標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和被試電流互感器的二次電流值，從而測(cè)出電流互感器的誤差。這種方法能夠準(zhǔn)確檢測(cè)電流互感器的誤差，使用最廣泛，在條件允許的情況下，都應(yīng)采用這種方法[3]。但比較測(cè)差法的主要缺點(diǎn)是需要試驗(yàn)設(shè)備多、對(duì)電源的要求較高，且設(shè)備笨重、檢測(cè)效率很低，并對(duì)GIS中的電流互感器和額定一次電流大的電流互感器難以開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。為解決比較測(cè)差法在某些情況下難以開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的缺點(diǎn)，基于互易原理的電流互感器誤差測(cè)試方法(即低壓外推法)被提出并得到廣泛使用[4]，該方法對(duì)電流互感器施加小信號(hào)，測(cè)出電流互感器的阻抗等參數(shù)，然后通過(guò)等效電路模型計(jì)算電流互感器的誤差，這種方法無(wú)需調(diào)壓器、升流器、負(fù)載箱、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器等試驗(yàn)設(shè)備，顯著降低了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件的要求和勞動(dòng)強(qiáng)度，具有試驗(yàn)接線簡(jiǎn)單、試驗(yàn)設(shè)備少、測(cè)試速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此得到較多應(yīng)用[3]。

由于基于互易原理的電流互感器校驗(yàn)儀是通過(guò)計(jì)算而不是直接測(cè)量的方式得到電流互感器的誤差，因此，電流互感器校驗(yàn)儀檢測(cè)的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。文獻(xiàn)[4-5]闡述了基于互易原理的電流互感器校驗(yàn)儀的檢測(cè)原理和方法。文獻(xiàn)[6-9]對(duì)利用基于互易原理的電流互感器校驗(yàn)儀開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)電流互感器誤差檢測(cè)進(jìn)行了介紹，說(shuō)明了基于互易原理的電流互感器校驗(yàn)儀開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)具有一定的可行性。文獻(xiàn)[10]介紹了用基于互易原理的電流互感器校驗(yàn)儀開(kāi)展GIS絕緣式電流互感器的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，并指出該方法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)GIS絕緣式電流互感器等的誤差檢測(cè)具有重要意義。文獻(xiàn)[11]介紹了基于互易原理的電流互感器校驗(yàn)儀的溯源和驗(yàn)證方法，但是由于基于互易原理的電流互感器校驗(yàn)儀較多，電流互感器校驗(yàn)儀的檢測(cè)準(zhǔn)確性如何尚缺乏充分的比較分析。為掌握基于互易原理電流互感器校驗(yàn)儀的準(zhǔn)確性，用多種基于互易原理的電流互感器校驗(yàn)儀和比較測(cè)差法對(duì)多臺(tái)電流互感器開(kāi)展誤差檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較分析，為基于互易原理的電流互感器校驗(yàn)儀的現(xiàn)場(chǎng)使用提供支撐和依據(jù)。

1 基于互易原理的電流互感器誤差測(cè)試方法

由于電磁式電流互感器和電磁式電壓互感器均是基于電磁感應(yīng)原理，故電流互感器可以等效為同等精度等級(jí)的電壓互感器，通過(guò)計(jì)算電壓互感器的誤差，從而得到電流互感器的誤差，基于互易原理的電流誤差測(cè)試方法正是基于這一思想[3]。等效為電壓互感器后的電流互感器電路模型如圖1所示。

圖中：U1為電流互感器一次電壓；U2為電流互感器二次電壓；N1為電流互感器一次繞組匝數(shù)；N2為電流互感器二次繞組匝數(shù)；Z0為電流互感器一次繞組阻抗；Z2為電流互感器二次繞組阻抗；Z為電流互感器二次負(fù)荷。

根據(jù)圖1的電路模型可以計(jì)算得到等效為電壓互感器后的電流互感器實(shí)際變比為

(1)

由于電流互感器的誤差可表示為

(2)

式中：S為電流互感器的額定變比；k為電流互感器的實(shí)際變比。

將式(1)帶入式(2)中，可以得到電流互感器的誤差計(jì)算公式為

(3)

式中，Y=1/Z0。

因此，只需要測(cè)出電流互感器的實(shí)際變比、二次繞組直流電阻(二次側(cè)的漏感可忽略不計(jì))、繞組的勵(lì)磁導(dǎo)納和二次負(fù)荷，即可算出電流互感器的誤差(包括比差和角差)。

從式(3)可以看出，影響基于互易原理的電流互感器校驗(yàn)儀檢測(cè)準(zhǔn)確性的主要因素有阻抗等參數(shù)的檢測(cè)準(zhǔn)確性、等效電路模型的精確性、鐵芯非線性特性的擬合精度等。

2 基于互易原理的電流互感器校驗(yàn)儀準(zhǔn)確性試驗(yàn)

2.1 被試電流互感器

對(duì)6臺(tái)運(yùn)行電壓為10 kV的單體式電流互感器(澆筑絕緣)分別用比較測(cè)差法和基于互易原理的電流互感器校驗(yàn)儀進(jìn)行誤差檢測(cè)。被試單體式電流互感器的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。電流互感器的出廠編號(hào)分別為：1855196、1855202、1855203、1855205、1855207、1855209。

表1 被試電流互感器主要技術(shù)參數(shù)

2.2 電流互感器校驗(yàn)儀

所選擇的4臺(tái)電流互感器校驗(yàn)儀均基于互易原理，包括國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口類(lèi)型，并分別用國(guó)產(chǎn)1號(hào)、國(guó)產(chǎn)2號(hào)、進(jìn)口1號(hào)、進(jìn)口2號(hào)進(jìn)行標(biāo)識(shí)。其準(zhǔn)確度等級(jí)如表2所示。

2.3 試驗(yàn)依據(jù)

檢測(cè)電流互感器誤差時(shí)，傳統(tǒng)比較測(cè)差法依據(jù)JJG 1021-2007執(zhí)行，基于互易原理的電流互感器校驗(yàn)儀按照其使用說(shuō)明書(shū)執(zhí)行。

表2 基于互易原理的電流互感器校驗(yàn)

3 結(jié)果與分析

3.1 同一校驗(yàn)儀對(duì)不同電流互感器檢測(cè)的結(jié)果分析

以比較測(cè)差法檢測(cè)得到的誤差數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，將各電流互感器校驗(yàn)儀檢測(cè)得到的誤差數(shù)據(jù)減去比較測(cè)差法檢測(cè)得到的誤差數(shù)據(jù)，得到誤差差值，分析不同額定電流百分?jǐn)?shù)下誤差差值的變化規(guī)律。由于額定二次負(fù)荷和下限二次負(fù)荷下誤差數(shù)據(jù)具有相似性，以額定二次負(fù)荷下的誤差數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析。

1)國(guó)產(chǎn)1號(hào)

國(guó)產(chǎn)1號(hào)檢測(cè)結(jié)果與比較測(cè)差法檢測(cè)結(jié)果的差值如圖2所示。從圖中可以看出，總體上具有隨電流增加，差值越小，在20%額定電流以后差值趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)；在1%和5%額定電流下，國(guó)產(chǎn)1號(hào)檢測(cè)結(jié)果與比較測(cè)差法檢測(cè)結(jié)果的差值不夠穩(wěn)定，即其誤差可能比比較測(cè)差法測(cè)得的誤差大，也可能比其??；在20%額定電流以上時(shí)，國(guó)產(chǎn)1號(hào)測(cè)得的比差大于比較測(cè)差法，而角差小于比較測(cè)差法。最大差值約為該點(diǎn)對(duì)應(yīng)誤差限值的40%，因此，對(duì)于國(guó)產(chǎn)1號(hào)(準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05級(jí))，若檢測(cè)結(jié)果在該點(diǎn)對(duì)應(yīng)誤差限值的60%以?xún)?nèi)，則比較測(cè)差法的誤差基本在誤差限值范圍內(nèi)。

圖2 國(guó)產(chǎn)1號(hào)檢測(cè)結(jié)果與比較測(cè)差法檢測(cè)結(jié)果的差值

2)國(guó)產(chǎn)2號(hào)

國(guó)產(chǎn)2號(hào)檢測(cè)結(jié)果與比較測(cè)差法檢測(cè)結(jié)果的差值如圖3所示。從圖中可以看出，仍有隨電流增加，差值越小，在20%額定電流以后差值趨于穩(wěn)定的總體趨勢(shì)；國(guó)產(chǎn)2號(hào)檢測(cè)結(jié)果與比較測(cè)差法檢測(cè)結(jié)果的誤差差值也不夠穩(wěn)定，即可能比比較測(cè)差法測(cè)得的誤差大，也可能比其?。唤遣钚∮诒容^測(cè)差法下的角差值，差值最大不超過(guò)該點(diǎn)對(duì)應(yīng)誤差限值的20%。因此，對(duì)于國(guó)產(chǎn)2號(hào)(準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05S級(jí))，若檢測(cè)結(jié)果在該點(diǎn)對(duì)應(yīng)誤差限值的80%以?xún)?nèi)，則比較測(cè)差法的誤差基本在誤差限值范圍內(nèi)。

圖3 國(guó)產(chǎn)2號(hào)檢測(cè)結(jié)果與比較測(cè)差法檢測(cè)結(jié)果的差值

3)進(jìn)口1號(hào)

進(jìn)口1號(hào)檢測(cè)結(jié)果與比較測(cè)差法檢測(cè)結(jié)果的差值如圖4所示。從圖中可以看出，對(duì)不同電流互感器檢測(cè)的誤差差值具有相似性，即比差大于比較測(cè)差法下的值，而角差小于比較測(cè)差法下的值。電流越小差值越大，差值最大不超過(guò)該點(diǎn)對(duì)應(yīng)誤差限值的20%。因此，對(duì)于進(jìn)口1號(hào)(準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05S級(jí))，若檢測(cè)結(jié)果在該點(diǎn)對(duì)應(yīng)誤差限值的80%以?xún)?nèi)，則比較測(cè)差法的誤差幾乎在誤差限值范圍內(nèi)。

4)進(jìn)口2號(hào)

進(jìn)口2號(hào)檢測(cè)結(jié)果與比較測(cè)差法檢測(cè)結(jié)果的差值如圖5所示。從圖中可見(jiàn)，進(jìn)口2號(hào)檢測(cè)數(shù)據(jù)與進(jìn)口1號(hào)具有相似性，即比差大于比較測(cè)差法下的值，而角差小于比較測(cè)差法下的值。電流越小差值越大，差值最大不超過(guò)該點(diǎn)對(duì)應(yīng)誤差限值的20%。因此，對(duì)于進(jìn)口2號(hào)電流互感器校驗(yàn)儀(準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05S級(jí))，若檢測(cè)結(jié)果在該點(diǎn)對(duì)應(yīng)誤差限值的80%以?xún)?nèi)，則比較測(cè)差法的誤差幾乎在誤差限值范圍內(nèi)，與國(guó)產(chǎn)2號(hào)和進(jìn)口1號(hào)的檢測(cè)結(jié)果基本一致。

從圖2至圖5可以看出，誤差差值較大的部分集中在1%和5%額定電流時(shí)；20%額定電流及以上時(shí)，誤差差值較小。

3.2 不同校驗(yàn)儀對(duì)同一電流互感器檢測(cè)的結(jié)果分析

由于各電流互感器誤差的檢測(cè)結(jié)果具有相似性，此處任意選取一臺(tái)電流互感器的誤差結(jié)果進(jìn)行分析。

圖5 進(jìn)口2號(hào)檢測(cè)結(jié)果與比較測(cè)差法檢測(cè)結(jié)果的差值

1)額定二次負(fù)荷

額定二次負(fù)荷下各校驗(yàn)儀檢測(cè)得到的誤差如圖6所示。可以看出，5種測(cè)試得到的電流互感器比差和角差均在誤差限值范圍內(nèi)。其中，國(guó)產(chǎn)1號(hào)在1%和5%額定電流下的測(cè)試結(jié)果不夠穩(wěn)定，且在1%～120%額定電流范圍內(nèi)，其誤差曲線與電流互感器的誤差變化規(guī)律不夠吻合；其他3種電流互感器校驗(yàn)儀與比較測(cè)差法檢測(cè)得到的比差隨電流增加的趨勢(shì)一致， 4個(gè)基于互易原理的電流互感器校驗(yàn)儀得到的比差均大于比較測(cè)差法得到的比差(因國(guó)產(chǎn)1號(hào)在1%和5%額定電流點(diǎn)不穩(wěn)定，不考慮其1%和5%額定電流點(diǎn))，且隨電流增加，比差變化較比較測(cè)差法得到的比差更平緩；比較測(cè)差法得到的角差最大，其他4個(gè)電流互感器校驗(yàn)儀得到的角差在1%～20%變化較快，20%額定電流以后變化較平緩，而比較測(cè)差法得到的角差1%～100%額定電流間變化較為均衡。

圖6 額定二次負(fù)荷下各測(cè)試儀測(cè)得的誤差

2)下限二次負(fù)荷

下限二次負(fù)荷下各校驗(yàn)儀檢測(cè)得到的誤差如圖7所示?？梢钥闯?，與額定二次負(fù)荷下有相似的結(jié)論，即5種測(cè)試得到的電流互感器誤差(包括比差和角差)均在誤差限值范圍內(nèi)。其中，國(guó)產(chǎn)1號(hào)在1%和5%額定電流下的測(cè)試結(jié)果不夠穩(wěn)定，且在1%～120%額定電流范圍內(nèi)，其誤差曲線與電流互感器的比差變化規(guī)律不吻合；其他3種電流互感器校驗(yàn)儀與比較測(cè)差法得到的比差隨電流增加的趨勢(shì)一致，且隨電流增加，比差變化較比較測(cè)差法得到的數(shù)據(jù)更平緩。需要指出的是，下限二次負(fù)荷下，國(guó)產(chǎn)2號(hào)測(cè)得的比差小于比較測(cè)差法得到的比差，而進(jìn)口1號(hào)和進(jìn)口2號(hào)得到的比差均大于比較測(cè)差法得到的比差；其中，國(guó)產(chǎn)1號(hào)在1%和5%額定電流下的測(cè)試結(jié)果不夠穩(wěn)定，且在1%～120%額定電流范圍內(nèi)，其誤差曲線與電流互感器的誤差變化規(guī)律不吻合；比較測(cè)差法得到的角差最大。

這是由于國(guó)產(chǎn)1號(hào)的準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05級(jí),而國(guó)產(chǎn)2號(hào)、進(jìn)口1號(hào)和進(jìn)口2號(hào)的準(zhǔn)確度等級(jí)均為0.05S級(jí)，0.05級(jí)對(duì)1 %和5%額定電流下的準(zhǔn)確性要求低于0.05S級(jí)。

4 結(jié) 語(yǔ)

將多臺(tái)基于互易原理的電流互感器校驗(yàn)儀對(duì)電流互感器開(kāi)展誤差檢測(cè)，并與比較測(cè)差法測(cè)得的誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，得到以下結(jié)論：

1)對(duì)于基于互易原理的電流互感器校驗(yàn)儀與比較測(cè)差法檢測(cè)得到的差值，總體上具有隨電流增加差值越小，20%額定電流以后差值趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)；影響基于互易原理的電流互感器校驗(yàn)儀檢測(cè)準(zhǔn)確性的主要因素是校驗(yàn)儀的準(zhǔn)確度等級(jí)；若準(zhǔn)確度等級(jí)相同，則不同電流互感器測(cè)試儀的測(cè)試結(jié)果基本吻合。

圖7 下限二次負(fù)荷下各測(cè)試設(shè)備檢測(cè)的誤差

2)對(duì)于準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05級(jí)的電流互感器校驗(yàn)儀，若檢測(cè)結(jié)果在該點(diǎn)對(duì)應(yīng)誤差限值的60%以?xún)?nèi)，則比較測(cè)差法的誤差基本在誤差限值范圍內(nèi)；對(duì)于準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05S級(jí)的電流互感器校驗(yàn)儀，若檢測(cè)結(jié)果在該點(diǎn)對(duì)應(yīng)誤差限值的80%以?xún)?nèi)，則比較測(cè)差法的誤差基本在誤差限值范圍內(nèi)。

3)若采用基于互易原理的電流互感器校驗(yàn)儀開(kāi)展電流互感器誤差檢測(cè)，建議電流互感器校驗(yàn)儀的準(zhǔn)確度等級(jí)選為0.05S級(jí)。