降低电流互感器误差的措施分析

降低电流互感器误差的措施分析

梁善文

（中电投电力工程有限公司上海200233）

摘要：在电网中使用电流互感器是非常普遍的一种现象，主要的功能就是将电网中的大电流转换为可以使用、测量的小电流，还有可以采集数据，为相关工作人员测量分析提供数据。因此，如果电流互感器在使用的过程中出现了故障，就会导致数据记录的不准确，继电保护装置就会出现误操作，从而可能导致整个电网的停止运行，所以需要相关的工作人员重视电流互感器故障问题，为电网的稳定、安全运行提供保障。

关键词：电流互感器；误差；措施

电流互感器通过把电力系统中大的一次电流转变为1A（或5A）二次电流，提供给保护、控制、计量、测定等二次装置，以实现隔离绝缘的功能，然后配合利用继电设备，如此便可有效保障电力系统的运行稳定性。在现场检定电流互感器过程中，一般都需控制被检定电流互感器与标准电流互感器的额定容量、变比等保持一致，然后通过比较法进行测定，在该过程中需选用升流器对被测互感器与标准互感器进行升流，并保证一次电流相同，然后标准互感器和被检定互感器间的电流差进入互感器产生回路差，并利用校验仪获取误差值。尽管该操作看起来简单，然而在具体实施过程中会有很多问题存在，影响检定工作的顺利开展。

一、电流互感器误差分析

电流互感器由铁芯和绕组组成。利用电磁感应原理,一次绕组通过磁通Φ匝链二次绕组,在二次绕组上产生感应电动势和感应电流,实现电流的传变。而铁心具有磁电阻,铁心磁化损耗的这部分二次电流就是励磁电流,也是电流互感器产生误差的原因。电流互感器工作必须保持磁场,就必需有励磁电流存在,因而也必然存在误差。各电流间存在式(1)、(2)所示的向量关系:

式中:İ1为一次电流向量,İ2为二次电流向量,İ'2为二次电流的换算值向量,İ0为励磁电流向量,KI为互感器的电流变比。

为方便对电流互感器的误差进行分析,作出电流互感器的“T”型等值电路图,如图1所示。其中,Ė1为一次转换到二次的电压,Z1为一次转换到二次的阻抗,Z2为二次绕组的阻抗,Z0为激磁阻抗,Z为负载阻抗。

由图1可求出:

图1“T”型等值电路图

综合式(1)～式(3),得出电流互感器误差的相量图,如图2所示。

由图(2)可以看出,İ1和-İ'2的数值不相等,相位不相同,即存在比值差和相位差,简称比差和角差。

根据国家标准:

二、电流互感器现场检定的机理和检定体系

（一）电流互感器现场检定机理

电流互感器的现场检验工作通常采取测差比较法进行，在检定过程中对电流比相同的被检互感器和标准互感器实施比较，通过升流器向被测互感器与标准互感器提供一致的一次电流，然后将被测互感器与标准互感器二次电流向互感器校验仪进行输入，以检测被测互感器和标准互感器的相位差与比值差。

（二）电流互感器现场检定体系的构成

电流互感器现场检定体系包括互感器校核仪、标准互感器、电流负载箱等，以及检测电源（如升流仪器与调压仪器等）、一次电流线、二次检测线等构成。测定过程中，标准式互感器和被测互感器的电流比应保持一致，且准确级别通常要高出被测互感器两个等级，对≤0.2级的被测互感器类型，标准互感器精确级别应至少是.05级。互感器的校验设备也被称作误差检测设备，可用在检测和显示出被测互感器相位和比值差、电流的百分数等，其精确级别通常是2级。电流负载箱是用于被测互感器二次负载的模拟工作，它的精确程度通常在±3%左右。升流器用以向标准互感器及被测互感器设备供给一次电流，它的容量通常是。调压器设备用于对误差检测时所需检定点进行调节，它的容量要不低于升流器的容量值。

（三）电流互感器误差的影响因素

根据磁路欧姆定律,得出:

式(6)中,μ为铁芯的导磁率,S为铁芯的横截面积,L为铁芯磁路的平均长度。

而I2和I1存在如下关系:

综合式(4)～式(7),列方程可得:

从上两式可知,电流互感器误差的影响因素有负载阻抗、二次绕组阻抗、铁芯平均磁路长度等参数,以下具体分析其对误差的影响情况。

图2电流互感器的误差相量图

（1）负载阻抗影响

负载阻抗与比差、角差成正比。因此,连接的负载应该根据工厂手册中规定的额定二次负载阻抗值进行选择。

（2）材料和制造工艺相关参数的影响

1)结构参数的影响

结构参数L/N22S与误差成正比,结构参数值越大,误差越大。结构参数中铁芯的截面积S、平均磁路长度L和二次绕组N2的数量与电流互感器的几何尺寸有关,并且这些参数相互影响。增加S,会减少磁通密度,减小励磁电流,从而减小误差,但也减少了N2,且导致L的增加;而增加N2,会增大阻抗Z2、铁芯窗口及L。只有将L/N22S值减小到最小,才能将误差控制到误差限值范围内。

2)铁芯磁导率的影响

铁芯磁导率μ与误差成反比,铁芯的磁导率越高,误差越小。芯材要选用高磁导率材料,如超微晶体,坡莫合金等新材料。在保持磁通密度不变的同时,选择合适的安匝数还可以改善电流互感器误差。

（3）电流频率的影响

正常情况下,电力系统的频率变化很小,频率对误差的影响可忽略不计。Z2、Z、α和θ会随着频率f的改变而改变,所以当电流互感器运行在非额定频率的系统中时,就要考虑频率对误差的影响。

三、降低电流互感器误差的措施分析

（一）优化电流互感器的设计,以降低由于内部参数的影响而导致的误差

1)合理选择铁芯材料。铁芯材料要求导磁率高、价格适中的材料,可以选用超微晶、坡莫合金等具有高磁导率、低叠片厚度的新型材料。2)优化设计尺寸。优化调整铁芯截面积S、平均磁路长度L和二次绕组匝数N23个参数值,以达到结构参数L/N22S减小到最小值。结构参数对饱和倍数有影响,因而也要考虑。

（二）优化运行条件,调整运行参数,减小因现场参数影响带来的误差

当电流互感器已出厂时,其内部参数是固定的。则电流互感器的误差主要受二次负载、电流频率等现场参数的影响。1)限制二次负载。通常情况下,二次负载控制在(25%～100%)Z,额定电流控制在(30%～60%)I,能使误差减到最小,达到最佳工作状态。另一种常见方法是使用较粗的连接线或串联连接同规格电流互感器的次级绕组以减小次级负载阻抗值以减小误差。2)合理选择电流互感器的容量。酌情选用更大容量的电流互感器。综合考虑次级负载、外接导线电阻、电表阻抗的影响来选择容量。3)误差补偿。结合运行环境,电流互感器可补偿误差,常用的有二次绕组分数补偿、二次侧电容分路补偿等。

四、结论

在电流互感器现场检定中，常见的问题主要有被测互感器的誤差值超过其限定值范围和一次回路升流无法达到额定值等，对于这些问题只需消除其外部影响，并合理配备导线，并科学选择升流器，如此便可确保互感器现场检定的顺利实现。此外，开展电流互感器现场测定的相关技术人员，应认真理解所选检定装置的运行原理，从而防止在现场检定互感器过程中各类问题的发生，以确保电流互感器的稳定运行。

参考文献

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