互易低壓外推法在現(xiàn)場(chǎng)大電流檢定中的應(yīng)用探討

黃 洪

（福建省計(jì)量科學(xué)研究院,福建 福州 350003）

1 引 言

隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)向大容量、高電壓方向發(fā)展，大電流互感器廣泛用于大型發(fā)電機(jī)測(cè)量和保護(hù)中。大電流互感器應(yīng)用在高電壓、大容量系統(tǒng)中一方面是滿足大容量的需求，另一方面是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

從國(guó)內(nèi)外大電流互感器的檢定技術(shù)來(lái)看，目前500KV及以下電壓等級(jí)的電流互感器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試已相當(dāng)成熟，設(shè)備也比較齊全。在進(jìn)行電流互感器檢定時(shí)，通常采用比較法，比較法檢定電流互感器是根據(jù)基爾霍夫電流定律，將被檢電流互感器和標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的二次電流進(jìn)行反向串聯(lián)得到差流，并將差流送入測(cè)量回路，經(jīng)放大、切換、濾波等處理環(huán)節(jié)后分別采出同相分量和正交分量，再經(jīng)適當(dāng)運(yùn)算在互感器校驗(yàn)儀上顯示被檢電流互感器的比值誤差和相位誤差。采用該方法現(xiàn)場(chǎng)檢定電流互感器，不僅符合國(guó)家規(guī)程要求而且所測(cè)量的數(shù)據(jù)也是最接近實(shí)際工況的。但比較法有個(gè)最大缺點(diǎn)是對(duì)電源容量要求高，從而對(duì)調(diào)壓器和升流器的容量也相應(yīng)地提出了很高的要求，從而致使整體裝置體積龐大，重量重而不宜攜帶。為解決這一難題，上世紀(jì)90年代起，國(guó)內(nèi)外學(xué)者就開(kāi)始研究電流互感器的現(xiàn)場(chǎng)檢定技術(shù)[1-3]。

文中在闡述電流互感器傳統(tǒng)比較法和互易低壓外推法測(cè)量原理的基礎(chǔ)上，對(duì)比較法測(cè)量原理存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，最后采用傳統(tǒng)比較法和互易低壓外推法對(duì)同一型號(hào)、額定電流比為5000A/5A和2000A/5A的電流互感器進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，互易低壓外推法準(zhǔn)確可靠，在現(xiàn)場(chǎng)大電流檢定中具有一定的推廣價(jià)值。

2 比較法檢定電流互感器

2.1 比較法檢定電流互感器的原理

采用互感器校驗(yàn)儀、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器等計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具來(lái)檢定電流互感器的典型線路如圖1所示。圖中，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和被檢電流互感器的一次繞組反向串聯(lián)，并由升流器供電，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的二次端與被檢電流互感器的二次端短接，為差流采樣電阻。設(shè)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的次級(jí)電流為，被檢電流互感器次級(jí)電流為，則被檢電流互感器與標(biāo)準(zhǔn)電流的差值電流可表示為[4]：

圖1 電流互感器檢定線路圖

此時(shí)，可采用通過(guò)不平衡電橋輔以相應(yīng)的電子元件和數(shù)字處理器件對(duì)電壓電流信號(hào)和差值信號(hào)進(jìn)行處理。當(dāng)工作回路為電流互感器測(cè)量回路時(shí)，數(shù)字式校驗(yàn)儀分別通過(guò)采樣差流取樣電阻和電流取樣電阻上的差壓信號(hào)和電壓信號(hào)來(lái)獲取誤差數(shù)據(jù)。

2.2 比較法存在的問(wèn)題及分析

由比較法的測(cè)量原理可知，該方法需要大電流電源設(shè)備和額定電流比相同的標(biāo)準(zhǔn)電流互感器。隨著額定一次電流的不斷增大，試驗(yàn)電源設(shè)備的容量隨著電流的平方和一次回路電抗的一次方增大。當(dāng)一次電流大于2000A時(shí)，電源設(shè)備容量大達(dá)數(shù)十千伏安。此時(shí)設(shè)備體積龐大，現(xiàn)場(chǎng)條件難升起所需的大電流，使得現(xiàn)場(chǎng)檢定無(wú)法完成。

2.3 大電流互感器所需升流器容量計(jì)算[ 5 ]

采用比較法測(cè)量電流互感器誤差時(shí)，升流器提供的容量主要為標(biāo)準(zhǔn)和被檢電流互感器本身的空載容量及所帶的二次負(fù)荷以及一次回路連接導(dǎo)線。一般情況下，當(dāng)一次電流小于10A時(shí)，所需容量為50～200VA；當(dāng)一次電流為10～2000A時(shí)，所需容量S可表示為：

當(dāng)一次電流大于2000A時(shí)，所需容量S可表示為：

式中， ，其大小取決于聯(lián)接導(dǎo)線的長(zhǎng)度及其所包圍的空間面積。調(diào)壓器容量的選擇一般大于或等于升流器的容量，由式3可知，當(dāng)電磁式電流互感器的一次電流大于10kA時(shí)，若測(cè)試回路電感遠(yuǎn)大于電阻時(shí)，調(diào)壓器和升流器的功率大部分消耗在回路電感上，此時(shí)，無(wú)功功率占用了測(cè)試系統(tǒng)大部分的調(diào)壓容量和升流容量，從而使電磁式電流互感器的檢定現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法承受如此大的電源容量。

3 互易低壓外推法檢定大電流互感器

為了克服電源容量帶來(lái)的難題，必須采用新的測(cè)量原理或方法。從大電流互感器的測(cè)量方法來(lái)看，目前主要有負(fù)荷外推法、互易低壓外推法等?；ヒ椎蛪和馔品ìF(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀實(shí)際上是根據(jù)互易定理的第三種形式，將被校電流互感器等效成相同變比及準(zhǔn)確度等級(jí)的電壓互感器。當(dāng)把一只普通的電流互感器的輸入輸出系統(tǒng)看成互易網(wǎng)絡(luò)時(shí)，根據(jù)互易定理可知，在保持CT鐵心磁化狀態(tài)不變的情況下，電流互感器的實(shí)際電流比等于電壓互感器的電壓比[6-7]。

這時(shí)候，若能夠測(cè)出實(shí)際電壓比，就可求出CT誤差，即：

圖2 等效電路圖

圖2中，B表示繞組的電納，G表示鐵損的電導(dǎo)， x2為漏感抗，r2為繞組的電阻，令：

則初級(jí)繞組的感應(yīng)電壓為：

將式7代入式3后可得：

4 比較法和互易低壓外推法檢定測(cè)量數(shù)據(jù)的比較分析

為驗(yàn)證互易低壓外推法在現(xiàn)場(chǎng)大電流互感器檢定中的可行性，現(xiàn)采用HLE1-A型電流互感器現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀和傳統(tǒng)電流互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置分別對(duì)準(zhǔn)確度等級(jí)為0.2級(jí)、額定電流比為2000A/5A和5000A/5A的電流互感器進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

表1 2000A/5A電流互感器試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 5000A/5A電流互感器試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表1～表2的驗(yàn)證數(shù)據(jù)表明：

（1）采用互易低壓外推法和傳統(tǒng)比較法進(jìn)行試驗(yàn)，其誤差數(shù)據(jù)均符合JJG 313《測(cè)量用電流互感器檢定規(guī)程》0.05級(jí)電流互感器誤差限值要求。但采用傳統(tǒng)比較法時(shí)，其裝置由標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、升流器、調(diào)壓器、電流負(fù)荷箱、互感器校驗(yàn)儀等設(shè)備構(gòu)成，不易攜帶且操作繁瑣；而由互易低壓外推法構(gòu)成的現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀可克服傳統(tǒng)比較法的上述缺點(diǎn)。

（2）從互易低壓外推法現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀的工作原理來(lái)看，采用該方法可獲得最佳的測(cè)量結(jié)果；從表1和表2來(lái)看，二者相同點(diǎn)的最大差值還不到誤差限值的1/5，這說(shuō)明互易低壓外推法是一種比較可行的方法，值得推廣和應(yīng)用。

5 結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)電流互感器校驗(yàn)儀無(wú)法解決電流互感器的現(xiàn)場(chǎng)檢定問(wèn)題，上世紀(jì)90年代起，國(guó)內(nèi)外學(xué)者就開(kāi)始研究電流互感器的現(xiàn)場(chǎng)檢定技術(shù)。從大電流互感器的測(cè)量方法來(lái)看，目前主要有負(fù)荷外推法、互易低壓外推法等，其中最具代表性的就是互易低壓外推法。該方法測(cè)試電壓小，所以對(duì)電源的容量要求不高，現(xiàn)場(chǎng)檢定大電流互感器特別方便。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，二者相同點(diǎn)的最大差值還不到誤差限值的1/5，這體現(xiàn)互易低壓外推法和傳統(tǒng)比較法測(cè)量結(jié)果良好的一致性。可見(jiàn)，互易低壓外推法在現(xiàn)場(chǎng)大電流檢定中將具有一定的推廣價(jià)值。

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