電流互感器現(xiàn)場測試儀校準(zhǔn)思路構(gòu)架

李洪浩

摘要： 電能計(jì)量裝置是電能計(jì)量工作開展中所必備輔助、計(jì)量器具的總體，在工作開展中，為了保障電能計(jì)量工作的準(zhǔn)確性，就需要定期做好電壓、電流互感器的校準(zhǔn)工作。在本文中，將就電流互感器現(xiàn)場測試儀校準(zhǔn)進(jìn)行一定的研究。

Abstract： Electric energy metering device is a kind of indispensable auxiliary， measuring instrument in the development of electric energy metering work. In the work， in order to ensure the accuracy of electric energy measurement work， we need to do a good job for the calibration work of voltage， current transformer calibration work. This paper studies the calibration of current transformer field tester.

關(guān)鍵詞： 電流互感器；現(xiàn)場測試儀；校準(zhǔn)思路

Key words： current transformer；field testing instrument；calibration method

中圖分類號(hào)：TM452 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）04-0133-03

0 引言

發(fā)電廠與變電站的高壓大電流電能計(jì)量裝置，以及大用戶的電能計(jì)量裝置，關(guān)系到發(fā)電、送電、供電及用戶多方的利益。電能計(jì)量裝置是為電能計(jì)量所必須的計(jì)量器具和輔助設(shè)備的總體，其綜合誤差主要由電流互感器、電壓互感器、電能表和電壓互感器二次壓降引起。為了確保電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，應(yīng)定期對電流互感器、電壓互感器等進(jìn)行校準(zhǔn)。而傳統(tǒng)電流互感器的校準(zhǔn)方法基本上都是采用測差法，由于原理上的局限，使得電流互感器的現(xiàn)場校準(zhǔn)極為不便，目前國內(nèi)尚未制定電流互感器現(xiàn)場測試儀的校準(zhǔn)規(guī)范以確保量值溯源體系的完善。

本文論述了電流互感器、電流互感器現(xiàn)場測試儀的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，分析了直接比較式電流互感器校驗(yàn)儀、測差式電流互感器校驗(yàn)儀、低壓外推法電流互感器現(xiàn)場測試儀、負(fù)荷外推法電流互感器現(xiàn)場測試儀等現(xiàn)場測試儀的測量原理和優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一套實(shí)用的校準(zhǔn)方法，可以滿足電流互感器現(xiàn)場測試儀的校準(zhǔn)需要。

1 電流互感器的結(jié)構(gòu)和原理

互感器是一種為繼電器、測量儀器等電器供電的變壓設(shè)備，通過測量儀表、計(jì)量裝置同電流互感器的配合應(yīng)用，則能夠做好電力系統(tǒng)一次側(cè)電流的測量，而通過同自動(dòng)裝置以及繼電保護(hù)的配合性應(yīng)用，則能夠形成對電網(wǎng)故障的自動(dòng)控制以及保護(hù)工作。可以說，電流互感器其自身性能的高低，不僅將對電力系統(tǒng)計(jì)量、測量工作開展的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，且將直接關(guān)系到繼電保護(hù)動(dòng)作可靠性。

在具體應(yīng)用中，其主要的作用有：第一，將電力系統(tǒng)一次側(cè)電流實(shí)現(xiàn)向二次側(cè)的傳遞，通過二次側(cè)儀表，則能夠?qū)σ淮蜗到y(tǒng)的電流進(jìn)行測量；第二，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障、出現(xiàn)非正常運(yùn)行情況時(shí)，電流互感器則會(huì)將電流信息實(shí)現(xiàn)對繼電保護(hù)裝置的提供，并在故障發(fā)生時(shí)第一時(shí)間啟動(dòng)相關(guān)設(shè)備，對電網(wǎng)故障形成控制以及保護(hù)作用；第三，在對高壓線路電流進(jìn)行測量時(shí)，通過電流互感器的應(yīng)用，則能夠使一、二次側(cè)設(shè)備同系統(tǒng)形成電氣隔離，以此對電氣設(shè)備以及工作人員的安全性作出了保證。

2 電流互感器校驗(yàn)儀的測量原理

2.1 直接比較互感器

在早期，比較式互感器檢驗(yàn)儀是主要類型，其工作原理，即在工作當(dāng)中將被檢電流互感器一級標(biāo)準(zhǔn)電流互感器當(dāng)中的二次電流分別輸入到校驗(yàn)儀當(dāng)中，在經(jīng)過磁耦合器以及電阻分壓器比較后，獲得目標(biāo)互感器同標(biāo)準(zhǔn)互感器的相位差以及比之差。

根據(jù)檢驗(yàn)原理的不同，可以將其進(jìn)一步分為磁耦合以及電阻分壓兩種類型，在電阻分壓互感器校驗(yàn)工作中，即將目標(biāo)互感器以及標(biāo)準(zhǔn)互感器二次電流通過電阻方式獲得其壓降，之后根據(jù)分壓器將其降為具有相同名義值的電壓比較，并分別測量出相位差以及比值差。

2.2 測差式互感器

在我國高準(zhǔn)確度互感器不斷研制的情況下，對能夠檢定高準(zhǔn)確度互感器檢驗(yàn)設(shè)備也具有了更高的需求。對于早期生產(chǎn)的直接比較式互感器而言，受到設(shè)備自身電阻元件方面的限制，在具體應(yīng)用當(dāng)中僅僅能夠?qū)?.1級以下的互感器進(jìn)行檢定。為了對0.1以上互感器檢定需求進(jìn)行較好滿足，側(cè)差式校驗(yàn)儀得到了設(shè)計(jì)，其工作原理，即將標(biāo)準(zhǔn)、目標(biāo)互感器二次電流差流輸入到校驗(yàn)儀當(dāng)中，使其同標(biāo)準(zhǔn)二次電流間比對，交分量讀出相位差。對于該類檢驗(yàn)儀設(shè)備，其在應(yīng)用當(dāng)中對自身準(zhǔn)確度不具有較高的要求，基本誤差在3%以內(nèi)，這部分誤差為讀數(shù)誤差，可以忽略不計(jì)，而根據(jù)其類型的不同，也可以進(jìn)一步分為比較儀以及電位差兩種類型。

3 電流互感器現(xiàn)場測試儀的測量原理

在低壓外推法當(dāng)中，即在互易定理的基礎(chǔ)上將電流互感器轉(zhuǎn)變成具有相同準(zhǔn)確度以及變比的電壓互感器，即在電壓足夠高的情況下測量出被檢電流互感器的導(dǎo)納以及誤差，在做好比值差補(bǔ)償值以及繞組內(nèi)阻抗計(jì)算的基礎(chǔ)上將額定負(fù)荷輸入到其中，并在電流百分?jǐn)?shù)下測量導(dǎo)納，顯示出被檢互感器的相位差以及比值差。

3.1 直接測試法現(xiàn)場測試儀

在該方式中，就通過測試變比以及特定激勵(lì)導(dǎo)納的方式實(shí)現(xiàn)互感器測試儀相位差、比值差的校準(zhǔn)工作：第一，變比測試。在該測試中，使用的為“加壓測壓法”，在二次側(cè)對激勵(lì)電壓進(jìn)行施加，并在同時(shí)做好一二次側(cè)電壓采集的情況下獲得電流互感器變比。二次側(cè)電壓值方面，并不僅僅要保證CT鐵芯不存在飽和情況，且需要避免一次側(cè)電壓因過小影響到測量準(zhǔn)確度；第二，二次繞組直流電阻測試。為了能夠?qū)Υ?lián)引線阻抗以及引線互感影響實(shí)現(xiàn)較好的消除，以四端測量法測量直流電阻，即先在二次側(cè)做好直流電壓的施加，之后對二次側(cè)電流進(jìn)行采集，在經(jīng)過一定轉(zhuǎn)換之后獲得相應(yīng)的電阻值。由于在施加電流互感器時(shí)會(huì)出現(xiàn)剩磁情況，對此，在完成直流電阻測量之后，則需要做好互感器的退磁處理。

3.2 內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)法現(xiàn)場測試儀

在該方式中，積極在普通互感器測試儀的基礎(chǔ)上安裝標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器，通過內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)同目標(biāo)互感器將的比對實(shí)現(xiàn)空載、變比方面的測試。該方式在具體應(yīng)用當(dāng)中具有準(zhǔn)確度高的特征。

4 電流互感器現(xiàn)場測試儀校準(zhǔn)方法探討

4.1 校準(zhǔn)項(xiàng)目

校準(zhǔn)項(xiàng)目包括基本誤差和變比的測定，具體內(nèi)容如下：

4.1.1 基本誤差測量

在能量傳輸當(dāng)中，不可避免會(huì)存在損耗情況，如互感器將一次電流按照比例實(shí)現(xiàn)二次電流的轉(zhuǎn)換時(shí)，則需要通過一部分電流的消耗應(yīng)用在勵(lì)磁當(dāng)中，以此使鐵芯獲得磁性。這部分應(yīng)用在勵(lì)磁當(dāng)中的電流，則稱之為激磁或者勵(lì)磁電流，正是因該類電流的存在，則使互感器具有了誤差。在電流互感器誤差當(dāng)中，根據(jù)其類型的不同可以分為相位以及比值差，其中，比值差即按照額定電流將二次電流折算成一次后，其同實(shí)際電路之間的差，而相位差則是將二次電流翻轉(zhuǎn)180°以后同一次電流相角的差。

4.1.2 變比測量

在變比實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，電流互感器是其中的一項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目。在早期，互感器按照電流法進(jìn)行變比測量，而在現(xiàn)今系統(tǒng)容量不斷增加的情況下，互感器一次電流值也在不斷增加，現(xiàn)場加較大的電流已經(jīng)不可能，而如果降低試驗(yàn)電流，也不會(huì)因此對檢測工作帶來較大的便利，且會(huì)對現(xiàn)場操作產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。而如果降低電流、使其在500A以下，則可能因此會(huì)對測量準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。為了能夠?qū)υ摲N問題進(jìn)行解決，則較多以電壓法以及無線傳輸測試法測量，但該種方式也存在一定的缺點(diǎn)，即測量準(zhǔn)確度不高。同其相比，基于電壓法的測試儀則具有更高的測量準(zhǔn)確度，并因此獲得了較多的應(yīng)用。

目前，在變比測試中，較多以電壓法測量，即在二次側(cè)加電壓的情況下對一次側(cè)以及二次側(cè)電壓進(jìn)行測量，而兩者間的比值即為CT變比。在所施加的電壓值方面，需要避免鐵芯出現(xiàn)飽和情況，且需要做好感應(yīng)電壓控制，避免其值過低影響到測量準(zhǔn)確度。

4.2 校準(zhǔn)方法

4.2.1 以往校準(zhǔn)方法的弊端

在早期工作中，往往以間接比對方式進(jìn)行校驗(yàn)儀的校準(zhǔn)，即在使用部分不帶補(bǔ)償、具有一定代表性互感器后，通過傳統(tǒng)互感器裝置以測差方式對其基本誤差進(jìn)行測量，之后再使用測試儀對互感器基本誤差進(jìn)行測量。而考慮到測試儀在工作當(dāng)中電流在5至5000A范圍以內(nèi)，在實(shí)際工作中，要想配備具有不同規(guī)范、處于在范圍當(dāng)中且不具有補(bǔ)償?shù)幕ジ衅饕膊⒉皇且患秩菀椎氖虑?，?shí)際上，在很多校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)中，都不具備該類條件。

同時(shí)，這部分不具有補(bǔ)償?shù)幕ジ衅髯陨頊?zhǔn)確度并不高，在實(shí)際工作當(dāng)中，穩(wěn)定性非常容易受到自身工況的影響，如工作電流、實(shí)際負(fù)荷、功率因數(shù)以及退磁情況等。在該種情況下，如果以間接測量法對互感器進(jìn)行測試，則將存在測量結(jié)果不準(zhǔn)確、具有較大不確定度、工作量大以及校準(zhǔn)過程較為復(fù)雜的特點(diǎn)，即不適合通過間接對比法的應(yīng)用溯源量值。

4.2.2 標(biāo)準(zhǔn)電流互感器法

鑒于上述分析，本文擬用標(biāo)準(zhǔn)電流互感器法進(jìn)行校驗(yàn)。

①校準(zhǔn)原理。

目前，一般準(zhǔn)度等級互感器都以匝數(shù)或分?jǐn)?shù)匝方式補(bǔ)償，在該類補(bǔ)償中，其具有線性的特征。為了能夠在適當(dāng)成本范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)互感器準(zhǔn)確度的提升，則需要使用部分非線性方式進(jìn)行補(bǔ)償，如電容補(bǔ)償以及磁分路補(bǔ)償?shù)?。磁分路補(bǔ)償?shù)淖饔茫茨軌蛟趯?shí)現(xiàn)比值差曲線拉平的基礎(chǔ)上一定程度拉平相位差曲線，并在電力系統(tǒng)中因其所具有的較好效果以及簡單性得到了較為廣泛的應(yīng)用。在精密電流互感器中，相位差曲線以及拉平比值差曲線可以通過分?jǐn)?shù)匝電感補(bǔ)償，為了實(shí)現(xiàn)對補(bǔ)償效果的提升，則需要選擇具有較小損耗、具有較強(qiáng)非線性特征的鋼片作為鐵心。

在該方式中，具有以下優(yōu)點(diǎn)：即無論下限電流值如何，都能夠部分拉平相位差以及比之差曲線，且在經(jīng)過補(bǔ)償后其鐵心磁密以及磁導(dǎo)率不變。而對于0.05級以上準(zhǔn)確度較高的互感器，由于容量相對較小，則初始磁導(dǎo)率較高。在以并聯(lián)電容以及輔助互感器實(shí)施補(bǔ)償?shù)那闆r下能夠同時(shí)拉平相位差以及比之差曲線，且由于鐵心磁密下降，則將在減小互感器變差的情況下使互感器具有更高的性能。雖然以非線性方式補(bǔ)償具有上述優(yōu)點(diǎn)，但由于低壓外推法中，其在處理中將電流互感器作為電壓互感器進(jìn)行測量，但以該方式校準(zhǔn)還是不能符合外推法定義，且在測量數(shù)據(jù)上也存在一定的異常情況。

為了能夠?qū)α恐邓菰磫栴}進(jìn)行解決，則在精心選擇鐵心材料的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一款不具有非線性補(bǔ)償?shù)幕ジ衅?，?zhǔn)確性能夠達(dá)到0.02級。

②校準(zhǔn)流程。

1）參數(shù)設(shè)置：

進(jìn)入CT“勵(lì)磁”測試界面后，選擇進(jìn)入“校準(zhǔn)”試驗(yàn)界面，設(shè)定好勵(lì)磁電流值：0.1A ～ 5A；勵(lì)磁電壓值：1V～1000V（如圖1所示），接線圖詳見圖2。

2）開始：

電壓校準(zhǔn)試驗(yàn)參照圖2進(jìn)行接線；設(shè)置好被測電壓后，合上功率開關(guān)，選擇 “開始”選項(xiàng)，按下控制器，試驗(yàn)即開始，試驗(yàn)到達(dá)設(shè)定值后將保持輸出電壓/電流值用于檢測，檢測完畢后，按下控制器，試驗(yàn)返回圖2所示主界面。

按照圖 2接線完畢后，電壓設(shè)定值略高于【電流設(shè)定值（A）*負(fù)載（Ω）】，設(shè)置好被測電流/電壓值后，合上功率開關(guān)，選擇 “開始”選項(xiàng)，按下控制器，試驗(yàn)即開始，試驗(yàn)到達(dá)設(shè)定值后將保持輸出電流/電壓值用于檢測，至此，整個(gè)校準(zhǔn)過程完畢。

③誤差控制指標(biāo)。

校準(zhǔn)誤差要從電流互感器快速測量測試點(diǎn)的快速定位、負(fù)荷箱、各種變比的互感器覆蓋等方面進(jìn)行嚴(yán)格控制，在實(shí)際工作中，須執(zhí)行表1所示誤差控制指標(biāo)。

5 結(jié)論

在上文中，我們對電流互感器現(xiàn)場測試儀校準(zhǔn)思路進(jìn)行了一定的研究，在實(shí)際工作開展中，需要能夠充分把握校準(zhǔn)重點(diǎn)以及思路，以科學(xué)校準(zhǔn)方式的選擇與應(yīng)用保障工作開展質(zhì)量。

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