交流電流互感器測試方法改進(jìn)

王育苗，劉富平

（陜西航空電氣有限責(zé)任公司，陜西興平 713107）

1 問題

陜西航空電氣有限責(zé)任公司生產(chǎn)的航空電源交流電流互感器有多種型號，其原邊電流測試范圍（29～720）A，在多年的驗(yàn)收及定期試驗(yàn)中，有3種電流互感器多次出現(xiàn)參數(shù)超標(biāo)（不合格）現(xiàn)象，雖經(jīng)設(shè)計人員對產(chǎn)品多次改進(jìn)（更改精度范圍或提高繞制精度），仍然存在參數(shù)超標(biāo)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響產(chǎn)品交付及定期試驗(yàn)的正常進(jìn)行。為了解決該問題，找出真正原因所在，曾先后多次派人攜帶產(chǎn)品到北京304所（權(quán)威單位）進(jìn)行測試，結(jié)果是產(chǎn)品滿足技術(shù)要求并未超標(biāo)，說明產(chǎn)品是合格的，我們的測試方法可能存在著某些缺陷和不足。

2 原因分析

2.1 原測試方法

原測試方法原理線路見圖1，拖動設(shè)備拖動三相交流發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，由控制器調(diào)節(jié)控制三相交流發(fā)電機(jī)，使其產(chǎn)生三相交流電，三相交流電加到負(fù)載上，通過調(diào)節(jié)負(fù)載在主回路中形成三相交流電流，該電流通過標(biāo)準(zhǔn)電流互感器（L1，L2，L3）和被測電流互感器，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器次級與電流表A1，A2，A3連接，通過電流表A1，A2，A3監(jiān)測主回路電流，以確保主回路電流符合試驗(yàn)要求，再利用A4，A5，A6電流表檢測被測電流互感器次級輸出電流（被試產(chǎn)品的A相、B相、C相輸出電流），輸出電流與要求值比較，確定被試產(chǎn)品是否滿足設(shè)計要求。

由于我單位生產(chǎn)的交流發(fā)電機(jī)輸出額定功率基本在60 kW以下（即額定輸出電流＜174 A），因此≥174 A的電流互感器試驗(yàn)時，將主回路導(dǎo)線在被試電流互感器的原邊多匝穿繞，以保證被試電流互感器輸入電流要求。

2.2 原測試方法主要缺陷

（1）由于拖動設(shè)備轉(zhuǎn)速的變化，發(fā)電機(jī)輸出電壓存在一定的波動；

圖1 原電流互感器測試原理

（2）三相負(fù)載不可能完全平衡，因此三相負(fù)載電流不可能完全一致；

（3）每個標(biāo)準(zhǔn)互感器都存在誤差，因此3個標(biāo)準(zhǔn)互感器測試負(fù)載電流不可能做到測試完全一致；

（4）輸入電流較大的被測電流互感器需要多匝穿繞；

（5）發(fā)電機(jī)運(yùn)行需要相應(yīng)的拖動設(shè)備和輔助設(shè)備；

（6）試驗(yàn)需要負(fù)載箱來保證被測電流互感器的輸入電流；

（7）試驗(yàn)準(zhǔn)備工作量大，所需人員較多。

2.3 原測試方法影響交流互感器測試精度的因素

通過對原測試線路原理和缺陷的分析，認(rèn)為影響產(chǎn)品測試精度的主要因素有2點(diǎn)。

（1）試驗(yàn)時原邊電流的不平衡或波動。試驗(yàn)中原邊電流選用的是發(fā)電機(jī)帶模擬負(fù)載提供，由于發(fā)電機(jī)輸出電壓的波動、負(fù)載的發(fā)熱等均能引起電流波動，導(dǎo)致測試的不準(zhǔn)確性。

（2）標(biāo)準(zhǔn)電流互感器間的精度誤差。試驗(yàn)時三相（A，B，C）電流檢測選擇3個獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)電流互感器，電流互感器之間的精度誤差造成測試結(jié)果誤差而引起超標(biāo)。

3 改進(jìn)

3.1 改進(jìn)方案

由于電流互感器的規(guī)格不同，測試電流范圍廣（20～720）A，為了規(guī)范測試方法，減少人為因素造成的測試誤差，解決電流互感器測試中存在的普遍問題，同時又減小試驗(yàn)準(zhǔn)備工作量，確定電流互感器的改進(jìn)測試方案：由專用單相電流源提供單相電流，該電流為被測電流互感器的每相同時提供輸入電流；根據(jù)輸入電流的大小，通過量程轉(zhuǎn)換單元切換，用電流表A1監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的輸出電流，以實(shí)現(xiàn)對輸入電流的監(jiān)測.通過測量轉(zhuǎn)換單元選擇相位用電流表A2實(shí)現(xiàn)對被測電流互感器每相輸出電流的檢測；另外，為了縮短試驗(yàn)準(zhǔn)備時間，將單相電流源、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、量程轉(zhuǎn)換單元、測量轉(zhuǎn)換單元及電流表集成在一個測試試驗(yàn)臺中，改進(jìn)方案見圖2。

圖2 電流互感器測試改進(jìn)方案

（1）電流源要求。為了解決電流互感器原邊電流波動問題，首先排除用發(fā)電機(jī)作為電壓信號源的方案，而選用高品質(zhì)的中頻電源作為信號源，選用自耦調(diào)壓器和升流器與中頻電源配套構(gòu)成電流連續(xù)可調(diào)的電流源。其輸出電流范圍可達(dá)（0～800）A，涵蓋目前所有交流電流互感器的電流測試范圍。

（2）標(biāo)準(zhǔn)電流互感器要求。為消除標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的精度誤差造成的測試誤差，測試臺選擇單相標(biāo)準(zhǔn)電流互感器，即各相電流的測試選用同一臺標(biāo)準(zhǔn)電流互感器，避免了標(biāo)準(zhǔn)電流互感器引起的測試誤差。標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的總測試誤差＜±0.5%。

（3）測試試驗(yàn)臺要求。測試試驗(yàn)臺主要作用是對標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的信號和被試電流互感器的各相檢測信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換和測試。

3.2 改進(jìn)線路工作原理

由圖2可知，400 Hz中頻電源的輸出電壓信號經(jīng)自耦調(diào)壓器傳輸給升流器，由升流器提供電流信號，再經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器及被試電流互感器返回構(gòu)成一閉合回路。一般情況下，中頻電源的輸出電壓調(diào)至120 V，由于升流器的變比是一定的，所以電流調(diào)節(jié)由自耦調(diào)壓器來完成。試驗(yàn)時根據(jù)被試產(chǎn)品對原邊電流的要求，調(diào)節(jié)自耦調(diào)壓器的輸出電壓即可實(shí)現(xiàn)；由于自耦調(diào)壓器的調(diào)壓范圍寬廣且為連續(xù)調(diào)節(jié)，所以在功率允許的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)任意電流值調(diào)節(jié)，滿足產(chǎn)品測試需求。

為最大限度的減小電流波動，克服由于負(fù)載發(fā)熱引起阻值變化造成的電流波動，方案中對升流器后的負(fù)載，采用銅匯流條短接方式，即升流器的輸出用匯流條直接短接，并盡可能縮短匯流條的長度，以降低負(fù)載減少發(fā)熱，同時節(jié)約能源。

為減少被試產(chǎn)品各相的原邊電流差，測試試驗(yàn)臺中采用同一電流同時穿過被試產(chǎn)品三相繞組，既提高了測試精度又提高了測試效率。

在參數(shù)測試上，被試產(chǎn)品的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)測試通過測試試驗(yàn)臺中的轉(zhuǎn)換單元切換，用同一塊測試儀表進(jìn)行測試，消除了測試儀表不同帶來的測試誤差。

3.3 改進(jìn)中關(guān)鍵器件、設(shè)備的選擇

（1）中頻電源。作為被試產(chǎn)品試驗(yàn)用的信號源，按要求（涵蓋所有電流互感器測試電流范圍（20～720）A選擇電源功率6 kW，為消除電源波形畸變對測試造成的影響，選擇波形畸變＜1.5%的中頻電源，輸出電壓（90～140）V，頻率（380～420）Hz。

（2）單相自耦調(diào)壓器。為電流信號源的調(diào)節(jié)部件，首先要求調(diào)節(jié)滑動觸點(diǎn)應(yīng)光滑無間斷、接觸良好，在調(diào)解過程中平滑無突跳；另外，其功率應(yīng)≥6 kW ，輸出電壓調(diào)節(jié)范圍當(dāng)輸入120 V 時，輸出（0～140）V。

（3）升流器。要求比較特殊，需要提供大電流。功率為6 kW，變比選擇20∶1，當(dāng)原邊電壓為120 V，副邊對應(yīng)輸出電壓為6 V；按功率6 kW計算，原邊電流額定時為50 A，對應(yīng)副邊電流1000 A；能夠滿足750 A的電流測試要求。由于該升流器比較特殊，市場上沒有貨架產(chǎn)品，因此委托相關(guān)單位專門定制。

（4）標(biāo)準(zhǔn)電流互感器。標(biāo)準(zhǔn)電流互感器是該測試系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件，其精度性能直接影響測試結(jié)果。該器件的選擇尤為重要。經(jīng)過調(diào)研對比，北京萊姆電子有限公司生產(chǎn)的LT-S/T型電流傳感器可滿足測試要求。該傳感器測試總精度≤±0.5% 。根據(jù)被試電流互感器的電流規(guī)格：29 A，58 A，116 A，174 A、333 A，464 A，720 A共選擇4種規(guī)格的電流傳感器：29 A，58 A選（0～100）A 傳感器。116 A，174 A選（0～200）A傳感器。333A，464 A選（0～500）A傳感器。720 A選1000 A傳感器。

（5）配套測試儀表。測試儀表是該測試系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，若儀表選擇不當(dāng)，必然帶來測量誤差，影響測試結(jié)果。對標(biāo)準(zhǔn)電流互感器，根據(jù)其輸出信號要求，選擇配套的測試儀表（上述電流傳感器的輸出均為毫安信號（0～200）mA）或選用高精度數(shù)字式毫安表。被測電流互感器，同樣選用高精度數(shù)字式毫安表。

4 改進(jìn)效果

經(jīng)過試驗(yàn)方法的改進(jìn)，提高了電流互感器的測試精度；不需要拖動設(shè)備和負(fù)荷箱等設(shè)備，減少了準(zhǔn)備時間，提高了測試效率、節(jié)約了能源。由于該試驗(yàn)方法通用性強(qiáng)適應(yīng)面廣，對輸入電流≤750 A的所有交流電流互感器均能夠快速、方便、準(zhǔn)確地進(jìn)行精確測試。

［1］劉叔華.變壓器與電流互感器電路計算與相量變換［M］.北京：水利電力出版社，1978.