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)對電力系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)測。

從國內(nèi)外大電流互感器的檢定技術(shù)來看，目前500KV及以下電壓等級的電流互感器現(xiàn)場測試已相當(dāng)成熟，設(shè)備也比較齊全。在進(jìn)行電流互感器檢定時，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)場檢定電流互感器，不僅符合國家規(guī)程要求而且所測量的數(shù)據(jù)也是最接近實(shí)際工況的。但比較法有個最大缺點(diǎn)是對電源容量要求高，從而對調(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，國內(nèi)外學(xué)者就開始研究電流互感器的現(xiàn)場檢定技術(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量原理的基礎(chǔ)上，對比較法測量原理存在的問題進(jìn)行分析，最后采用傳統(tǒng)比較法和互易低壓外推法對同一型號、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)場大電流檢定中具有一定的推廣價值。

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)電流互感器的次級電流為，被檢電流互感器次級電流為，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，可采用通過不平衡電橋輔以相應(yīng)的電子元件和數(shù)字處理器件對電壓電流信號和差值信號進(jìn)行處理。當(dāng)工作回路為電流互感器測量回路時，數(shù)字式校驗(yàn)儀分別通過采樣差流取樣電阻和電流取樣電阻上的差壓信號和電壓信號來獲取誤差數(shù)據(jù)。

2.2 比較法存在的問題及分析

由比較法的測量原理可知，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，電源設(shè)備容量大達(dá)數(shù)十千伏安。此時設(shè)備體積龐大，現(xiàn)場條件難升起所需的大電流，使得現(xiàn)場檢定無法完成。

2.3 大電流互感器所需升流器容量計(jì)算[ 5 ]

采用比較法測量電流互感器誤差時，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，所需容量為50～200VA；當(dāng)一次電流為10～2000A時，所需容量S可表示為：

當(dāng)一次電流大于2000A時，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，若測試回路電感遠(yuǎn)大于電阻時，調(diào)壓器和升流器的功率大部分消耗在回路電感上，此時，無功功率占用了測試系統(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)場無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的難題，必須采用新的測量原理或方法。從大電流互感器的測量方法來看，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，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]。

這時候，若能夠測出實(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)場校驗(yàn)儀和傳統(tǒng)電流互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置分別對準(zhǔn)確度等級為0.2級、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《測量用電流互感器檢定規(guī)程》0.05級電流互感器誤差限值要求。但采用傳統(tǒng)比較法時，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)場校驗(yàn)儀的工作原理來看，采用該方法可獲得最佳的測量結(jié)果；從表1和表2來看，二者相同點(diǎn)的最大差值還不到誤差限值的1/5，這說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

針對傳統(tǒng)電流互感器校驗(yàn)儀無法解決電流互感器的現(xiàn)場檢定問題，上世紀(jì)90年代起，國內(nèi)外學(xué)者就開始研究電流互感器的現(xiàn)場檢定技術(shù)。從大電流互感器的測量方法來看，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。該方法測試電壓小，所以對電源的容量要求不高，現(xiàn)場檢定大電流互感器特別方便。從試驗(yàn)結(jié)果來看，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)比較法測量結(jié)果良好的一致性?？梢姡ヒ椎蛪和馔品ㄔ诂F(xiàn)場大電流檢定中將具有一定的推廣價值。

[1]趙屹濤，趙修民.現(xiàn)場高壓和大電流互感器測量原理的探討[J].電測與儀表，2001，35（392）：21-23.

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[7]趙修民，趙屹濤.低壓外推法測定電流互感器誤差[J].電測與儀表，2004，41（468）：28-30.