唐國民，秦富祥，王 郁，蔣 衛(wèi)，蔣映霞，劉 勇

（1.中國測試技術(shù)研究院 四川 成都 610021；2.四川省電力科學(xué)研究院，四川 成都 610072；3.遵義市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測院，貴州 遵義 563000）

0 引 言

電流互感器由一次繞組、二次繞組、鐵芯及絕緣材料構(gòu)成[1]，通過電磁感應(yīng)的方式實(shí)現(xiàn)用電信息的傳輸。一次繞組串聯(lián)在供電線路中，二次繞組按照相應(yīng)的電流比輸出電流到二次儀表。電流互感器主要有兩方面用途，一方面和電能表配套用于計量電能；另一方面，在電力線路中用于保護(hù)線路安全運(yùn)行，它是電力線路中非常重要的元件之一。目前大多數(shù)電流互感器都采用電磁感應(yīng)原理來實(shí)現(xiàn)電流變換，由于眾多因素的影響，會使電流變比產(chǎn)生誤差[2]。

盡管影響電流互感器誤差的因素很多，但使用電流互感器的用戶只需要提出一些簡單的要求，比如根據(jù)線路電壓選擇相應(yīng)電壓等級的電流互感器，根據(jù)用電量的大小及二次儀表的輸入電流選擇相應(yīng)的額定電流比，這些會影響使用過程中的安全，對計量準(zhǔn)確度不會造成實(shí)質(zhì)的影響。為了保證計量的準(zhǔn)確可靠，電流互感器在使用之前應(yīng)該通過計量部門進(jìn)行檢測。

1 二次負(fù)荷對電流互感器誤差的影響

二次負(fù)荷是影響電流互感器變比誤差的主要因素之一[2-3]。電流互感器在工作時，二次電流在二次負(fù)荷上產(chǎn)生相應(yīng)的電壓。在一次電流恒定時，當(dāng)二次負(fù)荷阻抗變化，二次繞組的電壓就會發(fā)生變化，勵磁電流也隨之改變，直接影響電流變比誤差。

計量檢定規(guī)程規(guī)定[4-5]，電流互感器負(fù)荷箱的允許誤差為±3%，據(jù)有關(guān)資料[6]分析：負(fù)載箱±3%的誤差變化對電流互感器的檢定數(shù)據(jù)帶來±6%的限值誤差，比如對0.2S級電流互感器帶來的限值誤差見表1。

表1 電流互感器負(fù)荷箱的誤差對檢定電流互感器帶來誤差限值

表1為通過資料分析得到的數(shù)據(jù)，表明檢定電流互感器時，負(fù)載箱不準(zhǔn)確對檢定結(jié)果會帶來誤差。

實(shí)際上通過實(shí)驗(yàn)也可以確定負(fù)荷與電流變比誤差的關(guān)系。負(fù)荷變化對誤差影響的試驗(yàn)方法在筆者的相關(guān)文章中進(jìn)行了介紹[7]。不管是分析還是試驗(yàn)都證明一點(diǎn)：電流互感器的誤差受負(fù)荷的影響客觀存在。

電流互感器在使用前通過互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行檢測，標(biāo)準(zhǔn)裝置中提供電流互感器的額定負(fù)荷及下限負(fù)荷作為模擬負(fù)荷。該負(fù)荷主要由負(fù)載箱、連接導(dǎo)線及二次回路中的接觸電阻等部分構(gòu)成，基本滿足相關(guān)計量檢定規(guī)程的要求。負(fù)載箱通過校準(zhǔn)滿足相關(guān)規(guī)范要求，但連接導(dǎo)線及接觸電阻等容易被忽視，從而造成計量數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，影響到互感器制造企業(yè)和用戶的利益。為了改變這種狀況，有必要對互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置中模擬二次負(fù)荷的實(shí)際值是否滿足相關(guān)計量檢定規(guī)程的要求進(jìn)行研究[8]。

2 互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置中的二次負(fù)荷

2.1 確定電流互感器二次負(fù)荷的原則

前面分析二次負(fù)荷對電流互感器誤差的影響時知道，當(dāng)二次負(fù)荷阻抗增大，將使二次繞組的電壓升高，也會使激磁電流增加，導(dǎo)致電流誤差增大。

圖1為電流互感器工作原理圖?？芍坞娏?、二次負(fù)荷及二次電壓的關(guān)系為

圖1 電流互感器工作原理圖

ZB主要包括電流測試部分阻抗、導(dǎo)線及各個觸點(diǎn)的電阻。實(shí)際使用中ZB可以是電能表的電流線圈回路阻抗，也可以是電流表、繼電器線圈回路阻抗等。式（1）表明二次電流I˙X流過二次負(fù)荷ZB產(chǎn)生二次電壓U˙，所以電流互感器的二次負(fù)荷ZB，也可以理解為有I˙x流過的除電流互感器自身的二次繞組阻抗外的部分構(gòu)成的阻抗，即本文提出的確定二次負(fù)荷的基本原則?；谶@個原則對互感器的檢測線路進(jìn)行分析。

2.2 檢定電流基本原理線路

檢定電流互感器就是對電流互感器變比的比值誤差及相位誤差進(jìn)行測量，通常采用與被檢電流互感器額定變比相同標(biāo)準(zhǔn)電流互感器作為標(biāo)準(zhǔn)，在規(guī)定的電流下測量兩互感器變比的誤差[4-5]。常用的0.2S級電流互感器檢定線路圖如圖2所示。

圖2 電流互感器檢定線路圖

由圖2可知：標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和被檢電流互感器初級同名端相連，次級同名端也相連，升流器輸出電流同時流過標(biāo)準(zhǔn)和被檢電流互感器的初級繞組，在它們的次級繞組上按照各自的變比感應(yīng)出相應(yīng)的電流I˙0和I˙X。當(dāng)兩者變比及性能完全相同時，它們感應(yīng)出相應(yīng)的電流相等，即I˙0=I˙X，ΔI˙=0，K1到 K 的支路電流為零；當(dāng)兩者變比及性能不完全相同時，它們感應(yīng)出相應(yīng)的電流也不相等，即I˙0≠I˙X，ΔI˙≠0，K1到 K的支路就有誤差電流產(chǎn)生。誤差測量裝置對該電流進(jìn)行處理，就可以顯示標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和被檢電流互感器變比的比值誤差及相位誤差[9-10]。被檢電流互感器二次側(cè)的負(fù)荷Z作為模擬負(fù)載，檢定時應(yīng)在規(guī)定的負(fù)荷進(jìn)行。

根據(jù)確定二次負(fù)荷的原則，在這個原理線路中，二次負(fù)荷Zx應(yīng)包括Tx到負(fù)載箱的導(dǎo)線電阻R1、負(fù)載箱到Kx2的導(dǎo)線電阻R2、Kx1到Kn1的導(dǎo)線電阻R3及負(fù)載箱的阻抗。

2.3 變換線路

實(shí)際使用的線路在細(xì)節(jié)上有多種變化，見圖3～圖5。

在圖3線路中，二次負(fù)荷Zx應(yīng)包括Tx到負(fù)載箱的導(dǎo)線電阻R1、負(fù)載箱到Kx2的導(dǎo)線電阻R2及負(fù)載箱的阻抗，即：

在圖4線路中，二次負(fù)荷Zx應(yīng)包括Tx到負(fù)載箱的導(dǎo)線電阻R1、負(fù)載箱到Kx2的導(dǎo)線電阻R2、Kx1到K的導(dǎo)線電阻R4及負(fù)載箱的阻抗，即：

在圖5線路中，二次負(fù)荷Zx應(yīng)包括Tx到負(fù)載箱的導(dǎo)線電阻R1、負(fù)載箱到Kxi2的導(dǎo)線電阻R5、Kxi1到K的導(dǎo)線電阻R6及負(fù)載箱的阻抗，即：

圖3～圖5中基本上能夠理清屬于二次負(fù)荷的部分導(dǎo)線。實(shí)際應(yīng)用中有多臺位，使用繼電器用于切換被檢電流互感器的接線臺及其他接線方式，接線的變化太多難以具體描述。

3 現(xiàn)場測量二次負(fù)荷的方法

3.1 靜態(tài)測試

圖2到圖5可按照式（2）～式（5）用電橋測量導(dǎo)線的電阻，該電阻阻值應(yīng)滿足負(fù)載箱上對外接電阻的要求。因?yàn)樨?fù)載箱通過了計量部門的檢測，可以不再進(jìn)行測試。

另外通過互感器校驗(yàn)儀說明書介紹的方法測量二次負(fù)荷僅供參考[9]，因?yàn)檫@種方法可能滿足不了本文提出的確定二次負(fù)荷的原則。

圖3 電流互感器檢定線路圖的細(xì)節(jié)變化1

圖4 電流互感器檢定線路圖的細(xì)節(jié)變化2

圖5 電流互感器檢定線路圖的細(xì)節(jié)變化3

現(xiàn)場環(huán)境及裝置布線非常復(fù)雜，要按圖2～圖5找到相關(guān)導(dǎo)線非常麻煩，難以用靜態(tài)的方法進(jìn)行測試；對于多臺位及有繼電器切換接線的裝置，由于涉及計算機(jī)程控問題，各導(dǎo)線在裝置臺體中捆綁在一起，分辨繼電器觸點(diǎn)電阻的影響還是其他因素影響變得很難，用靜態(tài)的方法不能進(jìn)行測試。

3.2 在線測試

在線測試二次負(fù)荷的理論基礎(chǔ)是本文提到的確定二次負(fù)荷的原則。式（1）中Zx代替ZB經(jīng)變換：

在實(shí)際工作狀態(tài)下，調(diào)整調(diào)壓器使電流相對固定在1～5A的任意值，測量出被檢電流互感器二次兩端的電壓及電流即可計算出實(shí)際電阻值。該值與負(fù)載箱相應(yīng)標(biāo)稱值的誤差應(yīng)滿足計量檢定規(guī)程對負(fù)載箱所要求的誤差限值。

也可以選擇具有阻抗測量功能的設(shè)備，如互感器校驗(yàn)儀、二次負(fù)荷測量儀等，這些儀器可以直接輸入電流向量及電壓向量，因此它們測量出來的數(shù)據(jù)是包括同相分量和正交分量的阻抗值，可以對負(fù)載箱功率因素為0.8的部分在工作狀態(tài)進(jìn)行檢測。

在線測試負(fù)荷的方法應(yīng)用時應(yīng)注意到取電流及電壓的接線位置。

3.3 在線測試方法驗(yàn)證

用兩種方式對名義值為0.1Ω的直流標(biāo)準(zhǔn)電阻在兩種狀態(tài)下進(jìn)行測量，數(shù)據(jù)見表2。

表2 對名義值為0.1Ω的直流標(biāo)準(zhǔn)電阻的測量結(jié)果

由表2可知：兩種測量方式帶來的相對誤差絕對值約為0.2%，表明用負(fù)荷測試儀對導(dǎo)線類功率因素為1的直流電阻可以在線測量。

圖2中的電流互感器二次回路阻抗由負(fù)載箱和連接導(dǎo)線兩大部分構(gòu)成，阻抗按式（2）計算。采用兩種方式進(jìn)行分別進(jìn)行測量。負(fù)載箱中名義值為0.2Ω，功率因素為0.8，靜態(tài)測量數(shù)據(jù)為：同相分量RX1=0.1022Ω，正交分量-0.1203Ω。連接導(dǎo)線電阻用電橋測量得到R1=0.0022Ω、R2=0.0453Ω、R3=0.0129Ω，RX2=R1+R2+R3=0.0604Ω。在線測量時采用阻抗測量類儀器進(jìn)行測量，兩種方法測量數(shù)據(jù)見表3。

表3 對負(fù)載箱中名義值為0.2Ω，外接電阻為0.06Ω，功率因素為0.8的負(fù)荷進(jìn)行測量的結(jié)果

由表3可知：兩種測量方式帶來的相對誤差絕對值約為0.2%，這種誤差主要是測量儀器本身帶來的，不是測量方法帶來的，同時能滿足現(xiàn)場測量阻抗的要求。由此表明用阻抗測量測量類儀器對功率因素為0.8的阻抗也可以在線測量。

為了驗(yàn)證本文提出的確定二次負(fù)荷的基本原則，在不改變連接導(dǎo)線的情況下，接線方式由圖2變成圖3。由式（3）可知：Zx不包括R3，同樣在線測量時采用阻抗測量類儀器進(jìn)行測量，同相分量的數(shù)據(jù)為：0.1502Ω，通過計算得到同相分量的數(shù)據(jù)為0.1496Ω，相對誤差的絕對值為0.4%。該誤差主要由測量儀器本身帶來的，由此表明本文提出的確定二次負(fù)荷的基本原則是正確的。

表2、表3表明在線測量的方法可以測量互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置中被檢電流互感器的二次回路的負(fù)荷，用同樣的方式也可以測量標(biāo)準(zhǔn)互感器二次回路的負(fù)荷。

4 結(jié)束語

互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置中影響計量準(zhǔn)確度的因素較多，但負(fù)荷不準(zhǔn)確的影響很容易被忽視。對一些簡單的線路中可通過靜態(tài)的方式檢測二次負(fù)荷；對一些負(fù)雜的線路，比如多臺位裝置、帶繼電器的裝置等，用在線檢測的方法檢測二次負(fù)荷是最理想的檢測方法。

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