低壓抗直流電流互感器及檢測裝置研究

楊棟 夏軍根

摘? ?要：傳統的低壓電流互感器雖然發揮了極為重要的作用，但是一直存在技術上的缺陷，突出表現為在直流分量負荷的影響下，其傳變誤差會有所增加。而低壓抗直流分量電流互感器可有效彌補這一缺陷，這也是基于直流分量對傳統電流互感器進行分析后得出的結果，借此明確其失準機理，制定全新的檢測方法，保障電流互感器抗直流性能檢測結果的準確性。在此基礎上，技術人員可順利完成檢定裝置的研發，確保電流互感器抗直流性能與相關標準及規定相符。實踐證明，抗直流分流電流互感器性能與參數均優于傳統低壓電流互感器，抗直流性能大幅提升，可用于滿足現場運行的要求。

關鍵詞：抗直流分量? 檢測裝置? 電流互感器

中圖分類號：TM452? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）11（a）-0088-02

TA（低壓電流互感器）和電能表均是低壓電能計量表的重要組成部分，是其不可缺少的裝置之一。值得注意的是，此種低壓電能計量表的負荷電流絕不會低于60A。電能表的類型及型號均不相同，其抗直流分量性能也有所差異，始終以串聯的形式與電能表一同位于低壓電能計量裝置當中，與電能表不同的是，并不具備抗直流分量性能。因此受到直流分量負荷的影響后，低壓電能計量裝置會出現少計電能量的問題。經調查發現，用電設備的非線性負荷是導致直流分量的直接因素，最為重要的是，使用直流設備或者可控硅設備后，直流分量的發生概率大幅增加，尤其是在電氣化鐵路、塑料制品等用戶的一次電流中，直流分量的發生概率相當大。因此，針對低壓抗直流電流互感器及檢測裝置進行的分析具有十分重要的意義，有望利用檢測裝置及低壓抗直流電流互感器改善上述局面。

1? 直流分量導致低壓電流互感器失準的原因

經調查發現，直流偏磁的問題普遍存在于低壓電流互感器當中，究其源頭是受到一次直流分量的影響。從理論角度來說，直流分量產生的各次諧波使得低壓電流互感器的正確傳變受到影響，鐵芯工況也是因為直流分量產生的勵磁電流而發生了變化，但是本應該產生的變化磁通卻沒有出現，最終引發低壓電流互感器失準問題。一般情況下，技術人員會采取半波電流試驗的方法研究直流分量給低壓電流互感器帶來的影響，在直流分量當中，半波電流占據的比例高達32%，通過一次繞組后，半波電流磁導率會發生一定的變化，下降幅度明顯，加之直流分量的影響，電流互感器的工作誤差明顯擴大，整體朝向負方向移動，這也可以證明其工作接近飽和狀態。而二次繞組后，電流互感器的電流波形變化幅度更大，負值縮減幅度明顯[1]。經過多次試驗后可以得出以下結論，在半波電流的影響下，傳統抗直流電壓互感器的誤差相當大，且呈現出幾何級上升的狀態，即便是最小的直流分量，也會給低壓抗直流電流互感器造成直接影響，導致其出現誤差，并超出預定的范圍。

2? 抗直流低壓電流互感器的研發

傳統的低壓電流互感器均以環形磁芯制作而成，主要原材料為超微晶帶材料，該種材料的磁導率非常高，具備較小的飽和磁感系數，飽和更為容易，即便是一次電流中有直流分量的存在，也不會影響其飽和系數。相對于超微晶磁芯而言，鐵基非晶材料的磁導率稍有遜色，但是其憑借鐵損較低的優勢廣泛應用于電力變壓器當中，具體作為磁芯使用。經實驗可知，鐵基非晶磁芯的起始磁導率和低矯頑力十分強大，其工作曲線并不會受到直流分量的影響，簡單地說其抗直流分量能力相當強。此外，二次繞組輸出的電波可用于還原一次電流波形。要想組成復合磁芯，必須應用鐵基非晶和超微晶的磁性性能，利用二者互補特性將其融合在一起。本文研究的低壓抗直流低壓電流互感器可以有效改善傳統低壓抗直流電流互感器計算不準確的問題。

3? TA抗直流性能檢測方法的研究

現有的抗直流低壓電流互感器普遍存在缺乏檢測方法的問題，以往的標準并不規范，無法按照統一的規則和規范對其進行判斷。因此，如何做好抗直流性能檢測方法的完善與優化迫在眉睫。

3.1 電能量比較

使用低壓電流互感器后，交流電能表的內部性能會發生改變，偶次諧波的比例也會發生變化，要想對其進行明確的考核，必須應用半波整流電能比較試驗線路法。試驗前，應基于實際情況對半波整流電能比較法實驗線路進行適當的改進，確保其與低壓電流互感器的抗直流性能相符，從而提升電能量檢測的準確性。

3.2 1/1自校

本次試驗所選電路圖是依照JJG1021-2007《電力互感器檢定規程》的資料而來，具體如圖1所示。

本次實驗為了更好的應用1/1自校的方法而在二次繞組的基礎上再次進行繞組，繞組匝數與試品低壓電流互感器的匝數相同，該種方法也可以有效避免標準低壓電流互感器誤差引入的問題。利用上述電路即可完成低壓電流互感器的半波電流測量，明確其誤差。需要注意的是，上述電路圖為了提高校驗儀的工作電流，使用的變流器為10/1，因此，完成試驗后，將所得數值乘10才能得出準確的測量結果。經實驗證明，該種方法在檢測抗直流性能方面發揮了極為重要的性能，不僅可以實現試驗線路的檢測和自校，還可避免測量誤差引入的問題。但是必須在測量之前再次繞組。電流與檢測效率之間為反比例關系，簡單地說，電流不斷升高的過程中，檢測效率大幅下跌，但是勞動強度卻有所上升，所以說半波直流下的合成誤差無法確切的表達個體的抗直流性能。

4? 試驗驗證

4.1 試驗方法

本次試驗基于電爐燒磁用戶對半波直流竊電的運行方式進行了如實模擬，實際實驗的過程中加裝了不同的電能計量裝置，共加裝三個裝置，每套裝置的原理都不相同，然后對得出的性能結果進行反復的比對。實驗結果表明，使用錳銅電阻材料的電能表具備更加優良的性能，抗直流分流能力十分顯著，可滿足現場運行要求，維持其穩定性。

4.2 試驗數據

實際考核對抗直流電流互感器前應做好充分準備，制定科學、嚴謹的試驗方案，并在試驗前對現場環境進行驗證性的實驗。運行過程中需要反復地比對并計算電能量，考核時間嚴格控制在80d，考核過程中需詳細記錄考核結果。實驗結果顯示，最初的普通互感器電能表相對誤差為40.08%，經過80d的考核后，為90.58%[2]。不難發現，相對于錳銅電能表來說，低壓抗直流計量裝置始終存在誤差，但是可將其控制在1%以內，即便是現場環境極為惡劣，也不會超出這一數值，而傳統的計量裝置經過一段時間的運行后誤差會超過90%。要想擁有更好的抗直流性能，必須加大對抗直流電流互感器的研究力度，使其滿足現場運行提出的多樣化需求。

5? 結語

綜上所述，最新研制的復合磁芯低壓抗直流低壓電流互感器具備十分強大的功能，不僅可以完成測量電流的目標，還與相關技術及要求的標準相符，即便是在直流分量負荷的影響下，也不會影響到電流測量的準確性。相對于傳統的低壓電流互感器而言，最新研制的復合磁芯低壓抗直流低壓電流互感器并未在安裝調試及外觀結構上做出明確的改變，繞柱方法及澆注工藝仍舊沿用了傳統的低壓電流互感器，推廣難度并不大。另外，基于交直流標準而研制的低壓電流互感器具備極強的操作性，使用便捷，可彌補抗直流低壓電流互感器量值溯源的弊端，有效提升了檢測結果的準確性。

參考文獻

[1] 王保帥，肖霞，徐雁.一種新型抗直流電流互感器檢定系統的研究[J].電力系統保護與控制，2018，46（17）：77-83.

[2] 趙震宇，朱亮，祝婧.電流直流分量對低壓電流互感器計量特性影響的試驗研究[J].電測與儀表，2016，53（20）：44-49.