電流互感器對計量誤差影響分析

冷 靜 徐淑萍

(國網廣元供電公司，四川 廣元 627000）

電流互感器對計量誤差影響分析

冷 靜 徐淑萍

(國網廣元供電公司，四川 廣元 627000）

電能計量是企業經營管理以及電網能安全運行的關鍵環節，電能計量的準確性不僅僅和電力企業的形象與發展息息相關，對電能量貿易結算的公平公正產生影響，更是關系到眾多電力客戶與電力企業的根本利益。本文對電流互感器工作原理、計量誤差產生的原因進行了說明。

電流互感器 計量誤差

1.引言

據《測量用電流互感器檢定規程》規定，電流互感器的額定功率的因數、額定頻率和二次負荷是額定負荷中的25%～100%任何一個數值的時候，它誤差的數值都不應該比規定的限值高。換句話說，電流互感器在現場的運行中有一定的工況要求要滿足，只有滿足了這些要求，其計量的正確性才能夠得到保證。

但是，近幾年來在我國各個新建和擴建電網的計量點中，由于電流互感器一些方面的選擇與使用并沒有做出統一的規定，從而使得一些電流互感器在計量方面產生了一定的誤差。本文針對其對計量誤差的影響進行了分析。

2.電流互感器的基本原理

電流互感器其實就是一個特種變壓器，它的功能是變換電流，電磁感應定律是其工作的基本原理：通電的導線在繞在一側的鐵芯上并產生了一個會變化的磁場，這個磁場又通過另一側的線圈產生了一個會變化的磁通，根據電磁感應定律，另一側的線圈處會有感應電壓的產生，經過負載，另一側會形成一個輸出信號。電流互感器工作原理圖見圖1

圖1 電流互感器工作原理結構圖

3.電流互感器誤差產生

電流互感器由一個鐵芯與其兩側的線圈組成。因為鐵芯中有磁阻，所以在電流互感器將電流傳送和變化的這一過程中，有一部分的電流會因為用來使鐵芯磁化而被消耗掉，因而二次線圈中會產生二次電流與感應電勢，電流互感器的誤差就因為鐵芯消耗了電流來激磁所產生的。因為存在鐵損與激磁電流，電流互感器中的一次電流與二次電流之間存在一個差值，這個差值是一個向量，因此產生的誤差中就包括相角差與比值差。一次電流與二次電流之間的差值在數值上采用相對誤差的方式，用百分數來表示的時候叫做比差，據國家標準規定中的比差定義公式，可以知道比差有時是正的有時是負的，即使是同一個電流互感器但是流過的電流與負載不同時，比差的正負也可能會不同。

4.電流互感器誤差分析

電流互感器產生的誤差可以分成暫態誤差與穩態誤差兩種。在輸入信號中周期分量并沒有正在衰減與非周期分量及高頻信號的時候，此時互感器就處于穩定狀態，這時候電流互感器產生的誤差就是穩態誤差。在輸入信號中含有非周期分量與衰減的周期分量及高頻信號的時候，電流互感器就處在暫態，這時候所產生的誤差就比較大。

4.1電流互感器和電能表之間接線的方式與規程規定不符

規程中規定：“對于有些電能中的計量裝置中的接線方式使用了是三相三線制，其中兩臺的電流互感器中二次繞組和電能表的連接中應該使用四線連接。”目前，此類大多數的計量點仍然在使用用簡單的三線連接方法，這樣就會使流過公共導線的合成電流，在導線的電阻中發生壓降，這樣的話就會和原來因為二次負荷產生的壓降互相疊加，使得實際中的計量誤差和在實驗室中檢定的結果之間的差別較大，從而產生了附加計量誤差。

4.2電流互感器變比過大引起的計量誤差

電流互感器將額定一次電流與變比進行確定這一技術問題比較復雜，假如僅從電能計量準確性這一方面考慮，那么實際負荷的電流與額定的一次電流越相近越好，但如果從電力系統能夠安全的運行這一角度來考慮的話，確定額定一次電流還需要在系統短路的時候對動穩定與熱穩定進行校核。以前，因為被互感器制造水平所限制，互感器的熱穩定與動穩定的技術指標偏低，為了將電力系統中的熱穩定與動穩定需要的要求所滿足，在電流互感器的選擇上會選擇變化比較大的互感器。這樣一來，電流互感器雖然能夠安全的運行，但是卻降低了實際運行中的電流互感器的計量準確性。

4.3電流互感器二次負荷超出允許值引起的計量誤差

電流互感器中額定的二次負荷，指的是在電流互感器的準確度得到保證的前提下，允許電流互感器所接二次導線與電能表等阻抗的總數值。電流互感器的二次回路大多是電能計量專業、繼電專業與儀表專業等不同專業共同使用，從而使得電流互感器中二次負荷的數目比較多并且導線的截面比較細，假如導線的長度比規程中規定的要長，就會使得電流互感器產生較大的負誤差，從而減少了電能量的記錄。

5.二次回路對誤差的影響

根據規定電流互感器的誤差值不應該超過規定限值。負載阻抗主要受到了各種測量儀表以及二次連接導線電阻與接線接觸電阻的影響；在電流互感器的二次回路中接入有功分時的電能表以及各種測試儀表，或者在二次回路中串入各種變送器，都會使得電流互感器的二次負荷相比于規定值來說較高，從而使得計量誤差變大；在之前的電網建設中，電流互感器計量繞組二次額定負荷的選擇并沒有統一的規范，從而導致有些電流互感器在實際負荷運行時的誤差偏大。

6.現場運行電流互感器二次負載對誤差的影響

圖2 電流互感器誤差曲線圖

圖 2為電流互感器誤差曲線圖，根據圖表可以看出，二次負載的阻抗小的時候誤差也比較小，反之就大。因此二次負載在額定范圍之內減少的時候，還要將磁通的密度變少，因為二次的電流并不發生變化，在激磁的電流減小的情況下，誤差也會隨之減小。如果二次負載的阻抗超過了規定范圍，不僅誤差會超出允許值，還會產生危險。因為在極限狀況下二次磁動勢的數值會變為零，但是I1是一個定值，一次磁的動勢將會全部轉化為激磁磁勢，因此產生的磁通量非常大，這樣在二次繞組中就會感應出很高的電動勢，可能會將繞組的絕緣層擊穿，并且對操作人員的安危造成威脅。因此，在安全規程中規定，在使用電流互感器的過程中絕對不允許二次回路開路。

7.新型光纖電流互感器對計量誤差的影響

7.1新型光纖電流互感器與傳統互感器的比較

傳統電流互感器是以電磁感應為原理，它的性能和新型光纖電流互感器比較有較大差異， 逐漸地無法滿足行業內需求應用。傳統電流互感器需要十分復雜的制造工藝，存在動態范圍窄、絕緣性較差、容易鐵磁諧振、產生輸出信號不匹配計算機與保護設備接口等缺點。但是新型光纖電流互感器則有著和上述缺點截然不同的優點，它必然會被大范圍應用。所以，探討新型光纖電流互感器技術非常有必要。

7.2誤差分析

光纖電流互感器產生的誤差包括：線性雙折射誤差、對軸角度誤差、傳感光纖Verdet常數與光源噪聲等因素。

7.2.1 傳感光纖Verdet常數誤差傳感光纖Verdet常數為環境溫度與光波波長的函數，它和互感器變比存在正比關系。依靠穩定保持光源功率能夠較為精確地操控中心波長，則磁光晶體Verdet常數對一般的二氧化硅光纖而言，就和溫度形成正比關系。而環境溫度處于40～60℃之間波動，傳感光纖Verdet常數就會出現變化，此變化可使得互感器變比會漂移0.7%的距離，所以一定要消除Verdet常數引起的不良影響。

7.2.2 光纖傳感線性雙折射誤差

光源發的光在進入偏振器之后會因光的雙折射使得光的偏振面出現旋轉，就會產生一個和法拉第磁效應偏角沒有差異的信號誤差，這樣就會大幅度降低互感器的性能測試結果，從而對其實用化造成影響。通過實驗可知減小雙折射最有效的方法是降低光纖的非圓率以及內應力。

8.案例

變電站中的電流互感器是一種電磁式的電流互感器。它的二次額定負荷50VA，變化的比值是2500／1A，二次接線的方法是三相星形接線，它的本體與主控室之間的距離大約是400m，二次導線是2.5m的單股銅線。經過理論進行估算，得到二次實際負荷(z一般取0．2～1，R取0．05～0．1Q)：

RL=pL／S=0.0172x400／2.5=2.752Q

Z2=1+2.752+0.1=3.807Q

S2=12Z2=1x3.807=3.807VA

對在下限負荷、實際負荷與額定負荷時候的電流互感器的角差與比差進行測量。在測量的結果中可以看到，在這三種情況下測試的結果都在規定的范圍之內，但是實際負荷時候的誤差比下限負荷與額定負荷的誤差大。額定負荷時候的電流互感器誤差一般是負值，下限負荷的時候一般是正值，正常運行中的二次負荷的數值應該在這兩者之間，這樣的話正常運行時的誤差就可以接近為0。所以，要根據實際的狀況對電流互感器二次負荷的額定負荷進行選擇，對實際中誤差的減小有十分重要的意義。

9.結束語

影響電流互感器計量精確性的一個重要因素是互感器的二次負荷。不論二次負荷的數值太大還是太小都會讓得電流互感器產生的計量誤差較大，從而對整體的準確性造成了影響。由此看來，能夠將電流互感器中實際的二次負荷數值準確的獲得十分的重要。此外，在對電流互感器的型號進行選擇時，精準的二次負荷也能夠作為一個重要的依據。電流互感器中對計量誤差產生影響的原因許多，只有將這些原因逐步的全部克服或縮小，電能計量裝置的精確性才能夠得到很好的保證。

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1007-6344（2015）03-0270-02