電流互感器對電能計量的影響分析

盧嘉棟

【摘要】 本文在分析電流互感器工作原理的基礎上，對電流互感器對電能計量的影響進行了分析。本文嘗試采用建立電流互感器模型的方式，對其運行特點進行了分析。經過研究發現暫態飽和與電流互感器是其電能計量產生誤差的重要原因。針對這一結果，本文提出了相應的減少電流互感器電能計量誤差的方法。

【關鍵詞】 電流互感器 電能計量 影響

隨著社會經濟的發展，電能在日常的生產生活中逐漸起到了越來越重要的作用，人們的各種活動都離不開電力的應用。而電能計量是確保電力企業生產經營效益的關鍵，其計量的準確性和有效性直接決定著用戶和企業兩方面的利益。電力計量裝置主要由電能表、二次回路、電流互感器等幾個部分組成，而其中電流互感器是最為重要的，也是電流計量裝置測試精確性的決定性因素。

不僅在電力計量裝置中，在整個電力系統的運行中，電流互感器也起著重要的作用。但是在這種設備的實際使用過程中，若出現飽和或剩磁現象時，就會導致計量裝置中的電流大小出現較大的變化，從而極大的影響了計量裝置的準確性。本文就將對引起電流互感器計量精度的因素進行分析和總結，并提出了相應的應對措施。

一、電流互感器簡介

互感器有兩種類型，分別是電流互感器（TA）和電壓互感器（TV）。在電能計量裝置中作為信號源元件，在電力系統中則起到了一次高壓回路和二次控制回路的作用，相當于橋梁的作用于。

本文主要研究的是電流互感器。電流互感器是電能計量裝置中的重要組成部分，但其自身具有的一個缺陷是在達到飽和狀態后電流的波形容易發生畸變，對電能計量的準確性產生極大的影響。

為了提高電流互感器的計量精度，必須對其誤差的原因進行深入的分析和了解，只有這樣才能采取相應的措施進行解決。本文采取了理論研究和仿真相結合的方法對電流互感器的電能計量原理進行了分析，并建立了相應的模型進行了仿真實驗。

電流互感器的結構分析電流互感器的核心原理主要是電磁感應原理，其主要是由閉合的繞組和鐵芯以及絕緣外殼組成的。繞組分為一次繞組和兩次繞組，對于一次繞組來說，因為其擁有很少的匝數，使得在實際檢測的時候，需要電流全部通過線路；而二次繞組因為其較多的匝數，主要串聯在保護電路以及測量設備中，而由于其二次回路的閉合性，使得電流互感器能夠在近乎短路的狀態工作。電流互感器承載著一次和二次系統之間的聯絡功能，能夠將大電流轉變成小電流，供向系統的各個部分，并且能夠真實的反應整個系統的實際運行情況，同時也在保證著工作人員的安全。

電流互感器的內部結構與常見的變壓器十分相似，都是由兩個繞在閉合鐵心且相互絕緣的繞組組成的。繞組的匝數分別為N1和N2，其內部結構如圖1所示。

TA的一次繞組與被測電路采用串聯的方式，二次繞組則與電流表線圈進行串聯。由于電能表的內阻很小，TA可以看成二次短路的變壓器。在這種情況下，I0N1很小，I0N1在I1N1中所占的比例也很小。TA的向量圖見圖2（a），其中Φ為由激磁安匝數在鐵心中建立的磁通，U2為二次感應電壓，二次回路電流I2滯后于U2角度，一次安匝數I1N1與二次安匝數I2N2向量和等于I0N1，即

電流互感器一次繞組與電路之間采用串聯的方法進行連接。二次繞組與電能表串聯。電能表的內阻很小，因此電流互感器可以看做是二次短路運行的變壓器。電流互感器磁路中的磁通密度也很小。通常在0.08～0.1T之間，因此磁損耗較小。這種情況下，在鐵心中起到傳遞能量作用的激磁安匝數。

二、電流互感器的誤差分析

在電流互感器的實際使用過程中，其內部會產生比差和角差。這一誤差是難以避免的，也就是說實際電流與額定電流比總是存在一定的差異的。電流互感器的誤差來源如圖2所示。

從圖2中可以看出，-I2N2與I1N1并沒有完全重合，-I2N2超前于I1N1，長度卻不及I1N1，這是由于I0N1不為0.這也就是說，TA的誤差主要是由于勵磁電流造成的，因此，只能通過減小 勵磁電流來降低誤差，而不能消除TA的勵磁電流。根據圖2，利用正弦定理是可以推算出TA的比差和角差的，比差用fI表示，角差用δI表示，其計算公式分別為：

其中，I0N1與φ之間的夾角用θ表示；I2N2與U2之間的夾角用2？表示。通過上述的公式可知，在勵磁電流的影響下，比差fI的值是負的，向負方向變化。角差δI是正的，向正方向變化。正是因為如此，會使得最終的測量結果出現誤差，結果是偏小的，而電能計量也是偏小的。

電流互感器的作用原理是鐵心線圈電磁感應。而鐵心線圈磁化曲線具有非線性，這會進一步造成誤差的產生。此外，剩磁也是電流互感器產生誤差的重要原因。剩磁是鐵磁材料特有的一種現象，尤其是在系統發生短路或跳閘、合閘等現象時，電流互感器的剩磁現象尤其明顯。電流互感器的剩磁程度主要取決于電流開斷瞬間鐵心中的磁通大小。當線路出現短路現象時，磁通由原來的穩定狀態短路電流、非周期分量和二次回路阻抗共同決定。當電流互感器處于飽和狀態時，剩磁現象將會是最為明顯的。

三、電流互感器的誤差來源分析

電流互感器的主要作用進行電力企業電力銷售情況和用戶電能消耗情況的，其計量精準性直接不僅影響到了電力企業的經濟效益，還會影響到用戶的利益。近年來，電力技術不斷發展創新，人們對電能質量的要求也在不斷提高，電能計量的精準性獲得了人們更多的重視。但在實際情況中，電能計量尤其是電流互感器的計量精讀還存在較大的缺陷，給電力企業和用戶帶來了一些影響。

3.1電能表選用不合理

在實際使用過程中，用戶端的電流變化較大，電流互感器經常處于低載負荷運行的狀態，這將極大的影響電能計量的精讀。另外，當電能表與實際測量參數不一致時，也會增加測量的誤差，并由于三相不平衡還會在中性點附近產生少量的電流。

3.2電流互感器的選用不合理

當電流通過一次繞組時，會產生一次磁動勢。根據電磁感應和磁動勢平衡原理就可以知道，這時二次繞組中會產生感應電流，二次磁動勢會抵消一次磁動勢。要使這一能量轉換能夠持續存在，就需要給鐵芯持續供給一個激磁磁動勢。由此可見，激磁磁動勢是造成電流互感器誤差的重要原因之一。

激磁磁動勢具體是通過影響電流互感器的角差和比差來影響計量精度的。從互感器的作用原理可以知道，當一次電流為額定電流的30%-60%時，互感器的計量精度是最高的。

四、減小電流互感器對電能計量誤差的策略

4.1 采用高精度“S”電流互感器

在電能的實際運輸輸送過程中，電路的負荷電流常常不到額定電流的30%。而使用“S”級電流互感器，可以確保電能計量在負荷達到1%-120%時的計量精度。

在電流互感器中，二次負荷包括外接導線、電流線圈、電能表的電阻和阻抗等。因此選擇電流互感器時，可以從這幾個方面進行綜合的考慮。在確保電流互感器的容量的同時，盡量選擇阻抗較低的電能表，電子電能表就是不錯的選擇。減小外接導線電阻等方法也能減小阻抗，提高電流互感器的精度。

4.2合理控制一次電流及其二次負荷

電流互感器一次電流大小應該為額定負荷的30%-60%，若無法實現這一點，則應該選擇穩定性較高的電流互感器，減少變比，實現提高電能計量精度的目標。合理選擇電流互感器的額定電流，能夠確保電流互感器在更好的狀態下運行，從而有效的減小電能計量的誤差。此外，還可以通過采用專業計量用互感器或計量用繞組的方式進一步提高計量精度。

4.3對電流互感器進行必要的檢修

電流互感器的檢修主要有三個部分。首先是對電流互感器銘牌和實際運行狀態的全面檢查，確認其線路工作狀態是否符合要求；其次要檢查電流互感器的一次及二次回路，重點檢查回路是否存在短路、開路等問題，二次端子的極性有無錯誤等；最后是對電流互感器的接線處的檢查，這一步主要是確保接線的準確性，減少電路出現開路、多點接地等問題的發生頻率，防止事故的發生。

五、實例分析

下文將以電流互感器二次A相電流斷線為例，分析電流互感器對電能計量的影響。在某工廠的日常巡檢中發現，工廠變電所接在A相的計量裝置并沒有電流通過。通過值班記錄發現，當年3月24日的用電量突然大幅度減少。進一步檢查發現，該電能計量裝置的電流回路上連接了其它的設備，例如有功率表、電力定量器等。

經過最終的檢查發現，定量器A相進線端已經脫落。測試功率因數為0.98，在接線出現問題的那段時間里用電量為288600KW·h。在A相電流線段期間，計量接線的情況如圖3所示。

為了研究電流互感器二次A相電流斷線對電能計量的影響，首先要對在不同功率因數下電能計量的情況進行分析，然后得出在A相電流斷線時，電能計量的更正系數，給出A相電流計量的正確計算公式，之后就可以計算出在A相電流斷線期間實際的電能。通過一系列的計算發現，在A相電流接線出現問題的期間，電廠實際消耗的電量為516594 KW·h。因此，應追補電量為227994 KW·h。通過上述的分析不難發現，當電流互感器的二次A相電流斷線時會影響到電能計量的結果。同理，當電流互感器二次A相、B相、 C相電流斷線或者出現連接錯誤時都會對電能計量產生一定的影響。因此，在發現用電量異常時應對電流互感器進行檢查。

六、 結語

隨著人們生活水平的提高，電能在人們生活中作用也越來越大。而電能計量作是確保電力輸送效率和電能應用效果的關鍵性因素，對其精度影響因素的研究有著很高的現實意義。本文在闡述了電流互感器誤差原因的基礎上，根據電流互感器在實際使用過程中的特點，針對電能計量的影響因素提出了相應的解決辦法，最大限度的提高電能計量的準確性，以便提高電力企業的經濟效益。確保用戶的利益。

參 考 文 獻

[1] 詹發軍，霍劍.電壓互感器二次回路壓降影響電能計量的原因及改善措施[J].新疆電力技術，2013（08）：26-28.

[2] 李霞，崔瑞，張冬冬.淺談電流互感器二次繞組接線錯誤對電能計量的影響[J].新疆電力技術，2013（01）：21-23.

[3] 魏立明，靖輝，趙珊.建筑電氣節能中諧波對電能計量影響的研究[J].吉林建筑工程學院學報，2011（03）69-71.