剩磁對測量用電流互感器的影響

李海榮，何東瑩，馬金才，彭平，雷巖團哏

(1.云南電網有限責任公司迪慶供電局，云南迪慶 674400；2.云南電網有限責任公司臨滄供電局，云南臨滄 677000；3.尋甸供電有限公司，云南尋甸 655200；4.建水供電有限公司，云南建水 654300；5.云南電網有限責任公司德宏供電局，云南芒市 678400)

0 前言

在電力系統中，電流互感器是一種電流轉換設備，可將交流電路中的大電流按比例轉換為小電流。以供測量儀表、繼電保護及指示電路用，其性能直接影響著電網的穩定可靠運行。當運行中的電流互感器發生短路故障、重過載、強雷電瞬時性沖擊等情況時，會形成大量的剩磁。一旦剩磁存在，它不會自動消失，并且剩磁的存在會導致電流互感器在激勵曲線上的起始點發生變化。這將增加鐵芯線圈的飽和度，導致保護拒動、誤動以及計量失準。根據規程要求，電流互感器進行誤差試驗時，應先進行退磁處理，再進行誤差測量，并以退磁后的測量結果作為判斷合格與否的依據，然而，在實際工作過程中，剩磁對測量互感器的影響通常被忽略。從以往測試結果來看，常用的0.2 S級電流互感器，剩余磁化強度會導致測量誤差在負方向發生偏移，導致實際測量值偏小。因此，剩磁對電流互感器的影響需引起重視，本文通過對剩磁影響的分析，提出減少剩磁的措施。

1 電流互感器剩磁產生的原因

電流互感器剩磁的根本原因是磁體材料固有的磁滯現象。當電流瞬時變為零時，其磁通量并不為零，這會導致剩磁的存在。具體過程可以通過圖1所示的激勵電流的磁通量變化來說明。圖1是鐵芯的磁化曲線圖，從圖中可以看出，當激磁電流Im從0上升到Ia時，磁芯沿著oa曲線磁化，當激磁電流Im從Ia下降到0時，鐵心的磁化沿ab曲線減小。磁通量Φ（或磁場密度 B）不是 0，而是約等于 Φr，Φr（或 Br）就是我們所說的剩磁。理論上，如果磁化電流Im以不是從零變到大的方式磁化磁芯，則會引起剩磁。當鐵芯中的磁通量達到飽和時，磁通量達到峰值，并且如果激勵電流中斷，此時殘留在鐵芯中的磁通被稱為剩余磁通量。

K=Br/Bs×100% Bs為鐵心飽和磁場密度。

圖1 磁化曲線

根據剩磁存在的原因，在使用過程中下列情況電流互感器會出現剩磁：

1）電流互感器在運轉中接通和斷開時；

2）開路運行過的電流互感器；

3）系統發生短路故障時，會導致電流互感器剩余磁化較大；

4）在測試電流互感器時，例如使用直流法檢測極性時，也可能存在剩磁。

2 剩磁對電流互感器的影響

電流互感器一旦產生剩磁，將處于局部小磁滯回線狀態，磁化回路如圖2中ab曲線所示，鐵芯的原始對稱磁滯回線產生偏移，磁滯回線在上半部和下半部不再對稱，并且鐵芯的非線性水平增加，剩磁導致鐵芯的磁導率降低，并且非線性度上升。電流互感器阻抗Zm降低，磁化電流Im增大，電流互感器誤差向負方向移動，將影響電流互感器的性能。

圖2 局部磁化曲線

用于測量的電流互感器必需在正常條件下確保準確等級。根據誤差與電流互感器參數之間的關系，見公式（1）、（2）。

其中：在公式（1）、（2），中I2為二次電流（A）；Z2為二次總阻抗（Ω）；N2為二次繞組匝數；f為電網頻率（Hz）；L 為鐵心平均磁路長度（cm）；S為鐵心截面積（cm2）；μ為鐵心材料磁導率（H/cm）；I1N2為一次繞組安匝數(A)。

下面對一臺0.2S級、30 A/5 A、額定二次負荷15VA的10 kV電流互感器在磁化和退磁條件下進行誤差測試。充磁方式為：一次側開路，從被試電流互感器的二次繞組通入0.75A的直流電流，持續時間不少于2s，然后測量充磁后的誤差；退磁方式為：將電流互感器二次側串接一個大于150 VA的負載箱，一次側逐漸通入36 A的電流并降為0，再測量退磁后的誤差，充磁后誤差與退磁后的誤差比較，從測試結果可以看出，如果電流互感器的磁芯中存在剩磁，則電流互感器的電流互感器比值差將按負方向偏移，相位差按正方向上移動，并且通過其他規格的電流互感器多次重復上述實驗也得到相同的結論。因此，當電流互感器存在剩磁時，測量結果變小，即電能計量結果偏小，剩磁越大，影響越大。

3 減少剩磁影響的措施

1）使用具有較小剩磁系數和高磁導率的鐵芯材料，例如由非晶合金和坡莫合金制成的鐵芯，因矯頑力小，磁導率增加進而截面積可減少，相應的直流阻抗就減少了，有利于準確級的提高。

2）研究新的鐵芯制造工藝，比如采用疊片式鐵心制作電流互感器的鐵心來達到減少剩磁影響的目的。

3）對受到過負荷、短路故障、強雷電沖擊等影響的電流互感器，應及時對其進行退磁處理，減少因剩磁對電能計量的影響。

4）進一步優化現行檢定規程的有關條款，將電流互感器剩磁影響試驗列入日常檢定項目之內，進一步保證電流互感器的質量。

4 結束語

目前運行中的電流互感器普遍存在剩磁，實際剩磁和剩磁系數不規則地分布在鐵芯內，剩磁不會主動消失，將導致電流互感器誤差偏負，造成電能少計量。因此，建議采用剩磁系數小、磁導率高的材料作為鐵心材料，使用新的制造工藝，并進一步加強電流互感器的管理，運行過程中受到較大干擾的電流互感器需及時去磁，從而保障電流互感器的穩定可靠運行。