計量用電流互感器剩磁產生的原因及影響分析

何東瑩，李海榮，左黎斌，何傲，彭平

（1.云南電網有限責任公司臨滄供電局，云南 臨滄 677000；2.云南電網有限責任公司迪慶供電局，云南 迪慶 674400；3.云南電網有限責任公司保山供電局，云南 保山 678000；4.云南電網有限責任公司西雙版納供電局，云南 景洪 666100；5..云南電網有限責任公司建水供電有限公司，云南 建水 654300）

0 前言

電流互感器在工作中經過突然斷電、通過直流電、感應生成、斷路器在非零電位下斷開等情況后，鐵芯就可能產生剩磁，使鐵芯磁導率下降，導致測量結果與實際結果的值差距過大，測量值的重復、再現、比較很難達到技術要求，并且電流互感器產生剩磁后，除非運行負載達到飽和，否則很難清除剩磁，然而互感器在實際運行中一般都處于低負載狀態，所以一旦產生剩磁，將會持續比較長的時間。

電流互感器用在計量行業，就要滿足計量的特性準確性、一致性、溯源性和法制性，剩磁影響會導致互感器傳遞信息的測量值與計量基準的聯系減弱，影響互感器的計量特性。

斷路器在非零電位下斷開就會產生剩磁，每年供電單位都會進行大量的定檢和故障處理工作，基本上都會有斷路器的斷開動作，在現有的技術條件下斷路器的斷開動作的不能做到零電位斷開線路，所以，斷路器生產廠家也需要提高相應的技術來解決此類問題。

1 剩磁影響電流互感器誤差的理論分析

從原理上來講，沒有誤差的計量用電流互感器，如果計量用電流互感器的鐵心不消耗能量，根據能量不滅定律，這時一次的能量就會全部傳到二次，即：E1I1=E2I2，但是，實際中，電流互感器存在著一些因素，形成一種常見的情況：誤差，電流互感器一次和二次的其它參數聯系起來，畫出電路圖如圖1所示。

二次電流I2流經外部阻抗Z，產生二次電壓U2：U2=I2*Z，二次電流I2通過繞組的內阻抗Z2，產生壓降I2*Z2；二次繞組回路的總阻抗為Z02：Z02=Z+Z2，二次繞組感應電勢為E2：E2=U2+I2Z2=I2Z02，鐵心勵磁，產生感應電勢E2，一次勵磁電流I0為：I0=-E1/Zn，式中，Zn為鐵心等值阻抗，也叫做勵磁阻抗。二次勵磁電流 I0′為：I0′=-E2/Zn′，通過等值電路圖我們可以看出一次電流和二次電流的相量和就是勵磁電流：I0′=I1′+I2，一次電流 I1流經一次繞組內阻抗Z1，產生電壓降I1*Z1，那么一次電壓U1為：U1=I1*Z1-E1。

圖1 電流互感器電路圖

為了方便計算及分析，畫出互感器誤差的相量圖。電流互感器的相量圖如圖2所示。

圖2 電流互感器相量圖

先在橫坐標正方向畫出二次電流相量I2。畫出二次電壓U2，其大小為二次電流I2和二次阻抗Z的乘積，二次電壓U2的相位超前于二次電流I2一個角度Ф，Ф就是Z的阻抗角。畫出E2：E2=I2*Z02， 畫 出 - I2′：- I2′=-εK*I2，K 為互感器匝數比，ε為誤差比例因子。- I2′與I1的差值，即互感器的誤差值。

圖3 磁滯回線圖

鐵磁物質在外界磁感應強度H的作用下與被磁化場強度B之間的關系曲線如圖3。在外界磁感應強度H退到零時，鐵磁材料會因磁化而產生剩磁，即外界場強作用停止后，鐵磁材料仍然會保留在磁化的狀態，反向加磁場鐵磁材料會先抵消剩磁再另一個方向磁化，剩磁在這種影響下產生了。

互感器內部產生剩磁是互感器內部本身材質，在特殊情況下產生的變化，很多情況都可以導致互感器內部產生剩磁這種情況發生，這種情況在人為安裝時去除剩磁或者互感器廠家生產改善突破材料技術或者斷路器廠家突破零電位合閘技術就可以避免剩磁的情況發生。

在磁滯回線圖中，如果交流磁場停止在不同時刻，產生剩磁的情況也有很大的區別，剩磁越大，對鐵心磁導率的影響越大，勵磁磁密疊加的剩磁，影響勵磁磁通B，進而影響二次感應電勢E2的大小和方向，導出剩磁影響電流互感器誤差的原因。

2 剩磁影響電流互感器誤差試驗驗證

本次實驗包含“充磁”和“退磁”兩個重要環節。

1）充磁環節：根據JJG313-2010《測量用電流互感器》檢定規程（5.3.4）規定：在被試電流互感器的二次端子S1-S2通入額定二次電流15%的直流電流進行充磁。持續時間為5s。然后按規程要求測量誤差。

2）退磁環節：按照閉路退磁法，根據規程《JJG313-2010測量用電流互感器檢定規程》要求進行退磁，在二次繞組加一個120VA的額定負荷，一次電流由零升至1.2倍的額定電流，然后均勻緩慢降至零，最好使用手動裝置，自動裝置很難控制它均勻的上升和下降。

為保證數據的可靠性，本次實驗選用的互感器是10只0.2S級10kV電流互感器進行正極性連接充磁、10只0.2S級低壓穿心電流互感器進行反極性連接充磁測量的值進行運算，由于電流互感器的重復性試驗使用20%的額定電流來處理，本試驗10只互感器的變化也使用20%的比值差和相位差來進行比對。

3）正向充磁后基本誤差變化

圖4 正向充磁后基本誤差變化

退磁后的誤差是正常的誤差，充磁后誤差大概在一倍左右，嚴重影響了實驗室出具誤差的準確性。從實驗結果還可以看出，正向沖磁后，比值差會向負方向變化,呈現一個少計電量的趨勢，相位差會向正向變化，也呈現一個少計電量（P=UIcosФ，Ф增大，cosФ減小）的趨勢，10臺10 kV電流互感器全部做完后發現都有這個共同的特點，所以10 kV電流互感器當含有正方向的剩磁時，會出現一個少計電量的趨勢。

4）反向充磁后基本誤差變化

圖5 反向充磁后基本誤差變化

從實驗結果可以看出，反向沖磁后，比值差會向負方向變化,呈現一個少計電量的趨勢，相位差會向正向變化，也呈現一個少計電量（P=UIcosФ，Ф增大，cosФ減小）的趨勢，10臺低壓穿心電流互感器全部做完后發現都有這個特點，所以低壓穿心電流互感器當含有反方向的剩磁時，會出現一個少計電量的趨勢。

3 結束語

通過理論和實踐的分析得出以下結論：

不同充磁方向導致誤差的變化一致，呈現出一種少計電量的趨勢，影響供電企業的利益。

剩磁導致誤差的部分變化量大于電流互感器本身的誤差值，實驗室檢定過程中必須重視剩磁對基本誤差的影響。

剩磁通過影響勵磁磁通來影響二次感應電動勢進而影響誤差測試結果。