抗直流偏磁電流互感器校驗裝置配置與應用

劉 罡，姜春陽，房 琛

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.中國電力科學研究院，湖北 武漢 430074；3.大連電力建筑工程公司，遼寧 大連 116021）

0 引言

抗直流偏磁（anti-DC Bias，DBI）電流互感器為一種新型抗直流電流互感器。和傳統(tǒng)電流互感器相比，DBI 電流互感器具有可靠性高、鐵芯不易飽和、波形不易畸變等優(yōu)點，大大增強了電能計量的準確性［1］。依據(jù)國家電網(wǎng)有限公司營銷部營銷計量［2019］2 號《關(guān)于2019 年營銷計量工作要點》的規(guī)定，各網(wǎng)省公司應加強計量檢測能力建設(shè)，建立DBI 電流互感器全性能及全檢驗收能力。

在調(diào)研基礎(chǔ)上，配置一套新型DBI 電流互感器校驗裝置，并將該裝置分解為標準電流互感器、互感器校驗儀和互感器負荷箱3 部分，對各部分的配置和溯源進行分析，并對裝置整體進行了應用和驗證試驗。

1 校驗裝置的配置

依據(jù)JJG 313—2010《測量用電流互感器檢定規(guī)程》要求，電流互感器校驗裝置需配置標準電流互感器、電流互感器校驗儀和電流互感器負荷箱。裝置配置如表1 所示。

由于被校驗裝置檢定的電流互感器準確度等級通常為0.2 級或0.1 級，標準電流互感器須比被檢電流互感器至少高兩個準確度等級，故標準電流互感器準確度等級定為0.02 級較為合適。另外，近年來被檢電流互感器普遍要求在1%額定電流下給出誤差值，要求標準電流互感器在1%額定電流下仍然具有0.02 級等級，故選擇寬量程s 級電流互感器，最終標準電流互感器等級定為0.02 s 級。標準電流互感器功率因數(shù)的選擇既要考慮現(xiàn)場變電站或發(fā)電機出口用0.8 功率因數(shù)的電力電流互感器，又要考慮計量箱中和電能表配合使用的1.0 功率因數(shù)計量用電流互感器，故標準電流互感器功率因數(shù)選擇為0.8和1.0。標準電流互感器一次電流測量范圍按照常用被檢電力電流互感器最大電流5 000 A 和被檢計量用電流互感器最小電流0.1 A 配置。二次電流測量范圍按照常用被檢電流互感器二次電流5 A 和1 A 配置。綜上，電流互感器選用HL-16A 型標準電流互感器。

電流互感器校驗儀為接在標準電流互感器和被檢電流互感器之間的測量儀器，其作用為顯示兩者之間的誤差，故校驗儀本身準確度等級無須過高，考慮成本因素定為2 級。功率因素和額定電流同標準電流互感器保持一致。綜上，校驗儀選用HEC-H 型電子式電流互感器校驗儀。

互感器負荷箱為串聯(lián)接在被檢電流互感器二次的測量設(shè)備。規(guī)程［2］要求需要對額定負荷和下限負荷分別進行測量。5 A 計量用電流互感器額定負荷為5 VA，下限負荷為2.5 VA，常見5 A 電力電流互感器最大額定負荷為80 VA，故5 A 二次負荷測量范圍為2.5～80 VA。1 A 計量用電流互感器額定負荷為0.2 VA，下限負荷為0.1 VA，常見1 A 電力電流互感器最大額定負荷為3.2 VA，故1 A 二次負荷測量范圍為0.1～3.2 VA。綜上，負荷箱選用FY98-5HI 型全自動程控電流互感器負荷箱。

表1 校驗裝置配置

2 校驗裝置的溯源

為保證校驗裝置整體誤差滿足要求，對影響誤差的主要設(shè)備標準電流互感器、電流互感器校驗儀和電流互感器負荷箱送至某省級計量中心進行溯源。

2.1 標準電流互感器的溯源

檢定0.02 s 級標準電流互感器的標準器須比其高至少2 個準確度等級，某省級最高標準BL2572H型和BL2112H 型雙級電流互感器準確度等級為0.002 s 級，滿足檢定條件。BL2572H 型一次電流測量范圍為5～5 000 A，BL2112H 型一次電流測量范圍為0.1～120 A，兩者整體測量范圍恰好滿足HL-16A 標準電流互感器要求［3］。以BL2572H 型和BL2112H 型雙級電流互感器為標準器，對HL-16A 標準電流互感器所有變比進行檢定，100%額定電流下典型變比額定負荷和下限負荷比值誤差和相位誤差值如表2所示。依據(jù)JJG 313—2010《測量用電流互感器檢定規(guī)程》 要求，0.02 s 級電流互感器比值誤差應小于0.02%，相位誤差應小于0.6′，表2 所有變比誤差值均滿足要求，HL-16A 型標準電流互感器合格。

表2 典型變比誤差值

2.2 電流互感器校驗儀的溯源

2 級互感器校驗儀采用省級最高標準0.2 級HESH 型互感器校驗儀及負荷箱檢定裝置檢定。依據(jù)JJG 169—2010《互感器校驗儀檢定規(guī)程》要求，對極性指示器、絕緣電阻、儀器分辨力、誤差測量等項目進行逐一檢驗［4］，所有項目均滿足要求。HEC-H 型校驗儀檢定結(jié)果合格。

2.3 電流互感器負荷箱的溯源

3 級互感器負荷箱同樣采用省級最高標準0.2級HESH 型互感器校驗儀及負荷箱檢定裝置校準。依據(jù)JJF 1264—2010 《互感器負荷箱校準規(guī)范》要求，計算得出校準結(jié)果不確定度U95=8.2×10-3，按照U95小于最大允許誤差的1／3 即8.2×10-3＜（1／3）×3%進行校準結(jié)果評審［5］，滿足3 級負荷箱使用要求。

3 校驗裝置的應用

利用校驗裝置對一0.2 級DBI 電流互感器進行檢定。接線如圖1 所示，標準電流互感器和DBI 電流互感器一次側(cè)極性端相連，一次側(cè)非極性端接升流器輸出端。標準電流互感器和DBI 電流互感器二次側(cè)極性端分別與校驗儀的對應端子相連。DBI 電流互感器額定負荷為5 VA，下限負荷為2.5 VA，功率因數(shù)為1.0，變比為100 A／5 A。將互感器校驗儀額定電流設(shè)置為5 A，互感器負荷箱二次負荷分別設(shè)置為5 VA 和2.5 VA，在100%額定電流條件下對該DBI 電流互感器進行檢定，得到比值誤差值和相位誤差值如表3 所示。依據(jù)JJG 313—2010《測量用電流互感器》 要求，0.2 級電流互感器比值誤差應小于0.2%，相位誤差應小于10′，表3 變比誤差值滿足要求，被檢DBI 電流互感器合格，本裝置應用良好。

圖1 DBI 電流互感器檢定接線

表3 DBI 電流互感器100%額定電流下誤差值

4 試驗分析

為驗證該DBI 電流互感器檢定數(shù)據(jù)的可靠性，采用省級最高標準BL2572H 型雙級電流互感器對DBI 電流互感器檢定，將兩者數(shù)據(jù)進行比對，采用歸一化偏差方式進行結(jié)果驗證［6］。檢定線路與圖1 相同，將標準電流互感器改為BL2572H 型雙級電流互感器。在100%額定電流下得到省級最高標準檢定誤差值如表4 所示，依據(jù)JJG 313—2010《測量用電流互感器檢定規(guī)程》 要求，0.2 級電流互感器比值誤差應小于0.2%，相位誤差應小于10′，表4 中所有誤差均滿足要求，省級最高標準檢定該DBI 電流互感器合格。

表4 100 A／5 A 最高標準檢定誤差值

對表3 和表4 數(shù)據(jù)按照歸一化偏差En值進行驗證，比對結(jié)果En值計算模型為

式中：Yj為本校驗裝置檢定結(jié)果，在5 VA 條件下，比值誤差Yj比=-0.06%，相位誤差Yj相=3′，在2.5 VA 條件下，比值誤差Yj比=-0.04%，相位誤差Yj相=2′；Yr為最高標準檢定結(jié)果，在5 VA 條件下，比值誤差Yr比=-0.04%，相位誤差Yr相=2′，在2.5 VA 條件下，比值誤差Yr比=-0.04%，相位誤差Yr相=1′；k 為包含因子，此處取k=2；u 為Yj-Yr的標準不確定度。

式中：uj為本校驗裝置的標準不確定度。經(jīng)不確定度評定計算，取5 VA 和2.5 VA 條件下最大值，得到uj比=-0.015%，uj相=0.5′；ur為最高標準的標準不確定度。經(jīng)不確定度評定計算，取5 VA 和2.5 VA 條件下最大值，得到ur比=-0.01%，ur相=0.4′。

當|En|≤1 時，比對結(jié)果在合理預期范圍內(nèi)，可以接受，DBI 電流互感器檢定數(shù)據(jù)可靠。反之，DBI 電流互感器檢定數(shù)據(jù)不可靠。經(jīng)計算，得到不同負荷條件下En值如表5 所示，由表5 可得，所有數(shù)據(jù)均滿足|En|≤1，DBI 電流互感器檢定數(shù)據(jù)可靠。

表5 100 A／5 A 比值誤差和相位誤差歸一化偏差值

5 結(jié)語

對DBI 電流互感器校驗裝置進行分析，將校驗裝置中的標準電流互感器、互感器校驗儀、互感器負荷箱3 部分參數(shù)配置和溯源方法逐一進行研究，證明裝置本身計量特性合格。將校驗裝置實際應用于DBI 電流互感器檢定中，并采用某省級最高標準再次檢定同一DBI 電流互感器，采用歸一化偏差方式分析兩組檢定數(shù)據(jù)，證明DBI 電流互感器檢定數(shù)據(jù)可靠。本次研究為新型DBI 互感器校驗裝置的配置和應用積累寶貴經(jīng)驗，為今后開展DBI 互感器全性能檢測及全檢驗收工作奠定了良好基礎(chǔ)。