一種新型寬量程電流互感器的設計與性能經驗分析

劉鈺冰

（江蘇靖江互感器股份有限公司，江蘇 泰州 214500）

單級電磁式電流互感器的測量誤差與互感器二次繞組匝數、鐵芯橫截面面積、平均磁路長度、二次負荷、二次繞組漏抗、鐵芯磁導率和互感器工作點有關，測量精度與二次繞組匝數平方、鐵芯橫截面面積、鐵芯磁導率成反比；與平均磁路長度、二次負荷、二次繞組漏抗成正比?；诖耍趯π滦蛯捔砍屉娏骰ジ衅鬟M行設計時，可以根據參數間相互關系針對性優化某些內容，從而起到優化電流互感器性能，提升其工作穩定性的作用。

1 一種新型寬量程電流互感器概述

1.1 主要結構

此次設計的新型寬量程電流互感器結構如圖1所示，圖中N1和N2分別表示互感器中的一次線圈和二次線圈，而N3表示補償線圈，N4表示檢測線圈，而Z則表示電流互感器運行時的二次負荷。而互感器中的鐵芯I主要用于承擔勵磁磁通，而鐵芯II則用于承擔誤差磁通，是維持互感器正常運轉的重要保障。而補償器在設計中主要分出了自適應模塊和功放模塊。誤差檢測模塊在應用中可以對模塊輸出的直流誤差信號進行直接檢測，而相似電流模塊中則承擔了和互感器相類似的勵磁電流。

圖1 一種新型寬量程電流互感器的主要結構

1.2 工作原理

寬量程電流互感器實際上是一種基于有源補償的雙級電流互感器，補償器以誤差檢測結果最小為控制目標，該目標是通過磁勢補償方法實現的。當N3線圈沒有注入補償電流時，上述互感器的勵磁磁通由一次電流提供，為互感器原始運行狀態，互感器的勵磁磁通分別由鐵芯Ⅰ、Ⅱ承擔；當N3線圈中注入勵磁電流后，鐵芯Ⅰ中承擔的勵磁磁通將增加，由于互感器總勵磁磁通基本不變，則鐵芯Ⅱ中的勵磁磁通減少；當鐵芯Ⅱ承擔勵磁磁通達到最?。创磐ń咏?）時，說明互感器的勵磁磁通基本由鐵芯Ⅰ承擔，此時達到控制目標。基于此原理可以得知，在N3線圈所注入的補償電流，來源于互感器勵磁電流，而此類電流無法進行直接提取，會利用物理相似方法進行處理，而所得數據的相似程度和相似鐵心的磁特性和工作點有著直接關聯。在具體的分析活動中，會將相似電感的勵磁電流作為補償器第一個輸入量，而誤差檢測模塊對應的直流輸出值，則會作為補償器第二個輸入量，利用公式來求解相關參數，從而起到降低互感器測量誤差的作用。在此處鍵入公式。

1.3 幅值自適應原理

在互感器自適應模型的應用中，可以假定y為勵磁電流，y’表示增益系統中的相似勵磁電流，在此狀態下，模型對外輸出的廣義誤差可以記作α（t），α（t）=y（t）-y’（t）。t表示互感器運行時間。上文中已經提到，相似勵磁電流和勵磁電流之間保持正比例關系，那么，此時則可以建立目標函數，記作di，為了達到目標最小這一目標，會對已知參數的導數進行求解，過程中也會使用梯度法來整理導數函數，根據所得數據可以得知，整個函數下降速度最快的方向是沿著函數的負梯度方向，因此，在應用中則可以對參數（記作K1）進行動態調整，得到方程ξα（i）/ξK1di，其中A表示一正常數值，在此基礎上，對系統的傳遞函數和微分方程進行求解，匯總方程后可以得到參考，模型的微分方程，即P（D）y=k0·Q（D）r，帶入相關數據后可以得到相應參數信息，并且在乘法器與積分器組合作用下順利完成信息整合，這也為后續分析的活動的順利展開奠定了良好的基礎。

1.4 電流互感器誤差分析

除了上述提到的分析內容外，在具體的分析活動中，也需要做好電流互感器誤差分析。一般情況下，會使用磁勢方程來進行求解，即n1·I0=n1·I1+n2·I2，由此可以對互感器的應用誤差進行計算，具體的計算公式如下：X0=（n1·I1+n2·I2）/n1·I0×100%，式 中 的 n1和 n2分別表示N1和N2線圈對應的匝數值。

根據圖1中的相關分析可以得出，線圈N3在應用中也會參與勵磁電流的供給，在此狀態下，電流互感器的誤差可以表示為以下公式：X0=（n1·I1+n2·I2+n3·I3）/n1·I0×100%，對其進行轉換處理后，可以轉換為以下化學式 X0=（n1·I1+K0·n3·I′）/n1·I0×100%，式中K0表示互感器運行過程中的相似磁感電流，I′表示線圈N3對應的匝數值。隨后對這些參數展開進一步分析，假定n1=Kc·n3，那么上述公式可以轉換為X0=n1·（I0+I′）/n1·I1×100%。其中Kc表示線圈的自適應增益參數。根據上述分析可以得知，寬量程電流互感器在應用中產生的誤差值，和相似勵磁電流相似度間存在直接聯系，隨著相似度的提升，所得到的分析結果準確性也在不斷提升。

2 新型寬量程電流互感器性能分析

2.1 變比測試

2.1.1 電流測試法

在對互感器變比性能進行檢測時，電流測試法屬于常用的測試方法。在具體的測試活動中，會利用調壓器和升流器對一次線圈和二次線圈端子進行檢測，得到互感器的一次電流和二次電流，便于后續計算工作的展開。此測試方法在應用中，能夠對電流互感器的實際運行情況進行模擬，從理論上來看，其完善度相對較高，可以得到準確性較高的檢測數據。但是，在系統容量較高時，現場增加電流到百萬安培的難度較高，而減小電流也會帶來誤差問題增大的情況，因此，該方法多用于較小容量互感器的測量，對于容量較大的互感器測試，不建議使用該測試方法。

2.1.2 電壓測試法

在對互感器變比性能進行檢測時，也會使用到電壓測試法。在具體的測試活動中，會利用調壓器和升壓器對一次繞組和二次繞組開路進行檢測，得到互感器的一次繞組電壓和二次繞組開路電壓，計算兩次電壓值的比值，在對比標準數據后可以客觀判斷互感器比值的合理性。此測試方法在應用中，能夠對電流互感器的激磁電流運行情況進行模擬，從理論上來看，其測試精準度相對較高，一般都可以達到毫安級，以得到準確的檢測數據。但是，在系統測試過程中，需要將測量精度控制在10mA以下，若不能滿足該測試要求，也會導致誤差增大的情況，無法滿足相應的使用要求，這也是實際檢測活動中需要重點關注的內容。

2.2 極性測試

在電流互感器測試活動中，也需要做好極性測試工作，從目前的應用情況來看，經常使用到極性測試方法有儀器測試法、直流測試法和交流檢測法。（1）直流測試法在測試中的主要載體為干電池、萬用表和測量導線，具體的測試活動中會將直流表調試到直流電壓擋，萬用表上的檢測筆會直接對接到輸出繞組位置，并且利用導線穿過互感器的孔洞，聯通后可以得到繞組的電壓讀數，同時根據萬用表指針波動情況，得到具體的分析結果。（2）交流測試法在測試中會在一次線圈和二次線圈線端位置通入1～5V的交流電壓，利用10V以下的電壓表來獲取對應數據，從而判斷互感器極性情況。（3）儀器檢測法在測試中會利用不同的測試儀器，獲取電流互感器極性相關數據，了解目前互感器的極性狀態。

2.3 伏安特性測試

在開展伏安特性測試活動時，會對電流互感器一次開路和二次開路勵磁電流參數進行整理，并以此得到相關聯的關系曲線，根據曲線分析結果來繪制伏安特性曲線，了解互感器的伏安特性。在具體的試驗活動中，會對互感器鐵芯質量、磁化曲線飽和度進行客觀分析，過程中會使用一個升壓器和一個PT器來獲取電壓參數，每次繪制的伏安特性曲線都會和之前曲線進行比對，要求電壓參數不能出現明顯降低的情況，如果出現了此類問題，也需要對二次繞組進行檢查，為提高檢查結果的準確性，會在互感器中設置多個測試點，以便于后續分析活動的順利進行。

2.4 振動測試

在具體的振動測試活動中，所使用的測試工具為故障錄波器、低頻振動測試儀等，用于監測互感器工作時的電流波形和相應的輸出值，過程中也需要對合并單元、保護裝置的工作狀態進行檢查，記錄電流互感器的最大偏移量和電流輸出最大值，對比標準數據后判斷互感器工作狀態的穩定性。例如，該寬量程電流互感器振動測試活動中，最大水平偏移值為563.32μm，最大處置偏移值為11325.32μm，電流輸出的最大數值為0.020A，在諧波分析后，發現電流互感器運行中存在位移過大的情況，需要根據實際情況及時調整相關參數，維持此寬量程電流互感器工作狀態的穩定性。

2.5 VFTO測試

除上述提到的性能測試內容外，在實際應用中還需要做好VFTO測試，這也是驗證電流互感器工作穩定性的重要途徑。在具體的測試活動中，會將采集卡安裝在設備本體上，隨后通過拉合新型寬量程電流互感器兩側的隔離開關，來起到設備順利過電壓的目的。利用VFTO測試儀對相關參數進行記錄，同時利用故障錄波器來記錄隔離開關分閘期間電流互感器的輸出值，了解開關分閘時所帶來的應用影響，對于發現的故障問題也會及時進行修正處理，從而提高新型寬量程電流互感器工作狀態的穩定性與合理性。

3 新型寬量程電流互感器設計經驗整理

3.1 做好基礎資料整合

做好基礎資料整合，能夠為新型寬量程電流互感器的開發提供可靠保障，以提高所整理資料的應用價值。從實際應用情況來看，應注意以下內容：（1）明確所需要整理的資料種類，包括使用環境、測試規范等，目前在性能測試環節中，會使用計算機軟件來進行仿真測試，因此，在資料整理時，進行細化分類，為后續數據轉化工作的推進奠定基礎。（2）在資料整合過程中，需要做好數據格式的統一工作，搭配著屬性標記，存儲到相應的數據庫中，以便于后續數據應用工作的順利進行。

3.2 加強設計誤差控制

加強設計誤差控制，可以提高新型寬量程電流互感器的應用效果，為其他活動的推進奠定基礎。從目前的應用情況來看，應注意以下內容：（1）對于新型寬量程電流互感器的工作過程進行整理，了解導致系統誤差問題出現的原因，采取恰當措施進行應對，減少誤差問題對互感器性能的影響。（2）在設計活動中，也需要考慮偶然誤差帶來的負面影響，利用計算機軟件的仿真功能來論證設計內容，以提高設計活動的合理性。

3.3 做好數據存儲工作

做好數據存儲工作，能夠提高數據信息的應用價值，也為其他開發活動的進行提供良好參考。從目前的應用情況來看，應注意以下內容：（1）對于已完成設計新型寬量程電流互感器的相關數據進行整理，除了常規數據外也需要對測試數據進行整理，過程中需要做好各類數據的分類整合，并且也會基于數據庫技術來建立與數據相匹配的數據庫，從而為后續數據采集工作的推進奠定基礎。（2）對于數據庫中的數據也會做好格式統一工作，并且相應的數據庫也會不定期進行更新，這樣也可以提高數據庫內容的先進性，為新型寬量程電流互感器的開發提供參考。

4 結語

綜上所述，做好基礎資料整合，能夠為新型寬量程電流互感器的開發提供可靠保障，加強設計誤差控制，可以提高新型寬量程電流互感器的應用效果，做好數據存儲工作，能夠提高數據信息的應用價值。本文對一種新型寬量程電流互感器的相關內容展開了論述，以此來積累相應的設計經驗，為相關活動的有序展開奠定良好的基礎。