電流互感器對電力系統(tǒng)電能計(jì)量影響探究

1、電流互感器對電力系統(tǒng)電能計(jì)量影響探究摘要：電流互感器在運(yùn)行時(shí)，需要滿足相應(yīng)的工況 條件，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的計(jì)量。首先對電流互感器的工作原理及 誤差的產(chǎn)生進(jìn)行了分析，針對二次側(cè)負(fù)荷超出規(guī)定范圍時(shí)電 流互感器對計(jì)量造成的誤差進(jìn)行了研究，然后分析了不合理 的電流互感器選擇對計(jì)量的影響，最后通過具體的實(shí)例分析 了電流互感器的二次側(cè)某相電流斷線時(shí)對計(jì)量的影響，并提 出了相應(yīng)的具體整改措施。關(guān)鍵詞：電流互感器；電能計(jì)量；誤差分析；電力系統(tǒng) 準(zhǔn)確合理對發(fā)電、供電及用電等環(huán)節(jié)的電能進(jìn)行計(jì)量具 有重要意義，它關(guān)系到電能流動過程中所有參與者的經(jīng)濟(jì)利 益，同時(shí)，也對電力系統(tǒng)中各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算有著重要的參考 意義。可以說，電

2、能的計(jì)量是集經(jīng)濟(jì)與技術(shù)為一身的重要課 題。實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量的重要裝置是互感器，其有電流互感器和 電壓互感器之分，它們能夠有機(jī)連接一次回路和二次回路。 本文重點(diǎn)對電流互感器進(jìn)行研究，找出產(chǎn)生誤差的原因，給 出相應(yīng)對策，指導(dǎo)實(shí)踐。一、電流互感器的工作原理與通常使用的變壓器結(jié)構(gòu)相似，電流互感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如 圖1所示，在閉合鐵芯上有兩組互相絕緣的繞組，分別被稱 為一次繞組和二次繞組，其中與被測電路串聯(lián)的是一次繞 組，與電能表電流線圈相串聯(lián)的是二次繞組，在電能表中線 圈的內(nèi)阻幾乎可以忽略不計(jì)，整個(gè)電流互感器在運(yùn)行時(shí)可以 視為二次側(cè)是短路的。一般會將電流互感器中的磁通密度設(shè) 置得比較小，這樣就會減小磁損耗，此時(shí)

3、，激磁安匝數(shù)i0n1 也很小，其主要目的是為了建立磁場，以便能量的傳遞，它 在一次安匝數(shù)i1n1中的比例很小，圖2給出了電流互感器 的向量圖，其中，表示磁通，u2表示電流互感器二次側(cè) 得到的感應(yīng)電壓，由于二次側(cè)回路中的阻抗呈現(xiàn)感性，所以 其電壓超前電流，超前角度為2,有公式：i1n1+i2n2=ion1 (1)激磁安匝數(shù)i0n1很小，可以將其忽略，則上式變?yōu)椋?i1n1+i2n2=o (2)由此可見，一次安匝數(shù)和二次安匝數(shù)呈現(xiàn)出大小相等， 方向相反的特點(diǎn)，兩者保持電路的磁路平衡，可以近似認(rèn)為 一次安匝數(shù)和二次安匝數(shù)的有效值相等。1二、電流互感器的誤差分析在實(shí)際的運(yùn)行過程中，電流互感器不可避免會

4、產(chǎn)生比差 以及角差，也就是說實(shí)際的電流比無法做到完全等于額定電 流比，圖3給出了電流互感器中鐵心線圈的磁化曲線，下面 對誤差的產(chǎn)生進(jìn)行具體分析。從圖2中可以看出，二次安匝 數(shù)并沒有與一次安匝數(shù)完全重合，一次安匝數(shù)滯后于二次安 匝數(shù)，在模值上也要大一些，其本質(zhì)原因是激磁安匝數(shù)并非 完全等于零，也就是說電流互感器的誤差主要是由勵(lì)磁電流 引起的，要想盡量減小誤差，應(yīng)該努力減小勵(lì)磁電流。在向 量圖圖2中，可計(jì)算出電流互感器的比差以及角差，發(fā)現(xiàn)在 勵(lì)磁電流的影響下，比差值為負(fù)，向負(fù)方向變化，角差值為 正，向正方向變化，這種變化的結(jié)果就導(dǎo)致了計(jì)量偏小。電 流互感器的工作原理基于電磁感應(yīng)原理，其鐵心的磁化曲

5、線 在第一象限的圖形如圖3所示，其中，實(shí)線是實(shí)際的變化曲 線，虛線是理想的變化曲線，其非線性的特點(diǎn)也是造成誤差 的原因之一，一旦鐵心進(jìn)入到飽和區(qū)域，如果再繼續(xù)增大電 流，磁通幾乎保持不變，電流值越大，鐵心的飽和程度 就越深，產(chǎn)生的誤差也越大，這是電流互感器最大的缺點(diǎn)， 所以，在實(shí)際工作中必須嚴(yán)格保證電流互感器不工作于過載 狀態(tài)。除此之外，造成電流互感器誤差的另一個(gè)原因是剩磁的 存在。所謂剩磁，是指鐵磁材料自身的磁滯現(xiàn)象，當(dāng)系統(tǒng)斷 路器動作或出現(xiàn)短路故障時(shí)，電流互感器中會產(chǎn)生剩磁，其 大小由斷開一次側(cè)電流的瞬間鐵心中的磁通來決定。當(dāng)電流 互感器用于測量時(shí)，剩磁將降低鐵心的磁導(dǎo)率，且這種影響 將呈

6、現(xiàn)非線性的特點(diǎn)，與此對應(yīng)，電流互感器的勵(lì)磁阻抗將 會減小，勵(lì)磁電流會變大，導(dǎo)致計(jì)量誤差朝負(fù)方向變化，得 到的電量值偏小。三、電流互感器二次阻抗和接線對計(jì)量的誤差分析實(shí)際運(yùn)行的電流互感器二次側(cè)的負(fù)荷往往會超出規(guī)定 的范圍，這會對計(jì)量造成誤差，本節(jié)重點(diǎn)對二次阻抗值以及 接線影響計(jì)量結(jié)果的機(jī)理進(jìn)行探討。1. 二次阻抗值對計(jì)量結(jié)果的影響二次側(cè)負(fù)荷對電流互感器的影響是成正比的，增大二次 側(cè)負(fù)荷，鐵心的磁密度也會增大，導(dǎo)磁率也有所增加，因此, 電流互感器的誤差會向著負(fù)方向發(fā)展。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)，電流 互感器二次阻抗超出額定負(fù)荷兩倍及以上時(shí)，電流互感器的 誤差就會超出允許范圍，在很多變電所中，互感器到計(jì)量表 之

7、間都存在很長的距離，易使互感器二次側(cè)負(fù)荷過大，一旦 超出額定值太多，互感器的準(zhǔn)確性會受到很大影響；當(dāng)互感 器二次側(cè)阻抗值降低，通常情況下其計(jì)量誤差都在允許范圍 內(nèi)，可不予考慮。2. 功率因數(shù)值對計(jì)量結(jié)果的影響為了保證計(jì)量的準(zhǔn)確性，電流互感器應(yīng)該工作在規(guī)定的 功率因數(shù)下，通常在0.8以上，系統(tǒng)中電流表、電能表的電 流線圈等的阻抗都比較小，二次側(cè)阻抗主要是指導(dǎo)線的阻 值，當(dāng)三相電流為對稱電流，并且各導(dǎo)線的電阻值相等時(shí)， c相的互感器工作于超前的功率因數(shù)為0.8的狀態(tài)下，與規(guī) 定的工作于滯后的功率因素為0.8的狀態(tài)存在很大差別，無 法保證計(jì)量的準(zhǔn)確性。改變?nèi)嗳€接線模式下采用兩臺電 流互感器的做法

8、，采用二次四線式的接線方法，如圖4所示, 此時(shí)，兩臺電流互感器能夠徹底被分離開來，所帶負(fù)荷的大 小只會與單相的電流有關(guān)，通常情況下，二次負(fù)荷呈現(xiàn)感性 的特點(diǎn)，功率因數(shù)都會保持在滯后的0.8以上，因此，也能 保證測量的準(zhǔn)確性。2四、電流互感器選擇過大或過小對計(jì)量的影響根據(jù)國家電能計(jì)量裝置技術(shù)的相關(guān)管理規(guī)定，電流互感 器額定一次電流不應(yīng)小于在正常運(yùn)行中的實(shí)際負(fù)荷電流的 百分之三十。一般情況下，電流互感器額定一次電流要保證 其在正常運(yùn)行中的百分之六十左右。實(shí)際使用中電流的變化 范圍應(yīng)保證在合適的范圍內(nèi)，當(dāng)電流互感器勵(lì)磁電流所占比 例不同時(shí)，計(jì)量的精確是有所區(qū)別的。電流互感器勵(lì)磁電流 小于百分之五額定

9、電流時(shí)，電流互感器的準(zhǔn)確度等級就沒有 保證，大于額定電流的1.2倍時(shí)，過大的電流則可能燒毀電 流互感器。如果電流互感器的變流比選擇過大，例如，當(dāng)勵(lì) 磁電流在額定電流的1. 2倍以上工作時(shí)，由于勵(lì)磁電流較大, 則會產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)誤差，從而少計(jì)電能量。如果繞組長期過 負(fù)載運(yùn)行，就很容易被燒壞，從而在一定程度上縮短電流互 感器的使用壽命。 在實(shí)際的工作運(yùn)行過程中，如果 電流互感器的變流比選擇過小，即當(dāng)勵(lì)磁電流在額定電流的 百分之五以下工作時(shí)，會降低其準(zhǔn)確度，同時(shí)也會產(chǎn)生較大 的負(fù)誤差。比較電流互感器電流比選擇過小和過大的兩種情 況發(fā)現(xiàn)，選擇電流互感器變流比較大時(shí)造成的計(jì)量誤差要小 于選擇電流互感器變流

10、比較小時(shí)的計(jì)量誤差。因此如果當(dāng)出 現(xiàn)兩種情況的同時(shí)選擇時(shí)，應(yīng)選擇電流互感器勵(lì)磁電流比較 大的情況。3為了保證供電計(jì)量的準(zhǔn)確性，對于一些常見的現(xiàn)象可以 采取對應(yīng)的措施加以解決。例如，負(fù)荷經(jīng)常有變化的單位， 我們可以考慮使用多變流比電流互感器，因?yàn)樵谑褂弥须娏?互感器存在多個(gè)變流比，所以可依據(jù)具體單位實(shí)際負(fù)荷的大 小進(jìn)行電流互感器變流比的調(diào)整，從而保證供電計(jì)量的準(zhǔn)確 性。五、實(shí)例分析為了說明當(dāng)電流互感器的二次側(cè)某相斷線時(shí)對計(jì)量造 成的影響，通過實(shí)例進(jìn)行分析，并且給出相應(yīng)預(yù)防措施：某 變電所接于a相上的計(jì)量表沒有給出負(fù)荷的電流值，同時(shí)， 對該用戶的相應(yīng)值班記錄進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，此前幾個(gè)月內(nèi)，該 變電所的

11、用電量急劇減少，同時(shí)，對大工業(yè)抄表卡進(jìn)行查看 發(fā)現(xiàn)，本月的電量比上個(gè)月較少了一半。經(jīng)過電能計(jì)量人員 的接線檢查發(fā)現(xiàn)a相進(jìn)線端的端鈕與相應(yīng)的線圈引線斷開 了，對功率因數(shù)進(jìn)行測定為0.98,斷線期間測得的用電量為 288600 kw ho圖5給出了 a相電流斷線情況下的計(jì)量接線圖。電能表 的第ii元件接入電壓ucb, ic為電流，兩者的夾角為30度, 圖6為a相電流斷線第ii元件接入的向量圖。p = p1 + p2 二 1 /2u i (3cos + sin)(3)在a相電流斷線的情況下，功率因數(shù)不同，電能表的計(jì) 量情況也有所不同，分別如下：當(dāng)cos0=0. 5 (l)(二60。)時(shí)，電能表計(jì)量正

12、確；當(dāng)cos0>0.5 (l)(60。)時(shí)，電能表計(jì)量值偏大。a相電流斷線時(shí)，電能表更正系數(shù)為：gx二23cos / (3cos+sin)(4)此時(shí)有：當(dāng)cos二0. 5、gx二1,電能表的計(jì)量正確無誤；當(dāng)cos0.5、gx>1,電能表計(jì)量值偏??；當(dāng) cos01(5)則應(yīng)追補(bǔ)電量為：gl= (3x0. 98-0. 20/3x0. 98+0. 20) x 100%二0.79% (6)a'二as-a二glxa二79%x288600二227994kw - h六、判斷電流互感器二次斷線事故的方法設(shè)備的故障點(diǎn)會隨著電流互感器的二次連接而增多，一 旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)相關(guān)的故障，整個(gè)電路回

13、路都會受到影 響，從而造成儀表指示不正確。電能計(jì)量產(chǎn)生的相關(guān)誤差， 可以采取相關(guān)措施加以控制。實(shí)際運(yùn)行中可以裝設(shè)相關(guān)監(jiān)測 設(shè)備用來監(jiān)測電流互感器二次斷路裝置；為減少事故發(fā)生 點(diǎn)，相關(guān)貿(mào)易結(jié)算用電能計(jì)量裝置應(yīng)盡量使用二次繞組，并 避免與保護(hù)測量等回路共用；使用的電纜、導(dǎo)線要有相關(guān)防 機(jī)械損傷措施，要確保產(chǎn)品質(zhì)量，不得使用相關(guān)偽劣不合格 產(chǎn)品；有相關(guān)隱患的設(shè)備要采取措施加以改造，盡量保證整 個(gè)網(wǎng)絡(luò)的合理規(guī)劃；相關(guān)計(jì)量裝置的連接點(diǎn)要牢固，保證接 觸可靠等。七、結(jié)束語電流互感器在運(yùn)行時(shí)，需要滿足相應(yīng)的工況條件，以實(shí) 現(xiàn)準(zhǔn)確的計(jì)量。本文首先對電流互感器的工作原理及誤差的 產(chǎn)生進(jìn)行了分析，針對二次側(cè)負(fù)荷超出規(guī)定范圍時(shí)電流互感 器對計(jì)量造成的誤差進(jìn)行了研究，然后分析了不合理的電流 互感器選擇對計(jì)量的影響，最后通過具體實(shí)例分析了電流互 感器二次側(cè)某相電流斷線時(shí)對計(jì)量的影響并提出了相應(yīng)的 整改措施，以期供相關(guān)人