[实用新型]电流互感器直流偏磁误差特性测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电流互感器直流偏磁误差特性测量装置，具体一种采用等安匝原理模拟电流互感器一次回路的工频电流含有直流分量时，验证电流互感器误差特性的测量装置，属高压电器测量与检验技术领域。 

背景技术

传统电流互感器工作原理是电磁感应原理，一般情况下电流互感器一次回路电流是正负对称的交流电流，一个周波内铁心的工作磁密也是对称分布，但当一次工频电流含有直流电流成分时，电流互感器铁心工作磁密会出现不对称现象，导致电流互感器铁心磁滞回线出现不对称，二次感应电流出现偶次谐波。根据能量守恒原理，偶次谐波的出现，基波含量必然减少，电流互感器对应的一次回路基波电流与二次回路基波电流之比，就会发生负向偏移。 

随着我国电网容量的增加，交流电网和直流电网同点落地现象越来越多，在交流电网回路中出现直流分量，使得变压器铁心磁通量上下半周不对称，导致变压器损耗增大、投合操作励磁涌流增大，亦称之为直流偏磁影响。同样，用于电网电能计量、继电保护的电流互感器，也会因一次工频电流含有直流分量，造成电流互感器磁通量正负半周不对称，影响电流互感器的误差特性。例如，双级高压直流输电线路检修，或单级故障需以“单级—大地回线”方式运行时，将有直流电流通过中性点直接接地的变压器进入交流系统，出现直流偏磁现象，有的线路故障电流中含有直流分量，且衰减很慢。此外，地磁暴效应产生的地磁感应电流(GIC)也可以引起变压器的直流偏磁效应。 

电网电压等级的不同、电网出现的直流分量幅值的不同、电流互感器铁心材料的不同、安匝数的不同以及二次负荷的不同，对电流互感器误差特性影响程度是不同的，需要进行系统和完整的理论计算、试验验证。用于电能计量的电流互感器，主要考虑工频分量，误差特性计算的边界条件是以铁心磁滞曲线完全对称为前提，直流偏磁情况下的电流互感器误差特性计算，需考虑磁滞回线上下不对称影响。 

在验证试验中，如果采用工频电流分量与直流电流分量可调节的合成电流源，不仅有合成电流源技术上的难度和成本上的因素，还有测量系统的溯源问题。这种测量系统是采用宽频标准电流测量装置，要考虑宽频标准电流测量装置频响特性的校准。若采用等安匝原理，一次模拟电流分别为工频电流与直流电流，两个独立的电流源便于幅值的控制，并且工频电流与直流电流的测量系统相互独立，可以分别溯源。 

电流互感器(CT)的等效电路如附图1所示，图中：Z₁、Z₂、Z_L、Z₀分别为CT的一次阻抗、二次阻抗、二次侧负载阻抗和等效励磁阻抗；i₁、i₂、i₀分别为折算到二次侧的一次电流、二次电流和励磁电流；E为励磁阻抗上的感应电动势，相应的励磁曲线如图2所示，图2中：H_M和B_M分别为磁场强度H和磁感应强度B的最大值；H_c为矫顽磁力；B_r为剩磁。对于计量用CT，重点研究其稳态传变特性，对准确度的要求较高，需纳入磁滞非线性，可采用图2的励磁特性曲线进行分析。对于保护用CT，需考虑其暂态特性，得到其在大电流下达到饱和的时间。相应的励磁特性以折线等效，如图3所示，图3中N为饱和点，B_s、H_s分别为饱和磁密、饱和磁场强度，并将未饱和 ON段的等效电感记为L_e。 

在直流偏磁条件下，当电流互感器一次绕组存在直流分量I_dc时，直流偏磁磁通和交流磁通相叠加，与直流偏磁方向一致的半周铁心饱和程度增加，另外半周饱和程度减弱，使得励磁电流呈现正负不对称形状，并产生谐波。 

对于计量用CT稳态传变特性的影响主要用比值差f和相位差δ来衡量，二者皆基于电流的基波分量进行定义。电流互感器由于励磁电流I₀的存在，使得乘以匝数比后的二次电流不仅数值与一次电流I₁不等，而且相位也产生了差异，也就产生了误差，即： 。有。另根据磁路定理有：，可得出电流互感器基本误差公式： 

其中I₂为二次电流（有效值）；Z₂为二次回路总阻抗；B为磁通密度；H为磁场强度；A_c为铁心有效截面积；L_c为铁心的平均磁路长；μ为铁心材料的导磁率；N₁为额定一次匝数；N₂为额定二次匝数。