互感器誤差現場檢測及其影響因素分析

徐敏銳

（江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇南京 211103）

隨著廠網分開以及電力市場的逐步形成和完善，關口電能計量的準確可靠和公平公正涉及到經濟利益和社會效益，成為廠網等多方共同關注的問題。電能計量用電流、電壓互感器是關口電能計量裝置的關鍵組成部分，其計量的準確與否直接影響到電能計量的準確性。根據JJG 1021—2007《電力互感器》規程[1]、DL/T 448—2000《電能計量裝置技術管理規程》的要求[2]，要現場對變電站、電廠以及大用戶的110 kV，220 kV和500 kV關口計量用電流、電壓互感器計量誤差（比差、角差）進行首次檢測、后續周期檢測和使用中的檢測。

1 檢測條件

（1）環境條件。環境氣溫-25～55℃，相對濕度不大于95%。環境電磁場干擾引起標準器的誤差變化不大于被檢互感器基本誤差限值的1/20。檢測接線引起被檢互感器誤差的變化不大于被檢互感器基本誤差限值的1/10。

（2）標準電流、電壓互感器條件。額定變比應和被檢互感器相同，準確度等級至少比被檢互感器高兩個等級，誤差不大于被檢互感器基本誤差限值的1/5；變差應不大于它的基本誤差限值的1/5。

（3）電流、電壓負荷箱條件。在額定頻率和額定電流、電壓的80%～120%范圍內，其有功和無功分量相對誤差均不超過±6%，殘余無功分量不超過額定負荷的±6%。

（4）誤差測量裝置條件。比值差和相位差示值分辨率應不低于0.001%和0.01′。引起的測量誤差，應不大于被檢互感器基本誤差限值的1/10。

2 電流互感器誤差現場檢測

2.1 電流互感器現場檢測線路

使用標準電流互感器檢測線路如圖1所示。該方法為傳統的檢測方法，檢測準確度高，但檢測設備數量多、體積大，設備接線工作量大。檢測中，禁止電流互感器二次側開路，除計量繞組外的其他二次繞組端子用導線短路并接地。

在現場電磁干擾很小的情況下，可以使用“低壓外推法”檢測方法[3]，其檢測原理接線如圖2所示。該方法只需一臺便攜式“低壓外推法”檢測設備，現場接線簡單，便于操作。

2.2 被檢電流互感器一次電流導線連接

（1）盡量減小一次回路連線的長度。必要時，應采取措施將標準電流互感器和升流器置于被測電流互感器最小距離范圍內。

（2）接被測電流互感器一次導線時，應首先檢查被接互感器一次導體是否存在氧化或存在污垢等現象，如果被接導體氧化或存在污垢，應用砂紙或其他工具清潔后再連接。當采用線夾和端子板連接被測電流互感器一次線時，應盡量保持較大的接觸面，嚴禁點接觸。

（3）獨立式電流互感器一次接線端在兩側，注意其一次連接方式（多變比時，一次串、并聯）。

（4）封閉式組合開關設備（GIS）的被檢電流互感器一次回路接線，可以利用被測電流互感器兩側的接地刀閘和被測互感器形成一次檢測回路，如圖3所示。檢測時閉合兩側的接地刀閘，把一端刀閘的接地線拆除，作為一次電流極性端子，把另一端刀閘接地點作為另一個電流端子。另外，如果此一次檢測回路通過開關（斷路器）形成閉合回路，檢測時開關要處于閉合狀態；如果開關兩側接地刀閘都在封閉式組合開關設備內，接地刀閘無法接地，則可以通過在母線上加檢測套管，從而形成一次檢測回路。

3 電壓互感器誤差現場檢測

3.1 電壓互感器現場檢測線路

電壓互感器現場檢測中，通常使用標準電壓互感器的比較法線路，標準電壓互感器具有性能穩定、抗干擾能力強、絕緣性能好，運行安全等優點。110 kV及220 kV電磁式電壓互感器一般用試驗變壓器直接施加檢測電壓，其接線如圖4所示。

110 kV及220 kV電容式電壓互感器（CVT）也可以使用試驗變壓器直接升壓，并采用補償電抗器對CVT的電容值進行有效補償，檢測接線如圖5所示，主要由試驗變壓器、補償電抗器、標準電壓互感器、調壓器以及互感器校驗儀等組成。

500 kV CVT由于檢測電壓高，無法用試驗變壓器直接升壓，可以用串聯諧振升壓裝置施加檢測電壓[4]，接線如圖6所示，該串聯諧振升壓裝置主要由勵磁變壓器、諧振電抗器、標準電壓互感器、均壓環以及互感器校驗儀等組成。在CVT現場校測中，選用市電的工頻電源，且CVT的電容量又是相對固定值，所以采用通過調節諧振電抗器鐵心的氣隙從而調節其電感量的方式來達到諧振。

3.2 電壓互感器現場檢測接線

檢測接線宜按高壓回路、檢測回路和電源回路分別連接和檢查。如果電壓互感器的二次引線已連接到端子箱，可以在端子箱側進行檢測接線。如果電壓互感器接線盒到二次端子箱之間的引線發生異常，應以在接線盒側接線得到的檢測結果為準。接線時注意檢測回路要完成全部連線后再一點接地。

在接線盒側接線時需要解開計量繞組1a、1n端子和保護繞組2a端子，換接配用的二次引線，再解開剩余繞組的da端子。如果在端子箱操作，則改為在上述標志的連接端子上接線，接線時電壓互感器二次嚴禁短路。

封閉式組合開關設備（GIS）的電磁式電壓互感器一次回路接線可以從進線側加壓，也可以從主變側（解開與變壓器的連接）加壓，加壓接線如圖7所示。另外，如果進線通過入地套管接入，主變側為封閉的絕緣套管接線，則可以通過在母線上加檢測套管，從而形成檢測回路。

4 互感器現場檢測誤差主要影響因素分析

4.1 環境電場對互感器誤差的影響

電磁式電流、電壓互感器由于回路阻抗低，環境電場在回路中感應產生的電流、電壓非常小，環境電場基本上不會影響到電磁式互感器的誤差。

電容式電壓互感器的耦合電容器沒有電場屏蔽，變電站的帶電部件與耦合電容器電極通過空間電場可以形成雜散電容，會流過電容電流。不帶電的金屬構件與耦合電容器也會形成接地電容，流過電容電流。檢測表明，三相一組的CVT即使用同一型號規格的產品，由于安裝在不同位置，檢測時也會得到不同的誤差值，原因就是周邊物體與3臺互感器有不同的電容耦合，產生不同的干擾所致。這種干擾與CVT的主電容量有關，目前的產品標準是110 kV互感器主電容量0.02 μF，220 kV互感器主電容量0.01 μF，330 kV和500 kV互感器主電容量0.005 μF，因此空間雜散電容對它們的干擾程度有很大不同，對0.005 μF的干擾明顯大于對0.02 μF的干擾，由于雜散電容在10 pF以下，因此干擾量一般不超過0.1%。

4.2 鐵心剩磁對電流互感器誤差影響

根據鐵磁物質的磁化理論，鐵心磁化過程是磁疇取向的過程，當外部磁場取消后，磁疇并不能回到完全的無序狀態，使得平均磁化強度不能降為零。磁疇取向后要使它轉向需要輸入能量，或者說它有記憶效應，這種現象稱為磁滯效應。對于結構均勻的晶體，磁滯現象只在施加外界磁場時發生，當外界磁場消失后，晶格的熱運動會使磁疇很快達到無序狀態，不存在剩磁。但實際加工得到的晶體總是不均勻的，在內部應力作用下，部分磁疇可以沿應力取向，如果外部磁場的作用力不能超過內部應力，這部分磁疇將不隨外部磁場翻轉，這時就有剩磁產生。一般來說，剩磁小的硅鋼片，磁疇取向能小，磁導率高，質量好；剩磁大的硅鋼片，磁疇取向能大，磁導率低，質量不好。

在現場誤差檢測中，發現有的電流互感器剩磁影響達到0.4%。因此剩磁是電流互感器一個不容忽視的問題。在剩磁狀態下，電流互感器的誤差變化可正可負。對于標準硅鋼片和鐵鎳合金試樣，弱剩磁多半使互感器誤差往正方向變化，強剩磁必然使互感器誤差向負方向變化。運行中的電流互感器出現強剩磁的一種可能是一次電流中有直流分量，直流分量一般是由于用電設備的非線性引起的，特別是使用直流的設備和可控硅設備。所以電氣化鐵路、電鍍廠、煉鋼廠、鋁廠等用戶的電網中一次電流可能會存在比較大的直流分量。可通過先對電流互感器退磁，再檢測其誤差。

4.3 電流導體對互感器誤差的影響

電流導體可以在鄰近的電流互感器和電壓互感器鐵心上產生磁場。現場互感器準確度等級最高只有0.1級，大多數鐵磁材料在運行磁密下（0.01～1.5 T）的磁導率變化陡度并不是很大，磁密略有變化對誤差不會產生實質性影響。因此只要外磁場對鐵心內磁場的擾動不明顯，例如使鐵心磁路兩側磁通的變化只有10%，互感器的誤差可認為基本不變。但是如果外磁場使鐵心磁路兩側磁通差別超過30%，則誤差的變化就會明顯。特別是如果一側磁通增加到接近飽和磁密狀態，誤差就會失去控制，甚至使互感器繞組過熱損壞。

4.4 二次負荷對互感器誤差的影響

不管是電流互感器還是電壓互感器，或者電容式電壓互感器，誤差都與實際二次負荷有關。制造廠在設計互感器時，為了達到節省材料的目的，都會把額定負荷下的比值誤差調校到負值，把1/4額定負荷下的比值誤差調校到正值。在選擇互感器參數時，要使其額定二次負荷大于實際的二次負荷，額定負荷的1/4又能小于實際二次負荷。二十年前，互感器的二次回路負荷是電工式儀表，每臺儀表的負荷不小于5 V·A，總負荷達到數10 V·A。因此互感器的額定二次容量一般設計達到30～150 V·A。過去十年中，大量的電子儀表和數字儀表代替了電工式儀表，這些儀表的負荷都很小，多數不到1V·A，這樣就產生了互感器實際二次負荷小于傳統的下限負荷的現象，因此互感器實際二次負荷運行點附近誤差趨向正方向變化。

根據互感器誤差實際檢測記錄看，互感器從滿載到下限負載誤差呈正方向變化趨勢，到達1/4額定負載點時已普遍呈正向趨勢，到達下限負載點，已出現大量互感器誤差超差的情況。

5 現場安全措施的注意事項

（1）現場檢測工作必須執行工作票制度，工作負責人辦好工作票后，應前往工作地點，核實工作票各項檢測內容，并向全體檢測人員詳細說明在檢測現場應注意的安全注意事項。

（2）互感器一次、二次回路與系統隔離，電壓互感器二次嚴禁短路，電流互感器二次嚴禁開路。

（3）進入檢定現場，必須戴安全帽，穿絕緣鞋；登高作業時，應佩戴安全帶，并做好防止互感器瓷件損壞的安全措施。

（4）電壓互感器檢定現場應裝設遮攔或圍欄，懸掛“止步，高壓危險！”標示牌。檢定過程應有專人監護并呼唱，嚴禁非檢定人員進入檢定場地，當出現異常情況時，應立即停止測試，查明原因后，方可繼續測試。

（5）根據帶電設備的電壓等級，檢定人員和檢定設備與帶電設備之間應有足夠的安全距離。

（6）在現場檢修電源箱接電源線時，要一人接線，一人監督，接好電源線后要懸掛禁止操作電源開關的標示牌；檢定裝置的電源開關，應使用具有明顯斷開點的雙極刀閘，并具有可靠的過載保護裝置。

（7）檢定設備的金屬外殼應可靠接地，接線應牢固可靠，變更接線或測試結束時，應首先將加壓設備的調壓器回0，然后斷開電源側刀閘，并在被檢互感器和加壓設備的輸出端用專用接地棒接地放電。

6 檢測結果的處理

按照JJG 1021—2007《電力互感器》規程得到的被測互感器在全部檢測點的誤差，如果不超出規程基本誤差限值，則認為誤差合格。若得到的被檢互感器在一個或多個檢測點的誤差，在考慮現場各種影響因素后，如果超出規程基本誤差限值，則認為誤差不合格。誤差不合格的互感器允許在規程中的參比條件下，進行復檢，最后根據復檢結果作出合格或不合格結論。

7 結束語

互感器誤差現場檢測要在符合檢測條件的情況下，針對不同的類型、不同的電壓等級的互感器檢測內容，采用不同的檢測方案，需要分析各種影響因素對誤差的影響，以保證互感器的檢測準確可靠，公正公平。

（1）電流互感器誤差現場檢測優先采用準確度高的“標準電流互感器的比較法”方案。

（2）110 kV，220 kV電壓互感器現場檢測采用試驗變壓器直接升壓，根據電容式電壓互感器的電容量來確定補償電抗器的電感值。

（3）500 kV電壓互感器采用串聯諧振升壓裝置施加檢測電壓，根據被測互感器的電容量，確定諧振電抗器的電感值，再調節諧振電抗器鐵心的氣隙來達到諧振條件。檢測結束時，要對被測互感器和升壓設備的輸出端用專用接地棒接地放電。

（4）GIS中的電流、電壓互感器要根據現場情況確定一次電流、一次電壓的施加方案，并對隔離刀閘、接地刀閘、開關等進行相應操作。

（5）電流互感器檢測誤差異常時，要考慮鐵心剩磁的影響，需對其先退磁，然后再進行誤差檢測。

（6）對于因額定二次負荷高配而超差的互感器，要更換為配置合適的互感器。

（7）在環境電場干擾很強的情況下，互感器誤差異常時，要在規定的參比條件下進行誤差復檢。

[1]JJG 1021—2007，電力互感[S].

[2]DL/T448—2000，電能計量裝置技術管理規程[S].

[3]侯 靜，楊 峻，黎江峰.低壓測試法及其在特殊互感器測試中的應用[J].青海電力，2009，28(1)：13-16.

[4]焦贊輝，郭 林.串聯補償及并聯補償試驗方法[J].寧夏電力，2001（4）：10-12.