試論互感器對電能計量的影響

句符民

(山西地方電力有限公司朔州分公司，山西 朔州 036000)

試論互感器對電能計量的影響

句符民

(山西地方電力有限公司朔州分公司，山西 朔州 036000)

簡要敘述了電流互感器、電壓互感器的工作原理，對電流互感器、電壓互感器對電能計量的影響進行了分析探討，最后提出了防止電能計量出現誤差的建議。

互感器；電能計量；影響；誤差

0 引言

電能是當前生產生活的重要能源，電能的計量直接關系到使用電能的人群的利益。由于用戶使用的電能往往電流較大或電壓等級較高，故一般通過電流互感器/電壓互感器將大電流/電壓轉化為較低的電流/電壓，再連接至計量表計。這種連接方法有利于保證計量表計等設備的安全性和規范性，給表計的選擇、使用帶來了極大的方便，但也相應地出現了一些問題，本文即對此展開分析和研究。

1 互感器的工作原理

電流互感器、電壓互感器是互感器的兩種類型，是電能計量中的信息源。互感器的作用主要有3個方面：(1) 保障電力系統中一次系統和二次系統隔離；(2) 將數值較大的電壓/電流轉變為較小的電壓/電流；(3) 標準化，即將不同電壓等級、不同大小電流都轉化為標準的100 V電壓的電流或5 A、1 A電流的電壓，以方便使用。

互感器的結構和原理與一般變壓器相似，由兩個閉合繞組(一次繞組、二次繞組)組成，繞組匝數分別為N1、N2。其中電壓互感器與普通降壓變壓器特性相似，一次繞組與電網并聯，二次繞組并聯于二次設備的電壓線圈，電壓線圈的阻抗很高，二次回路相當于開路。運行中，需要防止二次回路短路，因此往往設置熔斷器、斷路器等防短路元器件。電流互感器的一次繞組與電力設備串聯，二次繞組與二次設備(如電能表)的電流線圈串聯，電能表的電流線圈內阻很小，所以電流互感器相當于二次短路運行的變壓器。電流互感器磁通密度設計一般在0.08～0.1 T范圍內，磁損耗小。正常運行時，用來建立磁場能量的激磁安匝數也相應很小，漏磁安匝數在一次安匝數中所占比例也很小，大約占到0.3%～1%。激磁安匝的主要作用是在鐵芯中建立磁通，以保證能量順利從一次側傳遞到二次側。

互感器設備是電能計量中非常重要的一環，只有保障電壓/電流順利地從一次側傳遞到二次側，且一次側電流與二次側電流在比例/相位上具有一致性，才能確保計量的準確性。因此，電流互感器及其二次回路對于電能數值計量的精確性有著巨大的影響。

2 電流互感器對電能計量的影響

2.1 電流互感器勵磁產生的影響

電流互感器首先需在互感器鐵芯內建立磁場，這樣方能保障電流的正常傳遞。建立磁場的這部分消耗稱為鐵芯磁耗，對應為勵磁安匝，因此，電流互感器誤差的主要原因便是勵磁安匝。電流互感器的誤差包含比值差(f)和相角差(δ)，與外界阻抗、鐵芯特性都有關系。由于電流互感器的特性，只有二次負荷控制在額定負荷的25%～100%，才能基本保證準確性，而二次負荷在30%～60%之間，才能使電流互感器的性能實現最優，從而有效減小檢測誤差。

2.2 共用繞組產生的誤差

共用電流互感器的二次繞組，如繼電保護和計量表計共用一個電流互感器，則可能導致較大的誤差，這是由于二者的特性不同。保護用電流互感器對正常運行時的精確度要求不高，而對故障發生時的準確性要求較高，如要求抗飽和性能高等。計量用電流互感器則對正常運行時的精確度要求很高，最典型的表現為，用于保護的電流互感器一般標為P級，即Protection繼電保護級，而計量用電流互感器往往采用S級，即精確度較高的Special特殊級。

2.3 電流互感器選型導致的誤差

實際運行中，由于負荷電流不斷變化，難以保證其一直在準確的范圍內，當負荷電流變化幅度較大或者長期在負荷水平較低或較高的工況下使用時，則會造成電流互感器誤差較大，從而產生較大的計量誤差。這種情況主要是由電流互感器變比選擇不當造成的。如負荷水平長期較低，則需要選擇變比較低的互感器；如負荷水平長期超過額定負荷，則表明互感器選擇不當或者運行過程中負荷增加，需要提高互感器的變比。

2.4 電流互感器接線帶來的誤差

電流互感器的特性決定了其二次負荷要保持在較低的水平，如果電流互感器的二次負荷較高，如二次回路線徑較小、線路過長、連接阻抗較大等，會導致勵磁電流變大，誤差增大。因此，在使用過程中，計量回路一般要求使用4 mm2的導線，以盡量避免線徑過小導致的誤差，從而提高計量的準確性。

將三相三線電能表用于測量三相四線電能時，由于三相負載存在不平衡，即三相電流幅值不等或者相位不滿足對稱，則中性線有電流存在，會產生附加誤差。

3 電壓互感器對電能計量的影響

3.1 共用繞組產生的誤差

實際應用中，由于電壓互感器數量不足，特別是在老舊變電所的改造過程中，出于節約成本或改造方便的需要，在增加二次設備時，常常利用原有電壓互感器甚至原有二次回路，這種改造難免會發生共用繞組、共用電纜的情況。由于不同的二次設備對于互感器的精度要求不同，將保護用電壓互感器或普通互感器用于計量，不可避免地會帶來誤差。

3.2 二次斷線帶來的計量損失

電壓互感器二次斷線所產生的影響不應歸為誤差，而應歸類為計量錯誤或計量損失，其遠遠超過誤差的范疇。當二次設備、二次回路出現短路、過負荷等情況時，二次回路的熔斷器或斷路器會斷開，以保障二次回路和二次設備的安全。但回路斷開會導致計量儀表失去電壓，從而無法計量，因此這段時間內使用的電能會在計量儀表中缺失，從而導致計量損失。

4 避免影響的幾點建議

(1) 選擇使用性能穩定的互感器。由于互感器是電能計量的信息源，其性能是否穩定，直接關系到計量的準確性和可靠性，故選擇性能穩定的互感器成為了保證計量可靠性的基礎。

(2) 根據計量負荷的大小合理預測和選擇電流互感器的變比。電流互感器的變比應依據過往的計量和統計情況，對未來負荷情況進行分析，或考慮到未來計量發展的情況，綜合分析后進行選擇，以盡量避免由于電流互感器變比選擇不當導致的誤差。

(3) 根據用電量的多少合理確定檢定周期。對于可能出現的誤差，只有在檢測時才能發現。進行檢測時，需要考慮可能出現的狀況，并根據過往的計量情況進行分析，查找出可能出現問題的互感器或表計，及時檢測并發現、解決故障。

(4) 盡量避免共用互感器。不能將用于繼電保護的電流互感器和電能計量的電流互感器混用，否則會因繼電保護的要求影響互感器的準確性，最后影響電能計量。用戶為了更精準地測量電量，必須配置計量專用的電流互感器。

(5) 電流互感器的一次繞組必須與被測線路進行串聯，同時，二次繞組和電測儀表進行串聯，技術人員在接線時要嚴格檢測電流互感器的極性，如果電流互感器內置結構中線圈的引出線接錯了位置或者端鈕標志錯誤，那么極性就可能接反，導致無法準確計量電能。

(6) 在使用電流互感器前需認真進行檢查，檢測互感器變比和極性，保證實際倍率符合銘牌標定，極性正確。在安裝過程中，需要對電流互感器的一次、二次回路等進行檢查，保證沒有短接、開路等問題出現，還需要檢查二次端子，防止出現接觸不良等問題。對電壓互感器的檢查，需保證接線的正確性和可靠性，避免出現虛接、開斷、錯接等常見問題，防止電能計量出現誤差。

[1] 劉鋼.電流互感器非線性特性分析及對電能計量影響研究[D].重慶大學，2013

[2] 陳黎來.電流互感器對電能計量的影響[J].電力自動化設備，2011(1)

[3] 張家祥，謝田友.電流互感器對電能計量的影響分析[J].電源技術應用，2013(12)

[4] 徐漢成.電流互感器的誤差對電能計量的影響分析[J].中國計量，2009(12)

2014-07-07

句符民(1977—)，男，山西朔州人，助理工程師，從事電力計量工作。