基于互易原理的電流互感器校驗儀準確性試驗分析

(國網四川省電力公司計量中心，四川 成都 610045)

0 引 言

電力系統中的電流互感器是將一次大電流轉換為二次小電流的裝置，電流互感器傳遞信號的準確性對電能的準確計量和電網的安全穩定運行具有重要意義。因此，電流互感器傳輸特性的準確檢測非常重要，同時國家計量法規定，貿易結算用的電流互感器屬于強制檢定設備，必須定期開展性能檢定[1]。

JJG 1021-2007《電力互感器檢定規程》[2]規定對電流互感器開展誤差檢測時采用比較測差法，即將一次電流同時施加在標準電流互感器和被試電流互感器上，采用差值法比較標準電流互感器和被試電流互感器的二次電流值，從而測出電流互感器的誤差。這種方法能夠準確檢測電流互感器的誤差，使用最廣泛，在條件允許的情況下，都應采用這種方法[3]。但比較測差法的主要缺點是需要試驗設備多、對電源的要求較高，且設備笨重、檢測效率很低，并對GIS中的電流互感器和額定一次電流大的電流互感器難以開展現場檢測。為解決比較測差法在某些情況下難以開展現場檢測的缺點，基于互易原理的電流互感器誤差測試方法(即低壓外推法)被提出并得到廣泛使用[4]，該方法對電流互感器施加小信號，測出電流互感器的阻抗等參數，然后通過等效電路模型計算電流互感器的誤差，這種方法無需調壓器、升流器、負載箱、標準電流互感器等試驗設備，顯著降低了對現場試驗條件的要求和勞動強度，具有試驗接線簡單、試驗設備少、測試速度快等優點，因此得到較多應用[3]。

由于基于互易原理的電流互感器校驗儀是通過計算而不是直接測量的方式得到電流互感器的誤差，因此，電流互感器校驗儀檢測的準確性至關重要。文獻[4-5]闡述了基于互易原理的電流互感器校驗儀的檢測原理和方法。文獻[6-9]對利用基于互易原理的電流互感器校驗儀開展現場電流互感器誤差檢測進行了介紹，說明了基于互易原理的電流互感器校驗儀開展現場檢測具有一定的可行性。文獻[10]介紹了用基于互易原理的電流互感器校驗儀開展GIS絕緣式電流互感器的現場檢測，并指出該方法對現場GIS絕緣式電流互感器等的誤差檢測具有重要意義。文獻[11]介紹了基于互易原理的電流互感器校驗儀的溯源和驗證方法，但是由于基于互易原理的電流互感器校驗儀較多，電流互感器校驗儀的檢測準確性如何尚缺乏充分的比較分析。為掌握基于互易原理電流互感器校驗儀的準確性，用多種基于互易原理的電流互感器校驗儀和比較測差法對多臺電流互感器開展誤差檢測，并對檢測結果進行比較分析，為基于互易原理的電流互感器校驗儀的現場使用提供支撐和依據。

1 基于互易原理的電流互感器誤差測試方法

由于電磁式電流互感器和電磁式電壓互感器均是基于電磁感應原理，故電流互感器可以等效為同等精度等級的電壓互感器，通過計算電壓互感器的誤差，從而得到電流互感器的誤差，基于互易原理的電流誤差測試方法正是基于這一思想[3]。等效為電壓互感器后的電流互感器電路模型如圖1所示。

圖中：U1為電流互感器一次電壓；U2為電流互感器二次電壓；N1為電流互感器一次繞組匝數；N2為電流互感器二次繞組匝數；Z0為電流互感器一次繞組阻抗；Z2為電流互感器二次繞組阻抗；Z為電流互感器二次負荷。

根據圖1的電路模型可以計算得到等效為電壓互感器后的電流互感器實際變比為

(1)

由于電流互感器的誤差可表示為

(2)

式中：S為電流互感器的額定變比；k為電流互感器的實際變比。

將式(1)帶入式(2)中，可以得到電流互感器的誤差計算公式為

(3)

式中，Y=1/Z0。

因此，只需要測出電流互感器的實際變比、二次繞組直流電阻(二次側的漏感可忽略不計)、繞組的勵磁導納和二次負荷，即可算出電流互感器的誤差(包括比差和角差)。

從式(3)可以看出，影響基于互易原理的電流互感器校驗儀檢測準確性的主要因素有阻抗等參數的檢測準確性、等效電路模型的精確性、鐵芯非線性特性的擬合精度等。

2 基于互易原理的電流互感器校驗儀準確性試驗

2.1 被試電流互感器

對6臺運行電壓為10 kV的單體式電流互感器(澆筑絕緣)分別用比較測差法和基于互易原理的電流互感器校驗儀進行誤差檢測。被試單體式電流互感器的主要技術參數如表1所示。電流互感器的出廠編號分別為：1855196、1855202、1855203、1855205、1855207、1855209。

表1 被試電流互感器主要技術參數

2.2 電流互感器校驗儀

所選擇的4臺電流互感器校驗儀均基于互易原理，包括國產和進口類型，并分別用國產1號、國產2號、進口1號、進口2號進行標識。其準確度等級如表2所示。

2.3 試驗依據

檢測電流互感器誤差時，傳統比較測差法依據JJG 1021-2007執行，基于互易原理的電流互感器校驗儀按照其使用說明書執行。

表2 基于互易原理的電流互感器校驗

3 結果與分析

3.1 同一校驗儀對不同電流互感器檢測的結果分析

以比較測差法檢測得到的誤差數據為基準，將各電流互感器校驗儀檢測得到的誤差數據減去比較測差法檢測得到的誤差數據，得到誤差差值，分析不同額定電流百分數下誤差差值的變化規律。由于額定二次負荷和下限二次負荷下誤差數據具有相似性，以額定二次負荷下的誤差數據為例進行分析。

1)國產1號

國產1號檢測結果與比較測差法檢測結果的差值如圖2所示。從圖中可以看出，總體上具有隨電流增加，差值越小，在20%額定電流以后差值趨于穩定的趨勢；在1%和5%額定電流下，國產1號檢測結果與比較測差法檢測結果的差值不夠穩定，即其誤差可能比比較測差法測得的誤差大，也可能比其小；在20%額定電流以上時，國產1號測得的比差大于比較測差法，而角差小于比較測差法。最大差值約為該點對應誤差限值的40%，因此，對于國產1號(準確度等級為0.05級)，若檢測結果在該點對應誤差限值的60%以內，則比較測差法的誤差基本在誤差限值范圍內。

圖2 國產1號檢測結果與比較測差法檢測結果的差值

2)國產2號

國產2號檢測結果與比較測差法檢測結果的差值如圖3所示。從圖中可以看出，仍有隨電流增加，差值越小，在20%額定電流以后差值趨于穩定的總體趨勢；國產2號檢測結果與比較測差法檢測結果的誤差差值也不夠穩定，即可能比比較測差法測得的誤差大，也可能比其小；角差小于比較測差法下的角差值，差值最大不超過該點對應誤差限值的20%。因此，對于國產2號(準確度等級為0.05S級)，若檢測結果在該點對應誤差限值的80%以內，則比較測差法的誤差基本在誤差限值范圍內。

圖3 國產2號檢測結果與比較測差法檢測結果的差值

3)進口1號

進口1號檢測結果與比較測差法檢測結果的差值如圖4所示。從圖中可以看出，對不同電流互感器檢測的誤差差值具有相似性，即比差大于比較測差法下的值，而角差小于比較測差法下的值。電流越小差值越大，差值最大不超過該點對應誤差限值的20%。因此，對于進口1號(準確度等級為0.05S級)，若檢測結果在該點對應誤差限值的80%以內，則比較測差法的誤差幾乎在誤差限值范圍內。

4)進口2號

進口2號檢測結果與比較測差法檢測結果的差值如圖5所示。從圖中可見，進口2號檢測數據與進口1號具有相似性，即比差大于比較測差法下的值，而角差小于比較測差法下的值。電流越小差值越大，差值最大不超過該點對應誤差限值的20%。因此，對于進口2號電流互感器校驗儀(準確度等級為0.05S級)，若檢測結果在該點對應誤差限值的80%以內，則比較測差法的誤差幾乎在誤差限值范圍內，與國產2號和進口1號的檢測結果基本一致。

從圖2至圖5可以看出，誤差差值較大的部分集中在1%和5%額定電流時；20%額定電流及以上時，誤差差值較小。

3.2 不同校驗儀對同一電流互感器檢測的結果分析

由于各電流互感器誤差的檢測結果具有相似性，此處任意選取一臺電流互感器的誤差結果進行分析。

圖5 進口2號檢測結果與比較測差法檢測結果的差值

1)額定二次負荷

額定二次負荷下各校驗儀檢測得到的誤差如圖6所示。可以看出，5種測試得到的電流互感器比差和角差均在誤差限值范圍內。其中，國產1號在1%和5%額定電流下的測試結果不夠穩定，且在1%～120%額定電流范圍內，其誤差曲線與電流互感器的誤差變化規律不夠吻合；其他3種電流互感器校驗儀與比較測差法檢測得到的比差隨電流增加的趨勢一致， 4個基于互易原理的電流互感器校驗儀得到的比差均大于比較測差法得到的比差(因國產1號在1%和5%額定電流點不穩定，不考慮其1%和5%額定電流點)，且隨電流增加，比差變化較比較測差法得到的比差更平緩；比較測差法得到的角差最大，其他4個電流互感器校驗儀得到的角差在1%～20%變化較快，20%額定電流以后變化較平緩，而比較測差法得到的角差1%～100%額定電流間變化較為均衡。

圖6 額定二次負荷下各測試儀測得的誤差

2)下限二次負荷

下限二次負荷下各校驗儀檢測得到的誤差如圖7所示。可以看出，與額定二次負荷下有相似的結論，即5種測試得到的電流互感器誤差(包括比差和角差)均在誤差限值范圍內。其中，國產1號在1%和5%額定電流下的測試結果不夠穩定，且在1%～120%額定電流范圍內，其誤差曲線與電流互感器的比差變化規律不吻合；其他3種電流互感器校驗儀與比較測差法得到的比差隨電流增加的趨勢一致，且隨電流增加，比差變化較比較測差法得到的數據更平緩。需要指出的是，下限二次負荷下，國產2號測得的比差小于比較測差法得到的比差，而進口1號和進口2號得到的比差均大于比較測差法得到的比差；其中，國產1號在1%和5%額定電流下的測試結果不夠穩定，且在1%～120%額定電流范圍內，其誤差曲線與電流互感器的誤差變化規律不吻合；比較測差法得到的角差最大。

這是由于國產1號的準確度等級為0.05級,而國產2號、進口1號和進口2號的準確度等級均為0.05S級，0.05級對1 %和5%額定電流下的準確性要求低于0.05S級。

4 結 語

將多臺基于互易原理的電流互感器校驗儀對電流互感器開展誤差檢測，并與比較測差法測得的誤差數據進行比較分析，得到以下結論：

1)對于基于互易原理的電流互感器校驗儀與比較測差法檢測得到的差值，總體上具有隨電流增加差值越小，20%額定電流以后差值趨于穩定的趨勢；影響基于互易原理的電流互感器校驗儀檢測準確性的主要因素是校驗儀的準確度等級；若準確度等級相同，則不同電流互感器測試儀的測試結果基本吻合。

圖7 下限二次負荷下各測試設備檢測的誤差

2)對于準確度等級為0.05級的電流互感器校驗儀，若檢測結果在該點對應誤差限值的60%以內，則比較測差法的誤差基本在誤差限值范圍內；對于準確度等級為0.05S級的電流互感器校驗儀，若檢測結果在該點對應誤差限值的80%以內，則比較測差法的誤差基本在誤差限值范圍內。

3)若采用基于互易原理的電流互感器校驗儀開展電流互感器誤差檢測，建議電流互感器校驗儀的準確度等級選為0.05S級。