高壓電流互感器泄漏電流測量及消除方法分析

（國網(wǎng)吉林省電力有限公司吉林省電力科學(xué)研究院，吉林 長春 130000）

電力運(yùn)行安全是關(guān)系著人們?nèi)粘Ｉ詈蛧窠?jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問題，為了保證電力安全，有時需要對高壓電流進(jìn)行泄漏電流方面的測量。然而，在當(dāng)前的高壓電流測量設(shè)備中，均存在著電流測量結(jié)果誤差較大的問題，但也有比較優(yōu)秀的測量裝置，例如零泄漏電流高壓電能標(biāo)準(zhǔn)裝置，在一定程度上具有較高的準(zhǔn)確性。

1 電流泄漏的發(fā)生原理

電流互感器把一次高電壓與大電流依據(jù)一定的比例轉(zhuǎn)換為二次標(biāo)準(zhǔn)信號，通過這種方式，可以求得電能量的數(shù)值。電流互感器的制造工藝是把一次繞組和二次繞組先進(jìn)行絕緣處理，然后在同一個磁芯上均勻地纏繞絕緣的一次繞組和二次繞組。利用該種方法計算電能量，漏電抗和分布電容的問題就無法規(guī)避，在這種情況下就會發(fā)生電流泄漏，而且產(chǎn)生的泄漏電流會對互感器校驗儀的測量回路起到疊加作用，使附加誤差呈現(xiàn)，導(dǎo)致測量結(jié)果失去準(zhǔn)確性。

2 電流互感器的工作原理

電流互感器通過把交流電路里流動的大電流轉(zhuǎn)換為小電流的方式，來實(shí)現(xiàn)泄漏電流測量和提供繼電保護(hù)。因為在電力運(yùn)營，例如變電、配電、發(fā)電或者輸電的過程中，所使用的用電設(shè)備存在一定的差異，所以電流的強(qiáng)度也各不相同，有的電流強(qiáng)度可能低至幾十安培，有的電流強(qiáng)度可能高達(dá)幾萬安培。

在電力工程維護(hù)中，經(jīng)常需要使用電流傳感器監(jiān)控和測量電路中的電壓，避免因為高壓和高電流而引起安全事故。例如鉗形表中的鉗，就是一種穿心式的電流互感器。電磁感應(yīng)原理是電流互感器的應(yīng)用原理，電流互感器在工作時，其狀態(tài)類似于電流短路。電流互感器的保護(hù)回路的串聯(lián)線圈以及測量儀表的阻抗比較小，這是因為電流互感器有2 條回路，而且這2 條回路一直處于閉合狀態(tài)。在電流互感器狀態(tài)正常下，時常會出現(xiàn)所有電流流過一次繞組的情況[1]。

理論上，在應(yīng)用電流互感器時，假設(shè)空載電流I0=0，則總磁動勢I0N0=0，依照能量守恒定律進(jìn)行運(yùn)算，二次繞組磁動勢和一次繞組磁動勢數(shù)值相同，則I1NI=-I2N2，即電流互感器的電流和電流傳感器的匝數(shù)成反比，電流互感器的電流比就是一次電流和二次電流的比值，即I1/I2。如果能夠測算出二次電流，利用該電流比就可以求出一次電流的強(qiáng)度，在此種情況下，二次電流的相量與一次電流的相量之間的差值是1 800。

3 高壓電流泄漏測量及消除方法研究現(xiàn)狀

在過去，電流泄漏測量會使用配電網(wǎng)中一些常見的電能測量元件，例如高壓電能計量設(shè)備，該設(shè)備可對電能進(jìn)行高壓狀態(tài)下的測量，然后結(jié)合相關(guān)理論計算電能的綜合誤差。這種傳統(tǒng)的測量方式不能從整體上準(zhǔn)確地對高壓電能計量設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定。

對于相關(guān)問題，許多同行業(yè)研究人員取得了一些研究成果，例如以標(biāo)準(zhǔn)互感器和電能表的計量標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，搭設(shè)高壓電能計量裝置整體校驗臺，通過校驗臺來校驗測量結(jié)果而且能夠做出相應(yīng)的效果評估。當(dāng)前的高壓電流泄漏測量研究大多著眼于避雷器的研究。國外在提升電流互感器方面也取得了一些成果，例如對泄漏電流影響電流互感器之后造成的誤差特性進(jìn)行總結(jié)和研究，提出應(yīng)該模擬實(shí)際運(yùn)行情況，并在這種模擬實(shí)驗中檢測電流互感器的誤差。然而，該項研究對測量高壓電能標(biāo)準(zhǔn)裝置里的標(biāo)準(zhǔn)電流互感器泄漏電流、消除泄漏電流的技術(shù)方面并沒有實(shí)際的深入研究。

4 使用零泄漏電流高壓電能標(biāo)準(zhǔn)裝置的必要性

4.1 提高測量準(zhǔn)確度，減少誤差

與以往的高壓泄漏電流測量裝置相比，零泄漏電流高壓電能標(biāo)準(zhǔn)裝置對泄漏電流測量的準(zhǔn)確度得到很大的提升，在很大程度上減小了測量的誤差。在以往的測量手段中，泄漏電流對標(biāo)準(zhǔn)電流互感器會產(chǎn)生一定的影響，使標(biāo)準(zhǔn)電流互感器測量得到的結(jié)果準(zhǔn)確度降低；而零泄漏電流高壓電能標(biāo)準(zhǔn)裝置成功解決了這一問題。

4.2 創(chuàng)新了泄漏電流的消除方法

在過去，當(dāng)高壓電流發(fā)生電流泄漏的情況時，技術(shù)工人并沒有行之有效的方法消除掉泄漏電流，這就給高壓電路的使用安全帶來了負(fù)面影響，埋下安全隱患。經(jīng)過艱難探索和反復(fù)試驗，零泄漏電流高壓電能標(biāo)準(zhǔn)裝置找到了消除泄漏電流的方法，使這一問題不再影響高壓電路的運(yùn)行。

5 電流互感器泄漏電流的測量方法

根據(jù)泄漏電流的測量數(shù)據(jù)可以了解到電流互感器的絕緣效果和屏蔽水平，從而為電流互感器的制造工藝方面提供一些建議，以提升電流互感器的質(zhì)量，提高電流互感器的使用效果。

關(guān)于泄漏電流測量方面有一些常見的方法，方法之一就是以屏蔽雙絞線作為測試線，并且使用高精度毫伏測試電壓表作為測試電壓表。這種測試方法的優(yōu)點(diǎn)在于測量所用的儀器設(shè)備簡單，測量方法也比較容易掌握；但也有一定的缺點(diǎn)，即強(qiáng)磁場極易干擾高精度毫伏表，影響其測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，而且雙絞線對干擾因素的屏蔽效果也無法令人滿意。此外，使用該種測量方法，無法對相量關(guān)系進(jìn)行相應(yīng)的研究和分析，只能得到泄漏電流的模。針對這一問題，可以采用手動型互感器校驗儀測量電流互感器的泄漏電流，對于0.01級或者高于0.01 級的準(zhǔn)確度等級的電壓電流互感器和比例標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢定，而且電納和電導(dǎo)的分辨率比較高。經(jīng)過一系列的運(yùn)算，可以得出所需要的標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的額定變比。利用該種方式測量泄漏電流，可以測量出電流互感器泄漏電流正交分量和電流互感器泄漏電流同相分量，然后通過測量了解電流互感器的絕緣狀態(tài)和屏蔽情況[2]。

6 零泄漏電流高壓電流互感器測量和消除方法

根據(jù)眾多實(shí)驗的研究結(jié)果可知，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器在運(yùn)行時一定會產(chǎn)生泄漏電流。零泄漏電流高壓電能裝置包括兩個電壓區(qū)間，一個是低壓區(qū)間，一個是高壓區(qū)間，還需要雙二次繞組雙級電壓互感器PTG和模數(shù)轉(zhuǎn)換AD 以及中央處理器，還有通信模塊、后臺計算機(jī)以及必備的電源裝置以及標(biāo)準(zhǔn)電流互感器等，這些部分構(gòu)成了零泄漏電流高壓電流互感器。零泄漏電流高壓電流互感器在進(jìn)行測量工作時，先等待電壓電流在高壓區(qū)間完成采樣，根據(jù)采樣得出電能數(shù)據(jù)；把電流互感器二次、中央處理器、AD 采樣單元和通信模塊的公共端以及直流電源等，與一次高電壓進(jìn)行等電勢處理，消除一次繞組與二次繞組之間的電壓差，就可以消除掉電流互感器的泄漏電流。低壓區(qū)間負(fù)責(zé)進(jìn)行電能量脈沖輸出和顯示，是顯示零電位狀態(tài)的模塊。低壓區(qū)間和高壓區(qū)間通過無線或光纖與計算機(jī)相連，通過這種方式使零電位數(shù)據(jù)傳輸和高電壓之間不再隔離。零泄漏電流高壓電能裝置計算電能時，需要在高壓電位狀態(tài)下，對單相電流和電壓進(jìn)行采樣，如果想構(gòu)建三相高壓電能標(biāo)準(zhǔn)裝置，只需要使用三個單相裝置。采用時間同步的方法，零泄漏電流高壓電能裝置可以單獨(dú)監(jiān)測電流互感器和電壓互感器。使用零泄漏電流高壓電能裝置測量泄漏電流，不僅能夠降低制造裝置方面的經(jīng)濟(jì)成本，而且還可以使測量設(shè)備的重量減輕，優(yōu)化后的測量設(shè)備僅為原來設(shè)備質(zhì)量的15%左右，這是因為標(biāo)準(zhǔn)電流互感器無需高壓絕緣，更加智能和高效。在零泄漏電流高壓電能裝置中，高壓部分的雙級電壓互感器PTG和電能計算單元、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器處于裝置龍門架頂上，在龍門架下，使用低壓部門和環(huán)氧樹脂實(shí)現(xiàn)隔離效果。裝置中還設(shè)計了誤差計算單元以及低壓程控電源，并且采用光纖來隔離高低壓區(qū)間。根據(jù)相關(guān)裝置的使用情況進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗，可以了解到泄漏電流影響電流互感器的方式。實(shí)驗結(jié)果表明，20%額定電流以下的電流互感器測量誤差是泄漏電流的主要影響對象，而且表現(xiàn)出方向性的影響效果。零泄漏電流高壓電能裝置解決了標(biāo)準(zhǔn)電流互感器準(zhǔn)確性受到泄漏電流影響的問題，是這一領(lǐng)域的一項突破性技術(shù)研究成果[3]。

7 結(jié)論

綜上所述，關(guān)于高壓電流互感器在電流泄漏方面的研究有許多，但是都各有優(yōu)缺點(diǎn)，在這些對電流泄漏的測量方法中，零泄漏電流高壓電流互感器測量方法具有一定的優(yōu)越性。對電流泄漏的測量方法和消除方法進(jìn)行研究，有利于提升對電流的監(jiān)控管理質(zhì)量。