新型電力系統下無網側電流互感器結構校核方法

中圖分類號：TM711 文獻標志碼：A

文章編號：1001-5922（2025）05-0178-04

Abstract：In order to reasonablydebug the current transformer components，the verification method of the grid-side current transformer structure under the new power system was studied. In the alternating current transformance loop， the current load parameters without thegrid side were solved，andthe structural model of the curent transformer without thegridside was constructed.According tothe valueofthecurrentdelay，thestructureof the mutual inductance current was analyzed，and thecheck conditions were defined.Theexperimental results showed that the maximumdifference between the measured current and the rated current value was O.4A，which would not exceed or significantly lower than the rated current condition specified by the power system，and can make the transformer structure better adapt to the power load demand of the non-grid side

Key words ： power system； current transformer； structure check ；alternating circuit ； current load

在測量電力信號的過程中，電流互感器根據電磁感應原理，完成對二次側小電流的轉換。常見的電流互感器元件組，由完全閉合的線路、繞組、鐵心3部分組成，其中一次側線路組織中的繞組匝數相對較少，必須串聯在被測的電流回路中；二次側線路組織中的繞組匝數相對較多，可以串聯或并聯在測量儀表與保護回路中[1]。測量過程中，二次側回路始終保持閉合狀態。因此，儀表元件及保護回路內串聯線圈所需的電量阻抗較小。

由一次側大電流轉換成二次側小電流的測量過程中，互感器元件對于傳輸電流的負荷能力決定了該結構能否適應電力系統無網側的電量負荷需求。在調節電力負荷量方面，李振華等提出了基于傳遞熵和小波神經網絡的重構方法，首先根據傳遞熵原則，篩選電流參數，然后以小波神經網絡為基礎建立誤差預測模型，最后聯合關聯電量信息，完成對電流互感器測量標準的調節[2]。張帆等提出了基于熄弧后主諧振頻率的誤差測量方法，通過雙變量線性規劃的方式，確定電流互感器的主諧振頻率誤差，再實施對一次側大電流、二次側小電流的分別調節，以確保互感器元件的運行穩定性[3]

然而，從作用效果方面來看，上述方法普遍存在測量準確性不達標的問題，不能確保互感器元件電流測量值與額定電流條件之間的數值差保持低水平狀態，個別時間節點處，測量值甚至有可能超過額定電流條件[4]。為解決上述問題，設計一種新型的電力系統下無網側電流互感器結構校核方法。

1無網側電流互感器結構設計

新型電力系統無網側的交變電流互感回路具有電流輸入端、電流輸出端、 端3個連接端口，可以利用電流互感裝置，完成對電力信號的聚合處理，從而將分散于無網側單元中的傳輸電流收集起來，以便于電力系統主機對其進行分配處理。XINTF型電流互感器連接于包含 端節點的次級回路之中，其所負荷的電流數值與電阻 、電阻 內傳輸的電流數值之合相等，但前者保持交流狀態，而后者保持直流狀態，所以互感回路在完成傳輸電流分配時，還需借助交變電感完成對電力信號的轉換處理[56]。完整的交變電流互感回路結構模型如圖1所示。

無網側電流負載參數的計算需考慮交變電流互感回路中的電量傳輸情況，且要求互感器結構所負荷的傳輸電流數值水平應與額定電流值相等[7-8]將無網側電流互感器的電流負載參數計算式表示為：

式中： ξ 表示負荷電流的交變傳輸參數； ω 表示電流互感向量； 表示新型電力系統無網側傳輸電流的帶電特征； 表示電流互感器結構的額定電流數值。

不存在電量超負載行為的情況下，無網側電流負載參數的計算值越大，就表示互感器結構對電力信號的聚合作用能力越強。

2新型電力系統下的電流互感器結構校核

電力系統電流時延是指無網側電流在傳輸過程中由于互感器相互阻抗導致的延遲現象。在電力系統中，當無網側電流從一個互感器結構傳輸到另一個互感器結構時，會先后經過導線、繼電器、變壓器等設備，而這些設備元件對于電力信號的消耗作用，都會使無網側電流的傳輸產生一定的時延，但具體時延強度取決于無網側電流的傳輸頻率[9-10]

規定 σ 表示互感回路中無網側電流的傳輸頻率，其計算式如下：

式中： 表示無網側電流的輸人數值； τ 表示電流傳輸相速度。

聯立式（1）式（2），推導電力系統的電流時延量計算式如下：

式中： 表示無網側電流的載波傳輸向量； 表示電流互感器結構的額定輸出功率； 表示電流互感器結構的平均內阻數值。

針對互感器電流結構形態的解析，就是在電力系統中分析互感器結構所輸出電流信號的傳輸行為[11-12]。按照傳輸路徑來劃分，互感器電流的結構形態可以分為由低壓端指向高壓端的傳輸行為L ）、由高壓端指向低壓端的傳輸行為 種形式。規定無網側電流在互感器高壓端的帶電量為正值，在互感器低壓端的帶電量為負值，那么 參數的計算值為負值。

對于互感器電流結構形態的解析參考如下表達式：

式中： 表示互感器低壓端的無網側電流初相； 表示無網側電流的低壓端驅動參數； 表示互感器高壓端的無網側電流初相； 表示無網側電流的高壓端驅動參數； 表示互感器結構內的電流傳輸向量； Δ Y 表示無網側電流在互感器結構內的單位傳輸量。

新型電力系統下，對于無網側電流互感器結構的校核由電流信息校驗、電流信息核準2部分組成。電流信息校驗就是利用無網側電流在互感器高壓端、低壓端傳輸行為所定義的電流強度計量條件[13-14]。利用式（4），推導無網側電流互感器結構的電流信息校驗表達式如下：

式中： 表示互感器低壓端無網側電流的傳輸方向參數； 表示互感器高壓端無網側電流的傳輸方向參數： 表示互感器結構內的無網側電流傳輸強度計量值； l 表示無網側電流的諧波幅值； 表示無網側電流的傳輸諧波定義項。

無網側電流信息核準是利用無網側電流在互感器高壓端、低壓端傳輸行為所定義的電流負荷量計量條件。在新型電力系統中，只有在無網側電流不超過又不明顯低于電流負荷量計量條件的情況下，才表示互感器結構在測量過程中，可以將一次側大電流準確轉換成二次側小電流，因此無網側電流信息核準條件在數值準確性方面的要求相對較高[15-16]

在新型電力系統中，為實現對無網側電流互感器結構的精準校核，必須針對同一電力信號定義電流信息校驗與電流信息核準條件。聯立式（4），可將無網側電流互感器結構的電流信息核準表達式定義為：

式中： 表示互感器低壓端無網側電流的實時負荷量； 表示互感器高壓端無網側電流的實時負荷量； 表示由一次側大電流到二次側小電流的轉換向量； 表示互感器無網側電流的初始折算值 表示無網側電流在互感器結構中的折算參數[17-18]

由此，完成了無網側電流互感器結構的精準校核。

3 結果與分析

電流互感器是交流型設備元件，其中交流端口與電力網絡的電流輸出端相連，高壓端口與電力網絡的高壓接線相連，低壓端口與電力網絡的低壓接線相連。

實驗驗證由一次側大電流轉換成二次側小電流的測量過程中互感器元件對傳輸電流的負荷能力，從而判斷在不同調節方法作用下，互感器結構能否適應電力系統無網側的電量負荷需求。

對于電流互感器結構而言，在一次側大電流轉換成二次側小電流的過程中，電力主機針對互感器元件所設定的額定電流值可以用來描述設備元件對傳輸電流的負荷能力，在不考慮其他干擾條件的情況下，如果互感器結構內傳輸電流的實際測量值既不超過額定電流值，也不明顯低于額定電流值，則表示互感器結構能夠較好適應無網側的電量負荷需求；如果傳輸電流實際測量值超過額定電流值或明顯低于額定電流值，就表示互感器結構無法實現對無網側電流的準確測量，故而也就不能適應電力主機所設定的電量負荷需求。

表1為電力主機針對互感器元件所設定的額定電流值。

應用新型電力系統下無網側電流互感器結構的校核方法、基于傳遞熵和小波神經網絡的重構方法（文獻[2方法）、基于熄弧后主諧振頻率的誤差測量方法（文獻[3]方法）進行實驗，記錄在不同方法作用下，互感器結構內傳輸電流的實際測量值，所得結果分別記為實驗組、對照（1）組、對照（2）組的實驗變量。

圖2為實驗組互感器結構的電流測量值。

對比表1、圖2可知，第 70min 時，實驗組電流測量值與額定電流之間的數值最大差為0.4A，整個實驗過程中，實驗組電流測量值水平始終不會高于額定電流數值。

圖3為對照（1）組互感器結構的電流測量值。

對比表1、圖3可知，第 30min 時，對照（1）組電流測量值與額定電流之間的數值差最大，為4.2A，相較于實驗組數值而言，對照（1）組電流測量值明顯低于額定電流值。

圖4為對照（2）組互感器結構的電流測量值。

對比表1、圖4可知，第 20min 時，對照（2）組電流測量值與額定電流之間的數值差最大，為6.9A，相較于實驗組數值而言，對照（2）組電流測量值也明顯低于額定電流值。

綜上所述，新型無網側電流互感器結構校核方法的應用，可以解決一次側大電流轉換成二次側小電流過程中，互感器元件電流測量值遠低于電力系統所規定額定電流條件的問題，也可以避免電流實測值超過額定電流條件的情況，相較于基于傳遞熵和小波神經網絡的重構方法、基于熄弧后主諧振頻率的誤差測量方法，該方法能夠使互感器結構更好適應無網側的電量負荷需求。

4結語

在新型電力系統中，校核無網側電流互感器結構具有重要意義。通過結構校核的處理方式，可以確保電流互感器運行性能的穩定，并可以避免不安全事件的發生。設計方法在一次側大電流轉換成二次側小電流的測量過程中，打破了互感器元件在傳輸電流負荷方面的局限性，能夠促進無網側電流互感器技術的快速發展。

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（責任編輯：蘇帆）