互易低压外推法在现场大电流检定中的应用探讨

黄 洪

（福建省计量科学研究院,福建 福州 350003）

1 引 言

随着现代电力系统向大容量、高电压方向发展，大电流互感器广泛用于大型发电机测量和保护中。大电流互感器应用在高电压、大容量系统中一方面是满足大容量的需求，另一方面是为了实现对电力系统的实时监测。

从国内外大电流互感器的检定技术来看，目前500KV及以下电压等级的电流互感器现场测试已相当成熟，设备也比较齐全。在进行电流互感器检定时，通常采用比较法，比较法检定电流互感器是根据基尔霍夫电流定律，将被检电流互感器和标准电流互感器的二次电流进行反向串联得到差流，并将差流送入测量回路，经放大、切换、滤波等处理环节后分别采出同相分量和正交分量，再经适当运算在互感器校验仪上显示被检电流互感器的比值误差和相位误差。采用该方法现场检定电流互感器，不仅符合国家规程要求而且所测量的数据也是最接近实际工况的。但比较法有个最大缺点是对电源容量要求高，从而对调压器和升流器的容量也相应地提出了很高的要求，从而致使整体装置体积庞大，重量重而不宜携带。为解决这一难题，上世纪90年代起，国内外学者就开始研究电流互感器的现场检定技术[1-3]。

文中在阐述电流互感器传统比较法和互易低压外推法测量原理的基础上，对比较法测量原理存在的问题进行分析，最后采用传统比较法和互易低压外推法对同一型号、额定电流比为5000A/5A和2000A/5A的电流互感器进行试验。试验结果表明，互易低压外推法准确可靠，在现场大电流检定中具有一定的推广价值。

2 比较法检定电流互感器

2.1 比较法检定电流互感器的原理

采用互感器校验仪、标准电流互感器等计量标准器具来检定电流互感器的典型线路如图1所示。图中，标准电流互感器和被检电流互感器的一次绕组反向串联，并由升流器供电，标准电流互感器的二次端与被检电流互感器的二次端短接，为差流采样电阻。设标准电流互感器的次级电流为，被检电流互感器次级电流为，则被检电流互感器与标准电流的差值电流可表示为[4]：

图1 电流互感器检定线路图

此时，可采用通过不平衡电桥辅以相应的电子元件和数字处理器件对电压电流信号和差值信号进行处理。当工作回路为电流互感器测量回路时，数字式校验仪分别通过采样差流取样电阻和电流取样电阻上的差压信号和电压信号来获取误差数据。

2.2 比较法存在的问题及分析

由比较法的测量原理可知，该方法需要大电流电源设备和额定电流比相同的标准电流互感器。随着额定一次电流的不断增大，试验电源设备的容量随着电流的平方和一次回路电抗的一次方增大。当一次电流大于2000A时，电源设备容量大达数十千伏安。此时设备体积庞大，现场条件难升起所需的大电流，使得现场检定无法完成。

2.3 大电流互感器所需升流器容量计算[ 5 ]

采用比较法测量电流互感器误差时，升流器提供的容量主要为标准和被检电流互感器本身的空载容量及所带的二次负荷以及一次回路连接导线。一般情况下，当一次电流小于10A时，所需容量为50～200VA；当一次电流为10～2000A时，所需容量S可表示为：

当一次电流大于2000A时，所需容量S可表示为：

式中， ，其大小取决于联接导线的长度及其所包围的空间面积。调压器容量的选择一般大于或等于升流器的容量，由式3可知，当电磁式电流互感器的一次电流大于10kA时，若测试回路电感远大于电阻时，调压器和升流器的功率大部分消耗在回路电感上，此时，无功功率占用了测试系统大部分的调压容量和升流容量，从而使电磁式电流互感器的检定现场无法承受如此大的电源容量。

3 互易低压外推法检定大电流互感器

为了克服电源容量带来的难题，必须采用新的测量原理或方法。从大电流互感器的测量方法来看，目前主要有负荷外推法、互易低压外推法等。互易低压外推法现场校验仪实际上是根据互易定理的第三种形式，将被校电流互感器等效成相同变比及准确度等级的电压互感器。当把一只普通的电流互感器的输入输出系统看成互易网络时，根据互易定理可知，在保持CT铁心磁化状态不变的情况下，电流互感器的实际电流比等于电压互感器的电压比[6-7]。

这时候，若能够测出实际电压比，就可求出CT误差，即：

图2 等效电路图

图2中，B表示绕组的电纳，G表示铁损的电导， x2为漏感抗，r2为绕组的电阻，令：

则初级绕组的感应电压为：

将式7代入式3后可得：

4 比较法和互易低压外推法检定测量数据的比较分析

为验证互易低压外推法在现场大电流互感器检定中的可行性，现采用HLE1-A型电流互感器现场校验仪和传统电流互感器标准装置分别对准确度等级为0.2级、额定电流比为2000A/5A和5000A/5A的电流互感器进行试验，试验结果见表1和表2。

表1 2000A/5A电流互感器试验数据

表2 5000A/5A电流互感器试验数据

表1～表2的验证数据表明：

（1）采用互易低压外推法和传统比较法进行试验，其误差数据均符合JJG 313《测量用电流互感器检定规程》0.05级电流互感器误差限值要求。但采用传统比较法时，其装置由标准电流互感器、升流器、调压器、电流负荷箱、互感器校验仪等设备构成，不易携带且操作繁琐；而由互易低压外推法构成的现场校验仪可克服传统比较法的上述缺点。

（2）从互易低压外推法现场校验仪的工作原理来看，采用该方法可获得最佳的测量结果；从表1和表2来看，二者相同点的最大差值还不到误差限值的1/5，这说明互易低压外推法是一种比较可行的方法，值得推广和应用。

5 结论

针对传统电流互感器校验仪无法解决电流互感器的现场检定问题，上世纪90年代起，国内外学者就开始研究电流互感器的现场检定技术。从大电流互感器的测量方法来看，目前主要有负荷外推法、互易低压外推法等，其中最具代表性的就是互易低压外推法。该方法测试电压小，所以对电源的容量要求不高，现场检定大电流互感器特别方便。从试验结果来看，二者相同点的最大差值还不到误差限值的1/5，这体现互易低压外推法和传统比较法测量结果良好的一致性。可见，互易低压外推法在现场大电流检定中将具有一定的推广价值。

[1]赵屹涛，赵修民.现场高压和大电流互感器测量原理的探讨[J].电测与仪表，2001，35（392）：21-23.

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[3]陆文骏，王鑫.590C互感器现场校验仪的检定方法探讨[J].电测与仪表，2000，37（415）：14-15.

[4]张杰梁，数字式互感器校验仪误差频率特性的试验分析及改善[J].工业计量，2013（1）：12-15.

[5]赵修民.电流互感器[M].山西：山西科学教育出版社，1990.1-10.

[6]张杰梁.基于低压外推法的电流互感器现场校验仪校准方法的比较和分析[J].计量技术，2013（7）：44-48.

[7]赵修民，赵屹涛.低压外推法测定电流互感器误差[J].电测与仪表，2004，41（468）：28-30.