试论互感器对电能计量的影响

句符民

(山西地方电力有限公司朔州分公司，山西 朔州 036000)

试论互感器对电能计量的影响

句符民

(山西地方电力有限公司朔州分公司，山西 朔州 036000)

简要叙述了电流互感器、电压互感器的工作原理，对电流互感器、电压互感器对电能计量的影响进行了分析探讨，最后提出了防止电能计量出现误差的建议。

互感器；电能计量；影响；误差

0 引言

电能是当前生产生活的重要能源，电能的计量直接关系到使用电能的人群的利益。由于用户使用的电能往往电流较大或电压等级较高，故一般通过电流互感器/电压互感器将大电流/电压转化为较低的电流/电压，再连接至计量表计。这种连接方法有利于保证计量表计等设备的安全性和规范性，给表计的选择、使用带来了极大的方便，但也相应地出现了一些问题，本文即对此展开分析和研究。

1 互感器的工作原理

电流互感器、电压互感器是互感器的两种类型，是电能计量中的信息源。互感器的作用主要有3个方面：(1) 保障电力系统中一次系统和二次系统隔离；(2) 将数值较大的电压/电流转变为较小的电压/电流；(3) 标准化，即将不同电压等级、不同大小电流都转化为标准的100 V电压的电流或5 A、1 A电流的电压，以方便使用。

互感器的结构和原理与一般变压器相似，由两个闭合绕组(一次绕组、二次绕组)组成，绕组匝数分别为N1、N2。其中电压互感器与普通降压变压器特性相似，一次绕组与电网并联，二次绕组并联于二次设备的电压线圈，电压线圈的阻抗很高，二次回路相当于开路。运行中，需要防止二次回路短路，因此往往设置熔断器、断路器等防短路元器件。电流互感器的一次绕组与电力设备串联，二次绕组与二次设备(如电能表)的电流线圈串联，电能表的电流线圈内阻很小，所以电流互感器相当于二次短路运行的变压器。电流互感器磁通密度设计一般在0.08～0.1 T范围内，磁损耗小。正常运行时，用来建立磁场能量的激磁安匝数也相应很小，漏磁安匝数在一次安匝数中所占比例也很小，大约占到0.3%～1%。激磁安匝的主要作用是在铁芯中建立磁通，以保证能量顺利从一次侧传递到二次侧。

互感器设备是电能计量中非常重要的一环，只有保障电压/电流顺利地从一次侧传递到二次侧，且一次侧电流与二次侧电流在比例/相位上具有一致性，才能确保计量的准确性。因此，电流互感器及其二次回路对于电能数值计量的精确性有着巨大的影响。

2 电流互感器对电能计量的影响

2.1 电流互感器励磁产生的影响

电流互感器首先需在互感器铁芯内建立磁场，这样方能保障电流的正常传递。建立磁场的这部分消耗称为铁芯磁耗，对应为励磁安匝，因此，电流互感器误差的主要原因便是励磁安匝。电流互感器的误差包含比值差(f)和相角差(δ)，与外界阻抗、铁芯特性都有关系。由于电流互感器的特性，只有二次负荷控制在额定负荷的25%～100%，才能基本保证准确性，而二次负荷在30%～60%之间，才能使电流互感器的性能实现最优，从而有效减小检测误差。

2.2 共用绕组产生的误差

共用电流互感器的二次绕组，如继电保护和计量表计共用一个电流互感器，则可能导致较大的误差，这是由于二者的特性不同。保护用电流互感器对正常运行时的精确度要求不高，而对故障发生时的准确性要求较高，如要求抗饱和性能高等。计量用电流互感器则对正常运行时的精确度要求很高，最典型的表现为，用于保护的电流互感器一般标为P级，即Protection继电保护级，而计量用电流互感器往往采用S级，即精确度较高的Special特殊级。

2.3 电流互感器选型导致的误差

实际运行中，由于负荷电流不断变化，难以保证其一直在准确的范围内，当负荷电流变化幅度较大或者长期在负荷水平较低或较高的工况下使用时，则会造成电流互感器误差较大，从而产生较大的计量误差。这种情况主要是由电流互感器变比选择不当造成的。如负荷水平长期较低，则需要选择变比较低的互感器；如负荷水平长期超过额定负荷，则表明互感器选择不当或者运行过程中负荷增加，需要提高互感器的变比。

2.4 电流互感器接线带来的误差

电流互感器的特性决定了其二次负荷要保持在较低的水平，如果电流互感器的二次负荷较高，如二次回路线径较小、线路过长、连接阻抗较大等，会导致励磁电流变大，误差增大。因此，在使用过程中，计量回路一般要求使用4 mm2的导线，以尽量避免线径过小导致的误差，从而提高计量的准确性。

将三相三线电能表用于测量三相四线电能时，由于三相负载存在不平衡，即三相电流幅值不等或者相位不满足对称，则中性线有电流存在，会产生附加误差。

3 电压互感器对电能计量的影响

3.1 共用绕组产生的误差

实际应用中，由于电压互感器数量不足，特别是在老旧变电所的改造过程中，出于节约成本或改造方便的需要，在增加二次设备时，常常利用原有电压互感器甚至原有二次回路，这种改造难免会发生共用绕组、共用电缆的情况。由于不同的二次设备对于互感器的精度要求不同，将保护用电压互感器或普通互感器用于计量，不可避免地会带来误差。

3.2 二次断线带来的计量损失

电压互感器二次断线所产生的影响不应归为误差，而应归类为计量错误或计量损失，其远远超过误差的范畴。当二次设备、二次回路出现短路、过负荷等情况时，二次回路的熔断器或断路器会断开，以保障二次回路和二次设备的安全。但回路断开会导致计量仪表失去电压，从而无法计量，因此这段时间内使用的电能会在计量仪表中缺失，从而导致计量损失。

4 避免影响的几点建议

(1) 选择使用性能稳定的互感器。由于互感器是电能计量的信息源，其性能是否稳定，直接关系到计量的准确性和可靠性，故选择性能稳定的互感器成为了保证计量可靠性的基础。

(2) 根据计量负荷的大小合理预测和选择电流互感器的变比。电流互感器的变比应依据过往的计量和统计情况，对未来负荷情况进行分析，或考虑到未来计量发展的情况，综合分析后进行选择，以尽量避免由于电流互感器变比选择不当导致的误差。

(3) 根据用电量的多少合理确定检定周期。对于可能出现的误差，只有在检测时才能发现。进行检测时，需要考虑可能出现的状况，并根据过往的计量情况进行分析，查找出可能出现问题的互感器或表计，及时检测并发现、解决故障。

(4) 尽量避免共用互感器。不能将用于继电保护的电流互感器和电能计量的电流互感器混用，否则会因继电保护的要求影响互感器的准确性，最后影响电能计量。用户为了更精准地测量电量，必须配置计量专用的电流互感器。

(5) 电流互感器的一次绕组必须与被测线路进行串联，同时，二次绕组和电测仪表进行串联，技术人员在接线时要严格检测电流互感器的极性，如果电流互感器内置结构中线圈的引出线接错了位置或者端钮标志错误，那么极性就可能接反，导致无法准确计量电能。

(6) 在使用电流互感器前需认真进行检查，检测互感器变比和极性，保证实际倍率符合铭牌标定，极性正确。在安装过程中，需要对电流互感器的一次、二次回路等进行检查，保证没有短接、开路等问题出现，还需要检查二次端子，防止出现接触不良等问题。对电压互感器的检查，需保证接线的正确性和可靠性，避免出现虚接、开断、错接等常见问题，防止电能计量出现误差。

[1] 刘钢.电流互感器非线性特性分析及对电能计量影响研究[D].重庆大学，2013

[2] 陈黎来.电流互感器对电能计量的影响[J].电力自动化设备，2011(1)

[3] 张家祥，谢田友.电流互感器对电能计量的影响分析[J].电源技术应用，2013(12)

[4] 徐汉成.电流互感器的误差对电能计量的影响分析[J].中国计量，2009(12)

2014-07-07

句符民(1977—)，男，山西朔州人，助理工程师，从事电力计量工作。