电流互感器励磁特性试验及其方法

孙俣

摘要：随着科学技术的不断发展，常规励磁特性试验方法已经不能满足试验要求，超高压、大容量发电机组中被广泛应用。本文主要对电流互感器励磁特性试验及其方法进行探究，首先对电流互感器励磁特性试验以及其设备的发展进行分析，然后提出采用低频、变频技术进行试验的方法，并且对低频、变频电源的试验原理和优势进行分析。

关键词：电流互感器、励磁特性试验、方法

中图分类号：TM452文献标识码： A

一、前言

近几年来，随着电力事业的不断发展，发电厂单机容量不断增大，输电线路电压等级、输送容量越来越高，这样就使得很多高电压、大变比组合式的电流互感器被广泛应用。电流互感器励磁特性试验主要是检测保护用电流互感器性能最常用、最有效的方法，也能目前被广泛使用的检测方法。。

二、电流互感器励磁特性试验励磁特性试验

如图1所示：电流互感器励磁特性试验接线图。试验时，一次绕组开路,除被试二次绕组外，其余二次绕组开路。

调节调压器，监视电流表，按预先设定的电流值，读取并记录电压值，一般应记录到励磁电势饱和点以上；有时励磁电压可以只升到额定等效二次极限电压Ual。为减小铁心饱和带来的影响，电流表应为电磁系、电动系仪表或测量有效值的数字表，电压、电流表测量范围应适合。根据记录的电流、电压值测绘电流互感器各绕组的励磁特性曲线。操作时注意调压器不能来回调节，以避免铁心磁滞带来的影响。首次励磁特性试验，应先验证厂家提供的励磁特性曲线是否满足复合误差或暂态特性误差要求。试验完成后，用所测绘的伏安特性曲线与厂家提供的出厂试验曲线对比，两条曲线应基本重合；例行试验时，也可与前几次的试验曲线进行对比。对同间隔 A、B、C 三相电流互感器各绕组励磁特性曲线应基本重合。接为差动保护的各间隔互感器励磁特性曲线要求基本一致，此外差动保护用互感器还要求实际二次负荷、剩磁系数一致。

三、电流互感器励磁特性试验设备的发展

常规互感器励磁特性试验方法比较简单，对试验设备的要求也不高，众多厂商提供了各种电流互感器特性测试仪，其功能一般包括励磁特性测量、电流比测量、极性检测。早期的互感器特性测试仪内置较大容量的调压、升压、升流装置以及电流、电压表；电流比测量通过一次升流，并在一次、二次测量电流的方法，极性检测采用直流法。此类设备技术含量低，体积、质量大，操作步骤繁琐，最 大输出电压一般在 1000V 以下。

目前技术水平较高的互感器特性测试仪，内置程控电源、高精度交流采样、转换模块；电流比、极性测量采用电压法，其方法是在二次绕组施加电压，在一次绕组进行检测，计算出二次绕组匝比，采用微处理器，并内置测试软件，可以进行数据分析、处理、打印；此类设备能满足常规试验要求，体积、质量小，操作方便，能够自动完成试验，试验效率高。但由于采用工频源，输出电压不能太高，一般在 2000V 以内，受输出容量限制及考虑安全因素，不适用于对高电压、大容量系统中的保护用电流互感器进行试验，如：超高压系统中罐式断路器的套管互感器、GIS 中的互感器、大容量变压器套管互感器、大容量发电机组的套管互感器等。

最先进的互感器特性测试仪采用变频技术，根据互感器励磁饱和电压不同，调节输出频率，可以在较低电压下进行试验，理论上可以对所有电磁式电流互感器进行试验，试验过程安全、简单，工作效率极高，劳动强度小，有的还具备比、角差测量功能以及能对 TP 级互感器的暂态性能进行测试，适合对保护用及测量用互感器进行测试

四、电流互感器励磁特性试验方法

1、低频、变频电源励磁特性试验原理分析及优势

大容量、高电压系统中使用的电流互感器往往励磁饱和电压较高，有的高达 20000V 以上。在传统的工频条件下对其进行励磁特性试验主要存在两方面问题：

（1）在二次绕组施加如此高的电压不能保证试品安全，有可能损伤二次绕组或二次端子间的绝缘；

（2）需要较大容量的调压、升压设备。由于励磁试验的目的是测量铁心磁性能，因此可以在低频率下进行，这是因为励磁阻抗Zm＝jωL，其与频率成正比，因而降低频率可以降低励磁阻抗，从而能够在较低励磁电压下获得相同的励磁电流，然后将低频测量结果折算到 50Hz 的电压即可。采用低频变频电源进行电流互感器励磁特性试验时，试验方法与 2.1 一致，但是，由于频率比较低，监视用电流表、电压表应为测量平均值原理的仪表。例如：一台 TP 级电流互感器，励磁饱和电压 10000V，若降低频率在 5Hz 下进行试验，最高励磁电压只需升到 1000V 左右即可完成试验。若励磁电流为 0.5A，所需试验设备容量仅为 500VA。

一般来说，低频电源有两种产生方法：

(1）采用低频发电机

(2)通过对 50Hz 交流电源进行整流－逆变产生低频交流。

例如：采用 10Hz 低频发电机进行励磁特性试验的方法，该方法存在下述缺陷：

由于低频发电机的频率波动，对测量结果的影响较大；采用的技术比较落后，需要的设备数量多、体积大，试验方法复杂、不灵活；比较适合在实验室、制造厂进行试验，不适用于现场对大量电流互感器进行试验。

随着电力电子技术的发展，采用整流二极管、IGBT 管及脉宽调制技术的变频器（电源）在许多领域得到应用，特别是在节能及电动机调速方面的应用很广泛，如图2所示是变频电源的原理框图。

图2变频电源原理框图

通过对普通变频器、变频电源进行适当地改进，可以得到适合于电流互感器励磁特性的专用低频可调电源，采用该方法的优势主要体现在下述几方面：

(1)理论上可以对任何类型的电磁式电流互感器进行试验，只要降低电源输出频率，不论励磁电压多高，都能安全地完成试验；

(2)设备输出容量可以很低，无需大容量升流、

高电压的升压装置，劳动强度低，工作效率高；

（3）在低电压下完成试验，试验过程中人身、设备安全得到保障；

（4）试验方法灵活，不受试验场所限制。

2、电流互感器励磁特性试验方法结果对比分析

（1）低频源及工频试验结果对比

为了验证方法的正确性，在实验室、变电站进行了一些对比测试。表 1、图 3 是在 5Hz 及 50Hz下对 500kV、500-SFMT-50E 型、5P20 级、2500A/1A、40VA 的罐式断路器套管 CT 进行的对比试验结果，表 2、图 4是 1250A/1A 的对比试验结果。可见，采用低频、变频电源的试验结果与工频试验结果相当接近，两条曲线基本重合在一起。

图32500A/1A 励磁曲线对比

、

图4 1250A/1A 励磁曲线对比

（2）低频源现场测试高励磁饱和电压互感器励磁特性

为说明采用低频、变频源的试验方法具有广泛的适用范围，给出一台 TPY 级罐式断路器套管电流互感器的现场励磁特性试验曲线，如图5所示，试验电源频率为 1Hz。励磁饱和电压高达 6000V，若采用工频电源进行试验必然存在更多的安全风险，并且需要 5kVA～6kVA 的电源及调节设备以及大容量的升压装置。采用低频、变频电源将频率降低至 1Hz，仅需要 100VA～120VA的电源容量，并且设备只需要输出 120V 即可完成试验。对于励磁饱和电压越高的电流互感器，采用此种方法进行试验就越发能够体现出优势。

图5低频变频励磁特性曲线示例图

五、结束语

综上所述，本文主要对电流互感器励磁特性试验及其方法进行了分析和探究，随着电力系统的不断发展，超高压及大容量电机组中大变比电流互感器被广泛应用。在实际工作中，要采用降低电源频率方法进行试验，这样就采用低频、变频电流互感器，可以有效的保证电流互感器励磁特性试验的顺利进行，是对高励磁饱和电压电流互感器进行励磁特性试验的必然选择。

参考文献：

[1]GB16847-1997.保护用电流互感器暂态特性技术要求[S].

[2]梁仕斌.电流互感器复合误差的测量方法[J].继电器，2005，33（18）:79-83.

[3]周亚新.高压电流互感器的误差分析及运行维护注意事项[J].电站系统工程，2009，25（3）：66.