电流互感器现场测试仪校准思路构架

李洪浩

摘要： 电能计量装置是电能计量工作开展中所必备辅助、计量器具的总体，在工作开展中，为了保障电能计量工作的准确性，就需要定期做好电压、电流互感器的校准工作。在本文中，将就电流互感器现场测试仪校准进行一定的研究。

Abstract： Electric energy metering device is a kind of indispensable auxiliary， measuring instrument in the development of electric energy metering work. In the work， in order to ensure the accuracy of electric energy measurement work， we need to do a good job for the calibration work of voltage， current transformer calibration work. This paper studies the calibration of current transformer field tester.

关键词： 电流互感器；现场测试仪；校准思路

Key words： current transformer；field testing instrument；calibration method

中图分类号：TM452 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）04-0133-03

0 引言

发电厂与变电站的高压大电流电能计量装置，以及大用户的电能计量装置，关系到发电、送电、供电及用户多方的利益。电能计量装置是为电能计量所必须的计量器具和辅助设备的总体，其综合误差主要由电流互感器、电压互感器、电能表和电压互感器二次压降引起。为了确保电能计量的准确性，应定期对电流互感器、电压互感器等进行校准。而传统电流互感器的校准方法基本上都是采用测差法，由于原理上的局限，使得电流互感器的现场校准极为不便，目前国内尚未制定电流互感器现场测试仪的校准规范以确保量值溯源体系的完善。

本文论述了电流互感器、电流互感器现场测试仪的基本结构和工作原理，分析了直接比较式电流互感器校验仪、测差式电流互感器校验仪、低压外推法电流互感器现场测试仪、负荷外推法电流互感器现场测试仪等现场测试仪的测量原理和优缺点，提出了一套实用的校准方法，可以满足电流互感器现场测试仪的校准需要。

1 电流互感器的结构和原理

互感器是一种为继电器、测量仪器等电器供电的变压设备，通过测量仪表、计量装置同电流互感器的配合应用，则能够做好电力系统一次侧电流的测量，而通过同自动装置以及继电保护的配合性应用，则能够形成对电网故障的自动控制以及保护工作。可以说，电流互感器其自身性能的高低，不仅将对电力系统计量、测量工作开展的准确性产生影响，且将直接关系到继电保护动作可靠性。

在具體应用中，其主要的作用有：第一，将电力系统一次侧电流实现向二次侧的传递，通过二次侧仪表，则能够对一次系统的电流进行测量；第二，当电力系统发生故障、出现非正常运行情况时，电流互感器则会将电流信息实现对继电保护装置的提供，并在故障发生时第一时间启动相关设备，对电网故障形成控制以及保护作用；第三，在对高压线路电流进行测量时，通过电流互感器的应用，则能够使一、二次侧设备同系统形成电气隔离，以此对电气设备以及工作人员的安全性作出了保证。

2 电流互感器校验仪的测量原理

2.1 直接比较互感器

在早期，比较式互感器检验仪是主要类型，其工作原理，即在工作当中将被检电流互感器一级标准电流互感器当中的二次电流分别输入到校验仪当中，在经过磁耦合器以及电阻分压器比较后，获得目标互感器同标准互感器的相位差以及比之差。

根据检验原理的不同，可以将其进一步分为磁耦合以及电阻分压两种类型，在电阻分压互感器校验工作中，即将目标互感器以及标准互感器二次电流通过电阻方式获得其压降，之后根据分压器将其降为具有相同名义值的电压比较，并分别测量出相位差以及比值差。

2.2 测差式互感器

在我国高准确度互感器不断研制的情况下，对能够检定高准确度互感器检验设备也具有了更高的需求。对于早期生产的直接比较式互感器而言，受到设备自身电阻元件方面的限制，在具体应用当中仅仅能够对0.1级以下的互感器进行检定。为了对0.1以上互感器检定需求进行较好满足，侧差式校验仪得到了设计，其工作原理，即将标准、目标互感器二次电流差流输入到校验仪当中，使其同标准二次电流间比对，交分量读出相位差。对于该类检验仪设备，其在应用当中对自身准确度不具有较高的要求，基本误差在3%以内，这部分误差为读数误差，可以忽略不计，而根据其类型的不同，也可以进一步分为比较仪以及电位差两种类型。

3 电流互感器现场测试仪的测量原理

在低压外推法当中，即在互易定理的基础上将电流互感器转变成具有相同准确度以及变比的电压互感器，即在电压足够高的情况下测量出被检电流互感器的导纳以及误差，在做好比值差补偿值以及绕组内阻抗计算的基础上将额定负荷输入到其中，并在电流百分数下测量导纳，显示出被检互感器的相位差以及比值差。

3.1 直接测试法现场测试仪

在该方式中，就通过测试变比以及特定激励导纳的方式实现互感器测试仪相位差、比值差的校准工作：第一，变比测试。在该测试中，使用的为“加压测压法”，在二次侧对激励电压进行施加，并在同时做好一二次侧电压采集的情况下获得电流互感器变比。二次侧电压值方面，并不仅仅要保证CT铁芯不存在饱和情况，且需要避免一次侧电压因过小影响到测量准确度；第二，二次绕组直流电阻测试。为了能够对串联引线阻抗以及引线互感影响实现较好的消除，以四端测量法测量直流电阻，即先在二次侧做好直流电压的施加，之后对二次侧电流进行采集，在经过一定转换之后获得相应的电阻值。由于在施加电流互感器时会出现剩磁情况，对此，在完成直流电阻测量之后，则需要做好互感器的退磁处理。

3.2 内置标准法现场测试仪

在该方式中，积极在普通互感器测试仪的基础上安装标准电压互感器，通过内部标准同目标互感器将的比对实现空载、变比方面的测试。该方式在具体应用当中具有准确度高的特征。

4 电流互感器现场测试仪校准方法探讨

4.1 校准项目

校准项目包括基本误差和变比的测定，具体内容如下：

4.1.1 基本误差测量

在能量传输当中，不可避免会存在损耗情况，如互感器将一次电流按照比例实现二次电流的转换时，则需要通过一部分电流的消耗应用在励磁当中，以此使铁芯获得磁性。这部分应用在励磁当中的电流，则称之为激磁或者励磁电流，正是因该类电流的存在，则使互感器具有了误差。在电流互感器误差当中，根据其类型的不同可以分为相位以及比值差，其中，比值差即按照额定电流将二次电流折算成一次后，其同实际电路之间的差，而相位差则是将二次电流翻转180°以后同一次电流相角的差。

4.1.2 变比测量

在变比实验当中，电流互感器是其中的一项重点项目。在早期，互感器按照电流法进行变比测量，而在现今系统容量不断增加的情况下，互感器一次电流值也在不断增加，现场加较大的电流已经不可能，而如果降低试验电流，也不会因此对检测工作带来较大的便利，且会对现场操作产生一定的负面影响。而如果降低电流、使其在500A以下，则可能因此会对测量准确性产生影响。为了能够对该种问题进行解决，则较多以电压法以及无线传输测试法测量，但该种方式也存在一定的缺点，即测量准确度不高。同其相比，基于电压法的测试仪则具有更高的测量准确度，并因此获得了较多的应用。

目前，在变比测试中，较多以电压法测量，即在二次侧加电压的情况下对一次侧以及二次侧电压进行测量，而两者间的比值即为CT变比。在所施加的电压值方面，需要避免铁芯出现饱和情况，且需要做好感应电压控制，避免其值过低影响到测量准确度。

4.2 校准方法

4.2.1 以往校准方法的弊端

在早期工作中，往往以间接比对方式进行校验仪的校准，即在使用部分不带补偿、具有一定代表性互感器后，通过传统互感器装置以测差方式对其基本误差进行测量，之后再使用测试仪对互感器基本误差进行测量。而考虑到测试仪在工作当中电流在5至5000A范围以内，在实际工作中，要想配备具有不同规范、处于在范围当中且不具有补偿的互感器也并不是一件十分容易的事情，实际上，在很多校准机构中，都不具备该类条件。

同时，这部分不具有补偿的互感器自身准确度并不高，在实际工作当中，稳定性非常容易受到自身工况的影响，如工作电流、实际负荷、功率因数以及退磁情况等。在该种情况下，如果以间接测量法对互感器进行测试，则将存在测量结果不准确、具有较大不确定度、工作量大以及校准过程较为复杂的特点，即不适合通过间接对比法的应用溯源量值。

4.2.2 标准电流互感器法

鉴于上述分析，本文拟用标准电流互感器法进行校验。

①校准原理。

目前，一般准度等级互感器都以匝数或分数匝方式补偿，在该类补偿中，其具有线性的特征。为了能够在适当成本范围内实现互感器准确度的提升，则需要使用部分非线性方式进行补偿，如电容补偿以及磁分路补偿等。磁分路补償的作用，即能够在实现比值差曲线拉平的基础上一定程度拉平相位差曲线，并在电力系统中因其所具有的较好效果以及简单性得到了较为广泛的应用。在精密电流互感器中，相位差曲线以及拉平比值差曲线可以通过分数匝电感补偿，为了实现对补偿效果的提升，则需要选择具有较小损耗、具有较强非线性特征的钢片作为铁心。

在该方式中，具有以下优点：即无论下限电流值如何，都能够部分拉平相位差以及比之差曲线，且在经过补偿后其铁心磁密以及磁导率不变。而对于0.05级以上准确度较高的互感器，由于容量相对较小，则初始磁导率较高。在以并联电容以及辅助互感器实施补偿的情况下能够同时拉平相位差以及比之差曲线，且由于铁心磁密下降，则将在减小互感器变差的情况下使互感器具有更高的性能。虽然以非线性方式补偿具有上述优点，但由于低压外推法中，其在处理中将电流互感器作为电压互感器进行测量，但以该方式校准还是不能符合外推法定义，且在测量数据上也存在一定的异常情况。

为了能够对量值溯源问题进行解决，则在精心选择铁心材料的基础上设计出一款不具有非线性补偿的互感器，准确性能够达到0.02级。

②校准流程。

1）参数设置：

进入CT“励磁”测试界面后，选择进入“校准”试验界面，设定好励磁电流值：0.1A ～ 5A；励磁电压值：1V～1000V（如图1所示），接线图详见图2。

2）开始：

电压校准试验参照图2进行接线；设置好被测电压后，合上功率开关，选择 “开始”选项，按下控制器，试验即开始，试验到达设定值后将保持输出电压/电流值用于检测，检测完毕后，按下控制器，试验返回图2所示主界面。

按照图 2接线完毕后，电压设定值略高于【电流设定值（A）*负载（Ω）】，设置好被测电流/电压值后，合上功率开关，选择 “开始”选项，按下控制器，试验即开始，试验到达设定值后将保持输出电流/电压值用于检测，至此，整个校准过程完毕。

③误差控制指标。

校准误差要从电流互感器快速测量测试点的快速定位、负荷箱、各种变比的互感器覆盖等方面进行严格控制，在实际工作中，须执行表1所示误差控制指标。

5 结论

在上文中，我们对电流互感器现场测试仪校准思路进行了一定的研究，在实际工作开展中，需要能够充分把握校准重点以及思路，以科学校准方式的选择与应用保障工作开展质量。

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