电子式电流互感器输出畸变原因及其处理技术研究

马 元，徐 蕾

（1.国网陕西省电力公司电力科学研究院，陕西 西安 710054；2.陕西省地方电力设计有限公司，陕西 西安 710100）

电子式电流互感器输出畸变原因及其处理技术研究

马 元1，徐 蕾2

（1.国网陕西省电力公司电力科学研究院，陕西 西安 710054；2.陕西省地方电力设计有限公司，陕西 西安 710100）

文章通过分析电子式电流互感器结构，寻找产生输出电流波形畸变的原因，给出整改方案和处理技术措施，确保电子式电流互感器可靠运行，本方法可推广应用于智能变电站电子式互感器的验收。

电子式电流互感器；波形畸变；误差

作为智能电网建设的基础，电子式互感器是其中最关键的一次设备，其性能的可靠性和稳定性关系到电网的安全运行。

目前电子式互感器现场试验和运行经验相对缺乏，在验收试验时电子式互感器常出现误差不稳定、丢帧、输出数据与一次值不符、光供能不足、电流互感器输出波形畸变等问题，本文通过对电子式互感器结构及内部线圈工作原理分析，结合理论计算和现场试验确定输出波形发生畸变的原因，提出相应的改造方案和处理技术措施，并在实验室验证方案的实施效果，较好地解决了电子式互感器现场验收工作中波形畸变误差超差的问题。

1 电子式电流互感器结构原理

有源式电子互感器的典型结构原理如图1所示，其电流互感器保护绕组采用罗氏线圈，测量/计量绕组采用小功率铁心线圈作为测量元件。传感头部件包括串行感应分压器、罗氏线圈、铁心线圈、采集器等。传感头部件与电力设备的高压部分等电位，传变后的电流模拟量由采集器就地转换成数字信号。采集器的电源由激光供给，采集器与合并单元间的数字信号传输及激光电源的能量传输全部通过光纤来进行，另外许多产品也可以通过获取一次高压系统的能量作为采集器电源，从而延长激光电源的寿命，由于光纤的绝缘性能优良，所以电子式互感器的绝缘结构非常简单。

电子式电流互感器模拟量输出为二次电压，其额定值的标准值以方均根值U表示为：22.5 mV，150 mV，200 mV，225 mV和4 V，其中额定二次电压4 V仅用于测量目的。额定负荷的标准值以电阻表示为：2 kΩ，20 kΩ，2 MΩ。

电子式互感器的数字量输出，IEC60044-8规定由串行、单向、一发多收、点对点链路送出。发信的是合并单元，收信的可能有保护、测量仪表、监控单元及过程总线等。通信接口基本技术与IEC60870-5-103相似。物理层为铜线或光纤，链路层采用IEC60870-5的FT-3帧格式。另外，IEC TC57颁布的IEC61850《变电站通信网络及系统》体系标准，其中IEC 61850-9为过程层（包括互感器及断路器等）至间隔层的规定，IEC61850-9包括两部分：IEC61850-9-1为点对点链路；IEC61850-9-2为过程总线。

2 电子式互感器现场验收试验方法

电子式互感器的现场验收除了互感器角比差试验、极性校核等项目，增加了二次光纤通信检查、合并单元参数校核、合并单元输出协议校核、输出总延时测定等项目。

电子互感器现场测试原理如图2所示，将标准互感器的模拟输出转换为数字信号，使用网卡接收输出的数字信号，通过专用程序使用直接比较法得出测量结果。

图1 电子式互感器的结构原理

图2 电子式互感器现场测试原理

3 波形畸变成因分析及其对精度影响

在电子式电流互感器现场验收试验中存在的主要问题：误差不稳定、丢帧、输出数据与一次值不符、激光供能和互感器供能线圈之间的问题、输出波形发生畸变等。

如图3所示，在某次现场试验中，互感器误差不稳定的问题尤为突出，误差不合格且重复测量数据变化较大，最大变化量超过7%。输出总延时给定值与实测值不符，同一产品不同相间最大差50微秒，折合互感器相位差54分。

图3 电子式电流互感器现场输出波形发生畸变

通过对互感器解体分析后确定导致误差超差的主要原因是此电子式电流互感器采用罗氏线圈加低功耗线圈工作原理，在安装的过程中，其高压侧外壳母线夹与母线没有隔离，致使互感器中电流没有完全从母线棒流过，互感器一次侧对地产生分流。

在正常工作的电流互感器中，根据磁势平衡原理有：

由于一般情况下误差角δi很小，所以比值差可约等于：

当互感器高压侧外壳母线夹与母线没有隔离，互感器一次侧对地产生分流，此时根据磁势平衡原理有：

式中为一次侧产生分流的电流。由此可得此时的比值差为：

同理，得到相位差为：

同时，根据电子式互感器的工作原理，传感器采集所得电流为对线圈输出进行积分处理所得，互感器分流所产的电流差值由于积分过程产生放大，从而导致电流互感器现场输出波形发生畸变。因此，必须采取措施解决好电子式电流互感器一次侧对地分流问题，才能从源头解决输出波形畸变和误差超差问题。

4 整改措施及实验论证

根据以上分析，现场采取了相应的整改技术措施，彻底解决电子式电流互感器一次侧对地分流问题：将高压端母线夹与壳体隔开，为防止母线夹运行松开后与壳体接触，改变互感器安装工艺，在高压端母线夹增加非金属挡圈。

此后，本文在实验室进行了两种情况的对比测试，以验证上面理论分析和现场进行的整改措施实施效果：（1）P2端母线夹不与壳体接触，（2）P2端母线夹与壳体相连接触，所得测试结果如表1所示。

表1 实验室论证数据

从测试结果可看出，在P2端母线夹不与壳体接触时，比值差和相位差均满足0.2 S要求，随一次电流升高变化很小；当母线夹与壳体接触时，比值差、相位差有很大偏离，且数值飘动很大。

5 结语

本文通过对电子式电流互感器的结构分析与磁路计算，提出针对一次侧分流正确的整改方案并在现场加以使用，从源头解决了电子式电流互感器现场验收输出波形畸变和误差超差问题，在实验室进行了试验验证，确保了电子式电流互感器可靠运行。此项处理技术措施大大增强了电子式电流互感器现场验收误差的准确性，可推广应用于智能变电站电子式互感器的验收工作。

[1]JJG 1021—2007.电力互感器检定规程[S].2007.

[2]GB/T 20840.8—2007.互感器第8部分：电子式电流互感器[S].2007.

Study on cause and its treatment technology of electronic current transformer output distortion

Ma Yuan1, Xu Lei2
（1.State Grid Shaanxi Electric Power Research Institute, Xi’an 710054, China; 2.Shaanxi Provincial Electric Power Design Co., Ltd., Xi’an 710100, China）

By analyzing the structure of electronic current transformer and fi nding the cause of outputting current waveform distortion, the paper given recti fi cation program and treatment technical measures to ensure the operational reliability of electronic current transformer. The method can be applied to the acceptance testing of electronic transformer in intelligent substations.

electronic current transformer; output distortion; error

马元（1983— ），男，陕西武功人，硕士，工程师；研究方向：电能计量，互感器计量误差特性及量值溯源。