计量用电流互感器剩磁产生的原因及影响分析

何东莹，李海荣，左黎斌，何傲，彭平

（1.云南电网有限责任公司临沧供电局，云南 临沧 677000；2.云南电网有限责任公司迪庆供电局，云南 迪庆 674400；3.云南电网有限责任公司保山供电局，云南 保山 678000；4.云南电网有限责任公司西双版纳供电局，云南 景洪 666100；5..云南电网有限责任公司建水供电有限公司，云南 建水 654300）

0 前言

电流互感器在工作中经过突然断电、通过直流电、感应生成、断路器在非零电位下断开等情况后，铁芯就可能产生剩磁，使铁芯磁导率下降，导致测量结果与实际结果的值差距过大，测量值的重复、再现、比较很难达到技术要求，并且电流互感器产生剩磁后，除非运行负载达到饱和，否则很难清除剩磁，然而互感器在实际运行中一般都处于低负载状态，所以一旦产生剩磁，将会持续比较长的时间。

电流互感器用在计量行业，就要满足计量的特性准确性、一致性、溯源性和法制性，剩磁影响会导致互感器传递信息的测量值与计量基准的联系减弱，影响互感器的计量特性。

断路器在非零电位下断开就会产生剩磁，每年供电单位都会进行大量的定检和故障处理工作，基本上都会有断路器的断开动作，在现有的技术条件下断路器的断开动作的不能做到零电位断开线路，所以，断路器生产厂家也需要提高相应的技术来解决此类问题。

1 剩磁影响电流互感器误差的理论分析

从原理上来讲，没有误差的计量用电流互感器，如果计量用电流互感器的铁心不消耗能量，根据能量不灭定律，这时一次的能量就会全部传到二次，即：E1I1=E2I2，但是，实际中，电流互感器存在着一些因素，形成一种常见的情况：误差，电流互感器一次和二次的其它参数联系起来，画出电路图如图1所示。

二次电流I2流经外部阻抗Z，产生二次电压U2：U2=I2*Z，二次电流I2通过绕组的内阻抗Z2，产生压降I2*Z2；二次绕组回路的总阻抗为Z02：Z02=Z+Z2，二次绕组感应电势为E2：E2=U2+I2Z2=I2Z02，铁心励磁，产生感应电势E2，一次励磁电流I0为：I0=-E1/Zn，式中，Zn为铁心等值阻抗，也叫做励磁阻抗。二次励磁电流 I0´为：I0´=-E2/Zn´，通过等值电路图我们可以看出一次电流和二次电流的相量和就是励磁电流：I0´=I1´+I2，一次电流 I1流经一次绕组内阻抗Z1，产生电压降I1*Z1，那么一次电压U1为：U1=I1*Z1-E1。

图1 电流互感器电路图

为了方便计算及分析，画出互感器误差的相量图。电流互感器的相量图如图2所示。

图2 电流互感器相量图

先在横坐标正方向画出二次电流相量I2。画出二次电压U2，其大小为二次电流I2和二次阻抗Z的乘积，二次电压U2的相位超前于二次电流I2一个角度Ф，Ф就是Z的阻抗角。画出E2：E2=I2*Z02， 画 出 - I2´：- I2´=-εK*I2，K 为互感器匝数比，ε为误差比例因子。- I2´与I1的差值，即互感器的误差值。

图3 磁滞回线图

铁磁物质在外界磁感应强度H的作用下与被磁化场强度B之间的关系曲线如图3。在外界磁感应强度H退到零时，铁磁材料会因磁化而产生剩磁，即外界场强作用停止后，铁磁材料仍然会保留在磁化的状态，反向加磁场铁磁材料会先抵消剩磁再另一个方向磁化，剩磁在这种影响下产生了。

互感器内部产生剩磁是互感器内部本身材质，在特殊情况下产生的变化，很多情况都可以导致互感器内部产生剩磁这种情况发生，这种情况在人为安装时去除剩磁或者互感器厂家生产改善突破材料技术或者断路器厂家突破零电位合闸技术就可以避免剩磁的情况发生。

在磁滞回线图中，如果交流磁场停止在不同时刻，产生剩磁的情况也有很大的区别，剩磁越大，对铁心磁导率的影响越大，励磁磁密叠加的剩磁，影响励磁磁通B，进而影响二次感应电势E2的大小和方向，导出剩磁影响电流互感器误差的原因。

2 剩磁影响电流互感器误差试验验证

本次实验包含“充磁”和“退磁”两个重要环节。

1）充磁环节：根据JJG313-2010《测量用电流互感器》检定规程（5.3.4）规定：在被试电流互感器的二次端子S1-S2通入额定二次电流15%的直流电流进行充磁。持续时间为5s。然后按规程要求测量误差。

2）退磁环节：按照闭路退磁法，根据规程《JJG313-2010测量用电流互感器检定规程》要求进行退磁，在二次绕组加一个120VA的额定负荷，一次电流由零升至1.2倍的额定电流，然后均匀缓慢降至零，最好使用手动装置，自动装置很难控制它均匀的上升和下降。

为保证数据的可靠性，本次实验选用的互感器是10只0.2S级10kV电流互感器进行正极性连接充磁、10只0.2S级低压穿心电流互感器进行反极性连接充磁测量的值进行运算，由于电流互感器的重复性试验使用20%的额定电流来处理，本试验10只互感器的变化也使用20%的比值差和相位差来进行比对。

3）正向充磁后基本误差变化

图4 正向充磁后基本误差变化

退磁后的误差是正常的误差，充磁后误差大概在一倍左右，严重影响了实验室出具误差的准确性。从实验结果还可以看出，正向冲磁后，比值差会向负方向变化,呈现一个少计电量的趋势，相位差会向正向变化，也呈现一个少计电量（P=UIcosФ，Ф增大，cosФ减小）的趋势，10台10 kV电流互感器全部做完后发现都有这个共同的特点，所以10 kV电流互感器当含有正方向的剩磁时，会出现一个少计电量的趋势。

4）反向充磁后基本误差变化

图5 反向充磁后基本误差变化

从实验结果可以看出，反向冲磁后，比值差会向负方向变化,呈现一个少计电量的趋势，相位差会向正向变化，也呈现一个少计电量（P=UIcosФ，Ф增大，cosФ减小）的趋势，10台低压穿心电流互感器全部做完后发现都有这个特点，所以低压穿心电流互感器当含有反方向的剩磁时，会出现一个少计电量的趋势。

3 结束语

通过理论和实践的分析得出以下结论：

不同充磁方向导致误差的变化一致，呈现出一种少计电量的趋势，影响供电企业的利益。

剩磁导致误差的部分变化量大于电流互感器本身的误差值，实验室检定过程中必须重视剩磁对基本误差的影响。

剩磁通过影响励磁磁通来影响二次感应电动势进而影响误差测试结果。