1、电流互感器对电能计量的影响摘要:电能表的误差比较直观，检定时容易被发现，但电流互感器的误差对电能计量的影响比较复杂，也容易被用户忽视。其实电流互感器一旦出现故障或误差，往往会导致电能计量产生更大的偏差。下面笔者结合实例分析电流互感器的误差对电能计量的影响。 关键词:电流互感器；电能计量；误差 中图分类号： TM933.4 文献标识码： A 文章编号： 互感器分为电流互感器（TA）和电压互感器（TV） ，是电能计量装置的信号源器件，在电力系统中起着一次高压回路和二次控制及测量回路的桥梁作用。本文只研究 TA 对电能计量的影响。TA 是电力系统中用于电能计量的重要设备，其饱和后和有剩磁时的运行特性
2、将使注入电能计量装置的电流发生波形畸变，对电能计量的准确性有着重要影响。 一、TA 的工作原理及误差分析 1、TA 工作原理 TA 的内部结构和原理与一般变压器相似，由 2 个绕制在闭合铁心上、彼此绝缘的绕组，即一次绕组和二次绕组组成，其匝数分别为 N1 和 N2，其内部结构和接线符号分别如图 1（a） （b）所示 图 1 电流互感器的内部结构和接线符号 TA 的一次绕组与被测电路串联，二次绕组与电能表的电流线圈串联，电能表的电流线圈内阻很小，所以 TA 相当于二次短路运行的变压器。TA磁路中的磁通密度设计得很低，一般在 0.080.1T 范围内，磁损耗较小。这种情况下，用来在铁心中建立磁场传
3、递能量的激磁安匝数 I0N1 很小，I0N1 在一次安匝数 I1N1 中所占比例也很小，大约为 0.3%1%。TA 的相量图如图 2（a）所示，其中， 为由激磁安匝数 I0N1 在铁心中建立起的磁通，U2 为二次的感应电压，二次回路阻抗为感性，因此二次回路电流 I2 滞后 U2 角度 2，一次安匝数 I1N1 与二次安匝数 I2N2 的相量和等于激磁安匝数 I0N1，即 I1N1+I2N2=I0N1 由于 I0N1 很小，理想情况下若忽略 I0N1，则有 I1N1+I2N2=0，即 I1N1=-I2N2 即 I1N1 与 I2N2 大小相等、方向相反，基本平衡。可以认为一次安匝数的有效值 I1
4、N1 和二次安匝数的有效值 I2N2 基本相等，有 I1N1I2N2 2、TA 误差分析 在实际运行中，TA 会产生比差和角差，这个误差是不可避免的，即实际电流比与额定电流比是不可能完全相等的。TA 的误差来源如图 2 所示。 图 2 电流互感器的误差来源 从图 2（a）可见，-I2N2 与 I1N1 并没有完全重合，-I2N2 超前于I1N1，长度却比 I1N1 要短，这是因为 I0N1 并不为零的缘故。即 TA 误差是由励磁电流造成的，只能采取措施减小励磁电流，进而减小误差，而不可消除 TA 励磁电流。由图 2（a） ，根据正弦定理可推算出 TA 的比差f1 和角差 1 分别为 其中， 为
5、 I0N1 与 之间的夹角；2 为 I2N2 与 U2 之间的夹角。显然，由于励磁电流的影响，比差 f1 为负值，角差 1 为正值，即比差向负方向变化，角差向正方向变化，从而导致测量结果偏小、电能计量偏小。 基于铁心线圈电磁感应原理的 TA，由于铁心线圈磁化曲线的非线性也会产生误差。图 2（b）是电流铁心线圈的磁化曲线（仅画出了第一象限） ，其中虚线是理想磁化曲线，i 随着电流 i 的增长成正比的线性增长。实线是实际磁化曲线，当一次负荷电流 ii1e 时，铁心进入磁饱和区，此时电流 i 再增加，使饱和加深，i 随 i 增加很缓慢，i 小于理想值，i 值越大相差越多，会产生较大的负误差，也会少计
6、量电能，这是铁心式 TA 的致命弱点，因此不允许 TA 过载。 另外，剩磁也是 TA 产生误差的主要原因之一，剩磁是铁磁材料固有的磁滞现象特别是在系统发生短路或对断路器进行跳闸、合闸操作时，往往会导致 TA 存在较大的剩磁。TA 剩磁大小取决于一次电流开断瞬间铁心中的磁通，在短路故障时，磁通由稳态周期性短路电流、暂态非周期分量及二次回路阻抗决定，当一次 TA 处于饱和时断路器跳闸产生的剩磁可能最大。对测量用 TA，剩磁导致铁心磁导率下降，并且非线性程度增加，相应地，互感器励磁阻抗 Z0 减小，励磁电流 I0 增大，互感器误差向负方向偏移，导致少计量电量。 二、TA 对电能计量影响的仿真及分析
7、1、仿真模型 PSCAD 能够导入现场录波的电压和电流数据，并可以作为 TA 的输入，因此下面对某牵引变电站的录波数据进行仿真研究。图 3（a）为仿真所用的数据输入模型，其输出为三相电压和三相电流；图 3（b）为基于计量芯片 ADE7758 的计量原理所建立的电表模型，为了研究互感器对电能计量的影响，其输出有 2 路，一路为没有经过互感器得到的计量结果，另一路为经过互感器得到的计量结果。 图 3 电能计量仿真模型 2、仿真结果及分析 仿真模型中的 TA 一次侧输入电流波形如图 4 所示，仿真时间为 517 s。根据图 3（b）的电表模型，对其进行了计量仿真，没有经过 TA 得到的仿真结果为 1
8、 301.87 kW?h；经过 TA 仿真结果为 1 274.24 kW?h。从仿真结果易知，经过 TA 会少计电量，在本仿真中，少计电量 27.65 kW?h，即误差为-2.12%。按照此误差进行计算，一年将少计电量168104 kW?h，给电力公司带来巨大的经济损失。 图 4 电流互感器一次侧输入电流波形 三、电流互感器的正确选用 1、选择的原则 （1）额定电压的确定 电流互感器的额定电压 un 应与被测线路的电压 ul 相适应，即unul。 （2）额定变比的确定 通常根据电流互感器所接一次负荷来确定额定一次电流 i1，即: i1=p1/uncos 式中 un电流互感器的额定电压，kv；p
9、1电流互感器所接的一次电力负荷，kva；cos平均功率因数，一般按cos=0.8 计算。 为保证计量的准确度，选择时应保证正常运行时的一次电流为其额定值的 60%左右，至少不得低于 30%。电流互感器的额定变比则由额定一次电流与额定二次电流的比值决定。 （3）额定二次负荷的确定 互感器若接入的二次负荷超过额定二次负荷时，其准确度等级将下降。为保证计量的准确性，一般要求电流互感器的二次负荷 s2 必须在额定二次负荷 s2n 的 25%100%范围内，即:0.25s2ns2s2n （4）额定功率因数的确定 计量用电流互感器额定二次负荷的功率因数应为 0.81.0。 （5）准确度等级的确定 根据电能
10、计量装置技术管理规程（dl/t448-2000）规定，运行中的电能计量装置按其所计量电能量的多少和计量对象的重要程度，分为i、ii、iii、iv、v 五类，不同类别的电能计量装置对电流互感器准确度等级的要求也不同，详见下表: 信息请登陆:输配电设备网 表 1 电流互感器的配置 信息来自:输配电设备网 （6）互感器的接线方式 计量用电流互感器接线方式的选择，与电网中性点的接地方式有关，当为非有效接地系统时，应采用两相电流互感器，当为有效接地系统时，应采用三相电流互感器，一般地，作为计费用的电能计量装置的电流互感器应接成分相接线（即采用二相四线或三相六线的接线方式） ，作为非计费用的电能计量装置的
11、电流互感器可采用二相三线或三相线的接线方式，各种接线方式如下图所示： 信息来源:http:/ 信息来自:输配电设备网 图 5 互感器的接线方式 2、使用注意事项 （1）应避免继电保护和电能计量用的电流互感器并用，否则会因继电保护的要求而致使电流互感器的变比选择过大，影响电能计量的准确度。对于计费用户，应设置专用的计量电流互感器或选用有计量绕组的电流互感器。 （2）电流互感器的一次绕组和被测线路串联，二次绕组和电测仪表串联，接线时必须注意电流互感器的极性，当电流互感器内部线圈的引出线接错位置、端钮标志错误时，都属于线圈极性接反。只有极性连接正确，才能准确测量和计量。 （3）序及电流相别应正确。如
12、在三相三线有功电能表的 24 种组合接线中，只有第一元件接入 u、i 和第二元件接入 u、i 时，电能计量才是正确的，其它接线方式都是错误的。 （4）电流互感器二次绕组不允许开路，否则，将产生高电压，危及设备和运行人员的安全，同时因铁芯过热，有烧坏互感器的可能，电流互感器的误差也有所增大，因此，在二次回路上工作时，应先将电流互感器二次侧短路。 四、结束语 为了尽量减小电流互感器对电能计量的影响，建议根据电能计量负荷大小，合理选择电流互感器的变比；开展计量点的综合误差分析，提倡计量装置的整体校验；根据用电量的多少，合理确定检定周期等。 参考文献： 1 魏联滨,邹新梧. 电子式电流互感器的原理和应用J. 天津电力技术. 2011(01). 2 王全亮. 电流互感器的应用介绍J. 河南科技. 2011(02). 3 童岩峰. 电能计量装置的误差及更正浅析 J. 科技资讯. 2011(04).
