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【摘 要】 文章根据电流互感器的等值电路图,讨论了2种电流互感器变比检查试验方法(电流法和电压法)的原理和特点,推荐一种简便可靠的电流互感器变比检查现场试验方法——电压法。
【关键词】 电流互感器 变比 电流法 电压法 误差
1 概述
不管是老标准还是新规程,都把电流互感器交接时和更换绕组后的现场变比检查试验列为重要试验项目。虽然电流互感器变比的准确度应由制造部门保证,但由于种种原因,现场试验时偶尔也能检查出错误(大多是抽头引错)。因此现场变比检查试验成为多年不变的项目。
电流互感器工作原理大致与变压器相同,不同的是变压器铁心内的交变主磁通是由一次线圈两端交流电压所产生,而电流互感器铁心内的交变主磁通是由一次线圈内电流所产生,一次主磁通在二次线圈中感应出二次电势而产生二次电流。
从电流互感器工作原理可知:决定电流互感器变比的是一次线圈匝数与二次线圈匝数之比,影响电流互感器变比误差的主要原因有:
(1) 电流的大小,比差和角差随二次电流减小而增大;
(2) 二次负荷的大小,比差和角差随二次负荷减小而减小;
(3) 二次负荷功率因数,随着二次负荷功率因数的增大,比差减小而角差增大;
(4) 电源频率的影响;
(5)其它因素。
电流互感器内部参数也可能引起变比误差,如二次线圈内阻抗、铁心截面、铁心材料、二次线圈匝数等,但这是由设计和制造决定的。
电流互感器变化的误差试验应由制造厂在出厂试验时完成或在试验室进行。而电流互感器变比现场试验属于检查性质,即不考虑上述影响电流互感器变比误差的原因而重点检查匝数比。根据电工原理,匝数比等于电压比或电流比之倒数。因此测量电压比和测量电流比都可以计算出匝数比。
2 试验方法分析
现根据试验接线图和等值电路图分别讨论电压法和电流法检查电流互感器变化试验的原理和特点。
2.1 电流法
(1) 试验原理
电流法检查电流互感器变比试验接线图如图1所示。
——电流源包括1台调压器、1台升流器;
L1、L2——电流互感器一次线圈2个端子;
K1、K2——电流互感器二次线圈2个端子;
A1——电流表(测量电流互感器一次电流);
A2——电流表(测量电流互感器二次电流)
电流法检查电流互感器变比等值电路图如图2所示。
——电流源;
A——电流表;
I1——电流互感器的一次电流;
I2′——折算到一次侧的电流互感器二次电流;
r1、x1——电流互感器一次线圈电阻、漏抗;
r2′、x2′——折算到一次的电流互感器二次线圈电阻、漏抗;
Zm——电流互感器激磁阻抗
当电流互感器正常运行时二次线圈处于短路状态,铁心磁密很低,即Zm很大。从等值电路图可知,当Zm很大时,I1=I2′。
(2) 电流法试验的特点
电流法的优点是基本模拟电流互感器实际运行(仅是二次负荷的大小有差别),从原理上讲是一种无可挑剔的试验方法,同时能保证一定的准确度,也可以说是一种容易理解的试验方法。但是随着系统容量增加,电流互感器电流越来越大,可达数万安培。现场加电流至数百安培已有困难,数千安培或数万安培几乎不可能。降低一些试验电流对减小试验容量没有多大意义,降低太多则电流互感器误差骤增。
2.2 电压法
(1) 电压法试验原理
电压法检查电流互感器变比试验接线图如图3所示。
——电压源(1 台调压器);
L1、L2——电流互感器一次线圈2个端子;
K1、K2——电流互感器二次线圈2个端子;
V——电压表,测量电流互感器二次电压;
mV——毫伏表,测量电流互感器一次电压
电压法检查电流互感器变比等值电路图如图4所示。
——电压源;
V——电压表;
mV——毫伏表;
I0——电流互感器激磁电流;
U1——电流互感器一次电压;
U2′——折算到一次侧的电流互感器二次电压;
r1、x1——电流互感器一次线圈电阻、漏抗;
r2′、x2′——折算到一次侧的电流互感器二次线圈电阻、漏抗;
Zm——电流互感器激磁阻抗
当电压法测电流互感器变比时,一次线圈开路,铁心磁密很高,极易饱和。电压U2′稍高,励磁电流I0增大很多。
从图4可得下式:
U2′+I0×(r2′+jx2′)=U1
从上式中可知引起误差的是I0×(r2′+jx2′),变比较小、额定电流5A的电流互感器二次线圈电阻和漏抗一般小于1Ω,变比较大、额定电流为1A的电流互感器二次线圈电阻和漏抗一般为1～15Ω。以1台220kV、2500A/1A电流互感器现场试验数据为例:二次线圈施加电压250kV,一次线圈测得电压100mV,此时二次线圈激磁电流约2mA,二次线圈电阻和漏抗约15Ω,I0×(r2′+jx2′)=30mV。30mV与250V相比不可能引起误差。
从上述分析可知:电压法测量电流互感器变比时只要限制激磁电流I0为mA级,即可保证一定的测量精度。
(2) 电压法试验的特点
电压法的最大优点是试验设备重量较轻,适合现场试验,只需要1个小调压器、1块电压表、1块毫伏表。仅仅是要注意限制二次线圈的励磁电流小于10mA,即可保证一定的准确度。
3结束语
(1) 用电流法检查电流互感器变比的现场试验需要笨重的试验设备,而且达到数千安培几乎不可能。若试验电流降低太多,则电流互感器误差骤增。
(2) 用电压法检查电流互感器变比的现场试验仅需要1个小调压器、1块电压表、1块毫伏表,是一种简便可靠的现场试验方法。
【关键词】 电流互感器 变比 电流法 电压法 误差
1 概述
不管是老标准还是新规程,都把电流互感器交接时和更换绕组后的现场变比检查试验列为重要试验项目。虽然电流互感器变比的准确度应由制造部门保证,但由于种种原因,现场试验时偶尔也能检查出错误(大多是抽头引错)。因此现场变比检查试验成为多年不变的项目。
电流互感器工作原理大致与变压器相同,不同的是变压器铁心内的交变主磁通是由一次线圈两端交流电压所产生,而电流互感器铁心内的交变主磁通是由一次线圈内电流所产生,一次主磁通在二次线圈中感应出二次电势而产生二次电流。
从电流互感器工作原理可知:决定电流互感器变比的是一次线圈匝数与二次线圈匝数之比,影响电流互感器变比误差的主要原因有:
(1) 电流的大小,比差和角差随二次电流减小而增大;
(2) 二次负荷的大小,比差和角差随二次负荷减小而减小;
(3) 二次负荷功率因数,随着二次负荷功率因数的增大,比差减小而角差增大;
(4) 电源频率的影响;
(5)其它因素。
电流互感器内部参数也可能引起变比误差,如二次线圈内阻抗、铁心截面、铁心材料、二次线圈匝数等,但这是由设计和制造决定的。
电流互感器变化的误差试验应由制造厂在出厂试验时完成或在试验室进行。而电流互感器变比现场试验属于检查性质,即不考虑上述影响电流互感器变比误差的原因而重点检查匝数比。根据电工原理,匝数比等于电压比或电流比之倒数。因此测量电压比和测量电流比都可以计算出匝数比。
2 试验方法分析
现根据试验接线图和等值电路图分别讨论电压法和电流法检查电流互感器变化试验的原理和特点。
2.1 电流法
(1) 试验原理
电流法检查电流互感器变比试验接线图如图1所示。
——电流源包括1台调压器、1台升流器;
L1、L2——电流互感器一次线圈2个端子;
K1、K2——电流互感器二次线圈2个端子;
A1——电流表(测量电流互感器一次电流);
A2——电流表(测量电流互感器二次电流)
电流法检查电流互感器变比等值电路图如图2所示。
——电流源;
A——电流表;
I1——电流互感器的一次电流;
I2′——折算到一次侧的电流互感器二次电流;
r1、x1——电流互感器一次线圈电阻、漏抗;
r2′、x2′——折算到一次的电流互感器二次线圈电阻、漏抗;
Zm——电流互感器激磁阻抗
当电流互感器正常运行时二次线圈处于短路状态,铁心磁密很低,即Zm很大。从等值电路图可知,当Zm很大时,I1=I2′。
(2) 电流法试验的特点
电流法的优点是基本模拟电流互感器实际运行(仅是二次负荷的大小有差别),从原理上讲是一种无可挑剔的试验方法,同时能保证一定的准确度,也可以说是一种容易理解的试验方法。但是随着系统容量增加,电流互感器电流越来越大,可达数万安培。现场加电流至数百安培已有困难,数千安培或数万安培几乎不可能。降低一些试验电流对减小试验容量没有多大意义,降低太多则电流互感器误差骤增。
2.2 电压法
(1) 电压法试验原理
电压法检查电流互感器变比试验接线图如图3所示。
——电压源(1 台调压器);
L1、L2——电流互感器一次线圈2个端子;
K1、K2——电流互感器二次线圈2个端子;
V——电压表,测量电流互感器二次电压;
mV——毫伏表,测量电流互感器一次电压
电压法检查电流互感器变比等值电路图如图4所示。
——电压源;
V——电压表;
mV——毫伏表;
I0——电流互感器激磁电流;
U1——电流互感器一次电压;
U2′——折算到一次侧的电流互感器二次电压;
r1、x1——电流互感器一次线圈电阻、漏抗;
r2′、x2′——折算到一次侧的电流互感器二次线圈电阻、漏抗;
Zm——电流互感器激磁阻抗
当电压法测电流互感器变比时,一次线圈开路,铁心磁密很高,极易饱和。电压U2′稍高,励磁电流I0增大很多。
从图4可得下式:
U2′+I0×(r2′+jx2′)=U1
从上式中可知引起误差的是I0×(r2′+jx2′),变比较小、额定电流5A的电流互感器二次线圈电阻和漏抗一般小于1Ω,变比较大、额定电流为1A的电流互感器二次线圈电阻和漏抗一般为1～15Ω。以1台220kV、2500A/1A电流互感器现场试验数据为例:二次线圈施加电压250kV,一次线圈测得电压100mV,此时二次线圈激磁电流约2mA,二次线圈电阻和漏抗约15Ω,I0×(r2′+jx2′)=30mV。30mV与250V相比不可能引起误差。
从上述分析可知:电压法测量电流互感器变比时只要限制激磁电流I0为mA级,即可保证一定的测量精度。
(2) 电压法试验的特点
电压法的最大优点是试验设备重量较轻,适合现场试验,只需要1个小调压器、1块电压表、1块毫伏表。仅仅是要注意限制二次线圈的励磁电流小于10mA,即可保证一定的准确度。
3结束语
(1) 用电流法检查电流互感器变比的现场试验需要笨重的试验设备,而且达到数千安培几乎不可能。若试验电流降低太多,则电流互感器误差骤增。
(2) 用电压法检查电流互感器变比的现场试验仅需要1个小调压器、1块电压表、1块毫伏表,是一种简便可靠的现场试验方法。