句符民

(山西地方電力有限公司朔州分公司，山西 朔州 036000)

試論互感器對電能計(jì)量的影響

句符民

(山西地方電力有限公司朔州分公司，山西 朔州 036000)

簡要敘述了電流互感器、電壓互感器的工作原理，對電流互感器、電壓互感器對電能計(jì)量的影響進(jìn)行了分析探討，最后提出了防止電能計(jì)量出現(xiàn)誤差的建議。

互感器；電能計(jì)量；影響；誤差

0 引言

電能是當(dāng)前生產(chǎn)生活的重要能源，電能的計(jì)量直接關(guān)系到使用電能的人群的利益。由于用戶使用的電能往往電流較大或電壓等級較高，故一般通過電流互感器/電壓互感器將大電流/電壓轉(zhuǎn)化為較低的電流/電壓，再連接至計(jì)量表計(jì)。這種連接方法有利于保證計(jì)量表計(jì)等設(shè)備的安全性和規(guī)范性，給表計(jì)的選擇、使用帶來了極大的方便，但也相應(yīng)地出現(xiàn)了一些問題，本文即對此展開分析和研究。

1 互感器的工作原理

電流互感器、電壓互感器是互感器的兩種類型，是電能計(jì)量中的信息源。互感器的作用主要有3個(gè)方面：(1) 保障電力系統(tǒng)中一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)隔離；(2) 將數(shù)值較大的電壓/電流轉(zhuǎn)變?yōu)檩^小的電壓/電流；(3) 標(biāo)準(zhǔn)化，即將不同電壓等級、不同大小電流都轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的100 V電壓的電流或5 A、1 A電流的電壓，以方便使用。

互感器的結(jié)構(gòu)和原理與一般變壓器相似，由兩個(gè)閉合繞組(一次繞組、二次繞組)組成，繞組匝數(shù)分別為N1、N2。其中電壓互感器與普通降壓變壓器特性相似，一次繞組與電網(wǎng)并聯(lián)，二次繞組并聯(lián)于二次設(shè)備的電壓線圈，電壓線圈的阻抗很高，二次回路相當(dāng)于開路。運(yùn)行中，需要防止二次回路短路，因此往往設(shè)置熔斷器、斷路器等防短路元器件。電流互感器的一次繞組與電力設(shè)備串聯(lián)，二次繞組與二次設(shè)備(如電能表)的電流線圈串聯(lián)，電能表的電流線圈內(nèi)阻很小，所以電流互感器相當(dāng)于二次短路運(yùn)行的變壓器。電流互感器磁通密度設(shè)計(jì)一般在0.08～0.1 T范圍內(nèi)，磁損耗小。正常運(yùn)行時(shí)，用來建立磁場能量的激磁安匝數(shù)也相應(yīng)很小，漏磁安匝數(shù)在一次安匝數(shù)中所占比例也很小，大約占到0.3%～1%。激磁安匝的主要作用是在鐵芯中建立磁通，以保證能量順利從一次側(cè)傳遞到二次側(cè)。

互感器設(shè)備是電能計(jì)量中非常重要的一環(huán)，只有保障電壓/電流順利地從一次側(cè)傳遞到二次側(cè)，且一次側(cè)電流與二次側(cè)電流在比例/相位上具有一致性，才能確保計(jì)量的準(zhǔn)確性。因此，電流互感器及其二次回路對于電能數(shù)值計(jì)量的精確性有著巨大的影響。

2 電流互感器對電能計(jì)量的影響

2.1 電流互感器勵(lì)磁產(chǎn)生的影響

電流互感器首先需在互感器鐵芯內(nèi)建立磁場，這樣方能保障電流的正常傳遞。建立磁場的這部分消耗稱為鐵芯磁耗，對應(yīng)為勵(lì)磁安匝，因此，電流互感器誤差的主要原因便是勵(lì)磁安匝。電流互感器的誤差包含比值差(f)和相角差(δ)，與外界阻抗、鐵芯特性都有關(guān)系。由于電流互感器的特性，只有二次負(fù)荷控制在額定負(fù)荷的25%～100%，才能基本保證準(zhǔn)確性，而二次負(fù)荷在30%～60%之間，才能使電流互感器的性能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)，從而有效減小檢測誤差。

2.2 共用繞組產(chǎn)生的誤差

共用電流互感器的二次繞組，如繼電保護(hù)和計(jì)量表計(jì)共用一個(gè)電流互感器，則可能導(dǎo)致較大的誤差，這是由于二者的特性不同。保護(hù)用電流互感器對正常運(yùn)行時(shí)的精確度要求不高，而對故障發(fā)生時(shí)的準(zhǔn)確性要求較高，如要求抗飽和性能高等。計(jì)量用電流互感器則對正常運(yùn)行時(shí)的精確度要求很高，最典型的表現(xiàn)為，用于保護(hù)的電流互感器一般標(biāo)為P級，即Protection繼電保護(hù)級，而計(jì)量用電流互感器往往采用S級，即精確度較高的Special特殊級。

2.3 電流互感器選型導(dǎo)致的誤差

實(shí)際運(yùn)行中，由于負(fù)荷電流不斷變化，難以保證其一直在準(zhǔn)確的范圍內(nèi)，當(dāng)負(fù)荷電流變化幅度較大或者長期在負(fù)荷水平較低或較高的工況下使用時(shí)，則會造成電流互感器誤差較大，從而產(chǎn)生較大的計(jì)量誤差。這種情況主要是由電流互感器變比選擇不當(dāng)造成的。如負(fù)荷水平長期較低，則需要選擇變比較低的互感器；如負(fù)荷水平長期超過額定負(fù)荷，則表明互感器選擇不當(dāng)或者運(yùn)行過程中負(fù)荷增加，需要提高互感器的變比。

2.4 電流互感器接線帶來的誤差

電流互感器的特性決定了其二次負(fù)荷要保持在較低的水平，如果電流互感器的二次負(fù)荷較高，如二次回路線徑較小、線路過長、連接阻抗較大等，會導(dǎo)致勵(lì)磁電流變大，誤差增大。因此，在使用過程中，計(jì)量回路一般要求使用4 mm2的導(dǎo)線，以盡量避免線徑過小導(dǎo)致的誤差，從而提高計(jì)量的準(zhǔn)確性。

將三相三線電能表用于測量三相四線電能時(shí)，由于三相負(fù)載存在不平衡，即三相電流幅值不等或者相位不滿足對稱，則中性線有電流存在，會產(chǎn)生附加誤差。

3 電壓互感器對電能計(jì)量的影響

3.1 共用繞組產(chǎn)生的誤差

實(shí)際應(yīng)用中，由于電壓互感器數(shù)量不足，特別是在老舊變電所的改造過程中，出于節(jié)約成本或改造方便的需要，在增加二次設(shè)備時(shí)，常常利用原有電壓互感器甚至原有二次回路，這種改造難免會發(fā)生共用繞組、共用電纜的情況。由于不同的二次設(shè)備對于互感器的精度要求不同，將保護(hù)用電壓互感器或普通互感器用于計(jì)量，不可避免地會帶來誤差。

3.2 二次斷線帶來的計(jì)量損失

電壓互感器二次斷線所產(chǎn)生的影響不應(yīng)歸為誤差，而應(yīng)歸類為計(jì)量錯(cuò)誤或計(jì)量損失，其遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過誤差的范疇。當(dāng)二次設(shè)備、二次回路出現(xiàn)短路、過負(fù)荷等情況時(shí)，二次回路的熔斷器或斷路器會斷開，以保障二次回路和二次設(shè)備的安全。但回路斷開會導(dǎo)致計(jì)量儀表失去電壓，從而無法計(jì)量，因此這段時(shí)間內(nèi)使用的電能會在計(jì)量儀表中缺失，從而導(dǎo)致計(jì)量損失。

4 避免影響的幾點(diǎn)建議

(1) 選擇使用性能穩(wěn)定的互感器。由于互感器是電能計(jì)量的信息源，其性能是否穩(wěn)定，直接關(guān)系到計(jì)量的準(zhǔn)確性和可靠性，故選擇性能穩(wěn)定的互感器成為了保證計(jì)量可靠性的基礎(chǔ)。

(2) 根據(jù)計(jì)量負(fù)荷的大小合理預(yù)測和選擇電流互感器的變比。電流互感器的變比應(yīng)依據(jù)過往的計(jì)量和統(tǒng)計(jì)情況，對未來負(fù)荷情況進(jìn)行分析，或考慮到未來計(jì)量發(fā)展的情況，綜合分析后進(jìn)行選擇，以盡量避免由于電流互感器變比選擇不當(dāng)導(dǎo)致的誤差。

(3) 根據(jù)用電量的多少合理確定檢定周期。對于可能出現(xiàn)的誤差，只有在檢測時(shí)才能發(fā)現(xiàn)。進(jìn)行檢測時(shí)，需要考慮可能出現(xiàn)的狀況，并根據(jù)過往的計(jì)量情況進(jìn)行分析，查找出可能出現(xiàn)問題的互感器或表計(jì)，及時(shí)檢測并發(fā)現(xiàn)、解決故障。

(4) 盡量避免共用互感器。不能將用于繼電保護(hù)的電流互感器和電能計(jì)量的電流互感器混用，否則會因繼電保護(hù)的要求影響互感器的準(zhǔn)確性，最后影響電能計(jì)量。用戶為了更精準(zhǔn)地測量電量，必須配置計(jì)量專用的電流互感器。

(5) 電流互感器的一次繞組必須與被測線路進(jìn)行串聯(lián)，同時(shí)，二次繞組和電測儀表進(jìn)行串聯(lián)，技術(shù)人員在接線時(shí)要嚴(yán)格檢測電流互感器的極性，如果電流互感器內(nèi)置結(jié)構(gòu)中線圈的引出線接錯(cuò)了位置或者端鈕標(biāo)志錯(cuò)誤，那么極性就可能接反，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確計(jì)量電能。

(6) 在使用電流互感器前需認(rèn)真進(jìn)行檢查，檢測互感器變比和極性，保證實(shí)際倍率符合銘牌標(biāo)定，極性正確。在安裝過程中，需要對電流互感器的一次、二次回路等進(jìn)行檢查，保證沒有短接、開路等問題出現(xiàn)，還需要檢查二次端子，防止出現(xiàn)接觸不良等問題。對電壓互感器的檢查，需保證接線的正確性和可靠性，避免出現(xiàn)虛接、開斷、錯(cuò)接等常見問題，防止電能計(jì)量出現(xiàn)誤差。

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[3] 張家祥，謝田友.電流互感器對電能計(jì)量的影響分析[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2013(12)

[4] 徐漢成.電流互感器的誤差對電能計(jì)量的影響分析[J].中國計(jì)量，2009(12)

2014-07-07

句符民(1977—)，男，山西朔州人，助理工程師，從事電力計(jì)量工作。