CN105957696B - 抗直流测量用电流互感器及制备方法 - Google Patents

抗直流测量用电流互感器及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及抗直流测量用电流互感器及制备方法，所述电流互感器由第一级抗饱和线圈和第二级速饱和线圈级联组成，所述第一级抗饱和线圈的初级绕组连接一次电流输入端子，所述第一级抗饱和线圈的次级绕组连接所述第二级速饱和线圈的初级绕组，所述第二级速饱和线圈的次级绕组连接二次电流输出端子。本发明采用第一级抗饱和线圈和第二级速饱和线圈级联，其在直流含量较高时能正常工作，同时二次输出电流满足仪表保安电流的要求，可安装在电网中直流分量较高的线路中作为计量用电流互感器使用。

Description

抗直流测量用电流互感器及制备方法
技术领域
本发明涉及一种电流互感器，尤其是指抗直流测量用电流互感器。
背景技术
测量用电流互感器将电力系统一次的大电流转换成5A或1A的小电流，与电能表共同构成电能计量装置的电流测量回路，其性能好坏直接关系到电能计量的准确度，影响电能贸易结算的公平性。
测量用电流互感器的比值差（f）和相位差（δ）是表征其性能好坏的关键指标，其在结构上与电流互感器的铁芯材料、铁芯截面、绕组匝数和绕组线径等因素有关，在使用上与电流互感器的工作电流大小、频率、波形以及二次负荷有关。安装在电力系统中的电流互感器具有确定的结构，其误差性能主要取决于运行工况。在系统正常稳态运行时，电流互感器的一次电流一般为工频正弦波，若电流互感器的变比和额定二次负荷选择恰当，其运行误差能够达到期望的目标。
然而在一些特殊情况下，电流互感器的一次电流中可能会含有直流或谐波分量，甚至是经二极管整流后的正弦半波。这些非工频成分，尤其是直流分量会对电流互感器的传变特性造成较大影响，直流偏磁磁通和交流磁通相叠加，与直流偏磁方向一致的半周铁心饱和程度增大，导致电流互感器铁心磁导率下降，励磁电流增加。此外，直流分量还会在电流互感器铁芯中形成剩磁，进一步增大电流互感器的误差。
以一台电网中常用的普通计量用低压电流互感器为测试对象，其额定电流为500A，准确度等级0.2S级。经测试表明该电流互感器在正弦半波下的比值差和相位差均随着一次电流有效值的增加迅速增大，在额定电流时的比值差超过-80%，相位差超过70˚，导致所述电流互感器完全不能正常使用。
为了克服上述问题，使电流互感器在含有较大直流分量的情况下仍能够正常工作，必须提高电流互感器磁芯的抗饱和能力，因此通常对磁芯的材料进行改进，如中国专利发明CN102820127A公开了一种抗直流电流互感器磁芯及其形成的电流互感器制备方法，通过在磁芯上设置有一未贯穿整个磁芯截面的气隙，使得磁芯可视为由带气隙的磁芯与不带气隙的磁芯叠加形成，利用不开气隙的部分满足常规条件下的精度要求，利用开有气隙的部分满足互感器在施加直流分量条件下的精度要求。上述抗直流电流互感器虽然可以作为电能表的电流取样元件，在电能表内部使用，达到抗直流影响的目的，但是作为独立的测量用电流互感器安装在电力系统中时，往往因为系统故障或开关操作会有很大的过电流流过一次绕组，从而使二次回路电流变大，导致所接的仪器仪表受到大电流的冲击。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中所述抗直流电流互感器难以满足二次仪器仪表的保护要求的问题，从而提供一种使电流互感器满足二次仪表的保护要求的抗直流测量用电流互感器及制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的一种抗直流测量用电流互感器，所述电流互感器由第一级抗饱和线圈和第二级速饱和线圈级联组成，所述第一级抗饱和线圈的初级绕组连接一次电流输入端子，所述第一级抗饱和线圈的次级绕组连接所述第二级速饱和线圈的初级绕组，所述第二级速饱和线圈的次级绕组连接二次电流输出端子。
在本发明的一个实施例中，所述第一级抗饱和线圈的磁芯采用铁基非晶铁芯或气隙铁芯。
在本发明的一个实施例中，所述第一级抗饱和线圈的磁芯采用由超微晶铁芯与铁基非晶铁芯或气隙铁芯组成的双铁芯结构。
在本发明的一个实施例中，所述第一级抗饱和线圈的次级绕组和初级绕组的匝数比等于一次额定电流和二次额定电流比。
在本发明的一个实施例中，所述第二级速饱和线圈的磁芯采用超微晶或者坡莫合金的铁磁材料。
在本发明的一个实施例中，所述第二级速饱和线圈的额定电流为1A或者5A，匝数比为1:1。
本发明的还提供了一种抗直流测量用电流互感器的制备方法，将第一级抗饱和线圈和第二级速饱和线圈进行级联，其步骤如下：步骤S1：将第一级的抗饱和线圈的初级绕组作为一次电流的输入端子；步骤S2：将所述第一级的抗饱和线圈的次级绕组连接所述第二级速饱和线圈的初级绕组；步骤S3：将第二级速饱和线圈的次级绕组作为二次电流输出端子。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S1之前还设有步骤S0：根据抗直流电流互感器的准确度要求设计抗饱和线圈的磁芯材料和结构。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S0中，采用漆包铜导线在所述第一级抗饱和线圈的磁芯上先绕制次级绕组，根据电流互感器的工作电压等级选取适当的主绝缘方式，然后绕制初级绕组，并对所述第一级抗饱和线圈的比例误差进行必要的匝数补偿。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S0中，当一次电流较大时，所述初级绕组采用穿心的方式。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述抗直流测量用电流互感器及制备方法，采用第一级抗饱和线圈和第二级速饱和线圈级联，其在直流含量较高时能正常工作，同时二次输出电流满足仪表保安电流的要求，可安装在电网中直流分量较高的线路中作为计量用电流互感器使用，另外，采用常规互感器的铁芯材料和制造工艺，结构简单，成本低，便于维护，便于大范围推广应用。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明所述抗直流测量用电流互感器的示意图。
具体实施方式
实施例一：
请参考图1所示，本实施例提供一种抗直流测量用电流互感器，所述电流互感器由第一级抗饱和线圈10和第二级速饱和线圈20级联组成，所述第一级抗饱和线圈10的初级绕组11连接一次电流输入端子，所述第一级抗饱和线圈10的次级绕组12连接所述第二级速饱和线圈20的初级绕组21，所述第二级速饱和线圈20的次级绕组22连接二次电流输出端子。
上述是本发明所述的核心技术领域，本发明所述抗直流测量用电流互感器，所述电流互感器由第一级抗饱和线圈10和第二级速饱和线圈20级联组成，从而具有较强的抗直流能力，克服了传统电流互感器易受直流分量影响，导致比值差和相位差急剧增大的缺点，在一次电流含直流分量时仍能够作为计量用互感器使用，所述第一级抗饱和线圈10的初级绕组11连接一次电流输入端子，由所述第一级抗饱和线圈10的初级绕组11抵抗一次电流中的直流分量，所述第一级抗饱和线圈的次级绕组12连接所述第二级速饱和线圈20的初级绕组21，仅将交流分量按比例准确的传递至所述第二级速饱和线圈20的初级绕组21上，所述第二级速饱和线圈20的初级绕组21在一次交流电流达到规定的保安电流限值时率先饱和，所述第二级速饱和线圈20的次级绕组22连接二次电流输出端子，当系统故障或开关操作产生很大的过电流流过一次绕组时，能够有效保护二次回路所接的仪器仪表免受大电流的冲击，使输出的二次电流满足仪表保安电流的要求，从而具有限制二次电流过大的能力，便于安装在电网中直流分量较高的线路中作为计量用电流互感器使用。
本实施例中，根据抗直流电流互感器的准确度要求，设计所述第一级抗饱和线圈10的磁芯材料和结构；准确度为3级或5级的电流互感器，所述第一级抗饱和线圈10的磁芯采用铁基非晶铁芯、气隙铁芯；准确度1级—0.2级的电流互感器，所述第一级抗饱和线圈的磁芯采用由超微晶铁芯与铁基非晶铁芯或气隙铁芯组成的双铁芯结构，从而能够抵抗一次电流中直流分量的影响，使电流互感器满足抗直流性能要求，有利于保证饱和磁感应强度高，在一次电流中含有直流分量的情况下能够正常工作。
另外，根据所述电流互感器的额定电流、额定电压、额定变比、额定二次负荷、误差限值等技术指标要求，采用电流互感器的误差计算公式，以及所选铁芯材料的励磁曲线，计算所述第一级抗饱和线圈10的铁芯截面和尺寸。
所述第一级抗饱和线圈10在磁芯上先后绕制次级绕组12和初级绕组11，当一次电流较大时，初级绕组11可采用穿心的方式，所述第一级抗饱和线圈10的次级绕组12沿铁芯均匀绕制100匝。所述第一级抗饱和线圈10的次级绕组12和初级绕组11的匝数比等于一次额定电流和二次额定电流比。
所述第二级速饱和线圈20的磁芯采用超微晶或者坡莫合金的铁磁材料。上述铁磁材料作为磁芯时，不但初始磁导率高，而且饱和磁感应强度小，在一次电流达到规定的保安电流限值时，第二级铁心率先饱和，从而使输出的二次电流满足仪表保安电流的要求。
所述第二级速饱和线圈20的额定电流为1A或者5A，匝数比为1:1。以超微晶或坡莫合金材料作为第二级速饱和线圈20的铁芯，选择适当的截面积和安匝数，使所述第二级速饱和线圈20在额定输出电流和额定负荷下的误差满足电流互感器的准确度要求，而且当输入电流达到仪表保安电流时所述第二级速饱和线圈20的复合误差不小于10%。
本实施例中，所述双级抗直流电流互感器的主要技术要求为：工作电压380V，额定一次电流为500A，额定二次电流为5A，额定二次负荷为5VA，交流下准确度等级为0.2S级，正弦半波下准确度等级为1级，仪表保安系数为5。
按照国家计量检定规程JJG 1021-2007《电力互感器》的规定，测量所述双级电流互感器在工频交流下的误差，测量结果表明所述互感器在交流下满足0.2S级要求。在正弦半波条件下，以LEM ITZ型零磁通传感器作为参考标准，采用基于精密数据采集技术的数字化互感器校验仪作为误差测量装置，将参考标准信号和上述互感器的被测信号采样后用离散傅里叶变换分解成基波和谐波信号，然后计算出基波信号的比值差（f）和相位差（δ）。测量结果表明所述互感器在正弦半波下满足1级要求。在GB 20840.2规定的间接法测量所述双级电流互感器的仪表保安电流，满足仪表保安系数为5的要求。
实施例二：
本实施提供一种抗直流测量用电流互感器的制备方法，将第一级抗饱和线圈10和第二级速饱和线圈20进行级联，其步骤如下：步骤S1：将第一级的抗饱和线圈10的初级绕组11作为一次电流的输入端子；步骤S2：将所述第一级的抗饱和线圈10的次级绕组12连接所述第二级速饱和线圈20的初级绕组21；步骤S3：将第二级速饱和线圈20的次级绕组22作为二次电流输出端子。
本实施所述抗直流测量用电流互感器的制备方法，所述步骤S1中，将第一级的抗饱和线圈10的初级绕组11作为一次电流的输入端子，由所述第一级抗饱和线圈10的初级绕组11抵抗一次电流中的直流分量；所述步骤S2中，将所述第一级的抗饱和线圈10的次级绕组12连接所述第二级速饱和线圈20的初级绕组21，仅将交流分量按比例准确的传递至所述第二级速饱和线圈20的初级绕组21上，所述第二级速饱和线圈20的初级绕组21在一次交流电流达到规定的保安电流限值时率先饱和；所述步骤S3中，将第二级速饱和线圈20的次级绕组22作为二次电流输出端子，当系统故障或开关操作产生很大的过电流流过一次绕组时，能够有效保护二次回路所接的仪器仪表免受大电流的冲击，使输出的二次电流满足仪表保安电流的要求，从而具有限制二次电流过大的能力，便于安装在电网中直流分量较高的线路中作为计量用电流互感器使用。
本实施例中，所述步骤S1之前还设有步骤S0：根据抗直流电流互感器的准确度要求设计抗饱和线圈的磁芯材料和结构。准确度为3级或5级的电流互感器，所述第一级抗饱和线圈10的磁芯采用铁基非晶铁芯、气隙铁芯；准确度1级—0.2级的电流互感器，所述第一级抗饱和线圈的磁芯采用由超微晶铁芯与铁基非晶铁芯或气隙铁芯组成的双铁芯结构，从而能够抵抗一次电流中直流分量的影响，使电流互感器满足抗直流性能要求，有利于保证饱和磁感应强度高，在一次电流中含有直流分量的情况下能够正常工作。
所述步骤S0中，采用适当线径的漆包铜导线在所述第一级抗饱和线圈10的磁芯上先绕制次级绕组12，根据电流互感器的工作电压等级选取适当的主绝缘方式，然后绕制初级绕组11，并对所述第一级抗饱和线圈10的比例误差进行必要的匝数补偿。另外，当一次电流较大时，所述初级绕组11采用穿心的方式。
本实施例中，对级联后形成的双级电流互感器的整体误差进行匝数补偿，从而使制备的电流互感器可以在直流含量较高时正常工作。
综上，本发明所述技术方案具有以下优点：
1.本发明所述抗直流测量用电流互感器，所述电流互感器由第一级抗饱和线圈和第二级速饱和线圈级联组成，从而具有较强的抗直流能力，克服了传统电流互感器易受直流分量影响，导致比值差和相位差急剧增大的缺点，在一次电流含直流分量时仍能够作为计量用互感器使用，所述第一级抗饱和线圈的初级绕组连接一次电流输入端子，由所述第一级抗饱和线圈的初级绕组抵抗一次电流中的直流分量，所述第一级抗饱和线圈的次级绕组连接所述第二级速饱和线圈的初级绕组，仅将交流分量按比例准确的传递至所述第二级速饱和线圈的初级绕组上，所述第二级速饱和线圈的初级绕组在一次交流电流达到规定的保安电流限值时率先饱和，所述第二级速饱和线圈的次级绕组连接二次电流输出端子，当系统故障或开关操作产生很大的过电流流过一次绕组时，能够有效保护二次回路所接的仪器仪表免受大电流的冲击，使输出的二次电流满足仪表保安电流的要求，从而具有限制二次电流过大的能力，便于安装在电网中直流分量较高的线路中作为计量用电流互感器使用。
2.本发明所述抗直流测量用电流互感器的制备方法，所述步骤S1中，将第一级的抗饱和线圈的初级绕组作为一次电流的输入端子，由所述第一级抗饱和线圈的初级绕组抵抗一次电流中的直流分量；所述步骤S2中，将所述第一级的抗饱和线圈的次级绕组连接所述第二级速饱和线圈的初级绕组，仅将交流分量按比例准确的传递至所述第二级速饱和线圈的初级绕组上，所述第二级速饱和线圈的初级绕组在一次交流电流达到规定的保安电流限值时率先饱和；所述步骤S3中，将第二级速饱和线圈的次级绕组作为二次电流输出端子，当系统故障或开关操作产生很大的过电流流过一次绕组时，能够有效保护二次回路所接的仪器仪表免受大电流的冲击，使输出的二次电流满足仪表保安电流的要求，从而具有限制二次电流过大的能力，便于安装在电网中直流分量较高的线路中作为计量用电流互感器使用。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种抗直流测量用电流互感器， 其特征在于： 所述电流互感器由第一级抗饱和线圈
和第二级速饱和线圈级联组成， 所述第一级抗饱和线圈的初级绕组连接一次电流输入端子，所述第一级抗饱和线圈的次级绕组连接所述第二级速饱和线圈的初级绕组， 所述第二级速饱和线圈的次级绕组连接二次电流输出端子；准确度为3级或5级的电流互感器，所述第一级抗饱和线圈的磁芯采用铁基非晶铁芯；准确度1级-0.2级的电流互感器，所述第一级抗饱和线圈的磁芯采用由超微晶铁芯与铁基非晶铁芯或气隙铁芯组成的双铁芯结构。
2.根据权利要求1所述的抗直流测量用电流互感器， 其特征在于： 所述第一级抗饱和线圈的次级绕组和初级绕组的匝数比等于一次额定电流和二次额定电流比。
3.根据权利要求1所述的抗直流测量用电流互感器， 其特征在于： 所述第二级速饱和线圈的磁芯采用超微晶或者坡莫合金的铁磁材料。
4.根据权利要求3所述的抗直流测量用电流互感器， 其特征在于： 所述第二级速饱和线圈的额定电流为1A或者5A， 匝数比为1:1。
5.一种抗直流测量用电流互感器的制备方法， 将第一级抗饱和线圈和第二级速饱和线圈进行级联，其步骤如下：
步骤S1： 将第一级的抗饱和线圈的初级绕组作为一次电流的输入端子；
步骤S2： 将所述第一级的抗饱和线圈的次级绕组连接所述第二级速饱和线圈的初级绕
组，仅将交流分量按比例准确的传递至所述第二级速饱和线圈的初级绕组上，所述第二级速饱和线圈的初级绕组在一次交流电流达到规定的保安电流限值时率先饱和；
步骤S3： 将第二级速饱和线圈的次级绕组作为二次电流输出端子；当系统故障或开关操作产生很大的过电流流过一次绕组时，能够有效保护二次回路所接的仪器仪表免受大电流的冲击， 使输出的二次电流满足仪表保安电流的要求， 从而具有限制二次电流过大的能力；准确度为3级或5级的电流互感器，所述第一级抗饱和线圈的磁芯采用铁基非晶铁芯或气隙铁芯；准确度1级-0.2级的电流互感器，所述第一级抗饱和线圈的磁芯采用由超微晶铁芯与铁基非晶铁芯或气隙铁芯组成的双铁芯结构。
6.根据权利要求5所述的抗直流测量用电流互感器的制备方法， 其特征在于： 所述步骤S1之前还设有步骤S0： 根据抗直流电流互感器的准确度要求设计抗饱和线圈的磁芯材料和结构。
7.根据权利要求6所述的抗直流测量用电流互感器的制备方法， 其特征在于： 所述步骤S0中， 采用漆包铜导线在所述第一级抗饱和线圈的磁芯上先绕制次级绕组， 根据电流互感器的工作电压等级选取适当的主绝缘方式， 然后绕制初级绕组， 并对所述第一级抗饱和线圈的比例误差进行必要的匝数补偿。
8.根据权利要求7所述的抗直流测量用电流互感器的制备方法， 其特征在于： 所述步骤S0中， 当一次电流较大时， 所述初级绕组采用穿心的方式。
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