CN111948593B

CN111948593B - 电流互感器励磁电流测量法

Info

Publication number: CN111948593B
Application number: CN202010733348.7A
Authority: CN
Inventors: 许灵洁; 陈骁; 沈建良; 吕几凡; 张卫华; 郭鹏; 刘勇; 周琦; 李航康; 朱重冶; 南昊; 施吉祥; 韦良森; 周毅; 傅月江; 陆家琦; 孔祥峰; 华晶; 张岳平; 陈欢军
Original assignee: Ningbo Sunrise Instruments Co ltd; State Grid Corp of China SGCC; State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd; Marketing Service Center of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Current assignee: Ningbo Sunrise Instruments Co ltd; State Grid Corp of China SGCC; State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd; Marketing Service Center of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Priority date: 2020-07-27
Filing date: 2020-07-27
Publication date: 2023-07-28
Anticipated expiration: 2040-07-27
Also published as: CN111948593A

Abstract

本发明公开了一种电流互感器励磁电流测量法。本发明在计算得到各测试点额定及下限电压点后，需要在一次端施加横流交流输出，二次回路断路接入测量系统；在一次端横流电流的逐步提升过程中，二次端会逐步产生感应电压，当达到之前计算的额定或下限的测试点时，记录当前情况下的一次电流，还有一次电流和二次感应电压通道的相位差；此时计算当前百分点情况下的电流值以及比差和角差数据。本发明在测得电流互感器的各种测试数据后，根据测试数据以及电流互感器的额定数据代入计算公式得出误差的数据，保证了测量的准确性和重复性。

Description

电流互感器励磁电流测量法

技术领域

本发明涉及电流互感器误差数据的测量，具体地说是一种电流互感器励磁电流测量法，专门用于检测电流互感器在其各个百分点工作状态下的比差、角差、变比、极性等数据。

背景技术

目前用于电流互感器的测试方法有很多种，有基于实升电流的直接法测量、负荷外推法，还有基于不实际升电流的低较高法等。

现有的电流互感器非常丰富，各种变比、各种样式、各种容量都有。对于直接法，测试的情况最接近现实状态，结果较为真实；但是缺点是要随被试品的参数信息去产生相应的一次电流；在部分测试条件有限的情况下难以测试大变比，无法升到相应的一次电流。所以就有了负荷外推法，该方法是在基于能测试到的最大工作点数据及一半工作点的数据，然后进行负荷的模拟，测量模拟负荷状态下的工作点的误差数据，逐步推算指定工作点的误差数据。以上的方法都是基于实升电流的。实升电流的优点是在能测到的工作点时，数据比较准确，符合实际工作情况。缺点之一是在实际一次电流升不到的情况下，就需要进行负荷外推进行推算，否则无法达到测试工作点。推算的情况已经不是实升，所以数据也没有了实升的可靠性。缺点之二是因为需要实升电流，所以需要大功率源，升流器，大电流一次导线以及内置标准电流互感器。这些设备大大增加了装置的重量以及体积，使实际现场测试非常的不方便；而且装置内东西又多又重，又进一步降低了装置的可靠性，在搬运过程中，颠簸或者意外掉落更容易损坏装置，使测试失败。

基于这种情况，出现了低较高的测试方法。低较高法也有多种不同的变种，各自测试的方式又不一样，所以有很多共通的优点，也有共通的缺点。由于不再实际升流，所以省去了功率源，升流器，大电流一次导线以及内置标准电流互感器。这样使得测试装置的体积、重量可以大大减小，可以直接做成手提式的仪器，大大提升了仪器的可靠性，这也是低较高仪器共通的优点。当然，不再实际升流就导致了测试误差数据的可靠性差，全靠推测的方式使得误差数据有可能出现晃动、重复性不好、或者测不准这样的情况出现。以纯电压输出的低较高法为例，其测量被试品的导纳阻抗等数据进行计算，最终得出被试品在各个工作点的误差数据；它的输出都是以电压的方式，几乎没有电流，所以它的输出源也不需要多大的功率，体积也很小。数据的稳定性也还可以，误差也在正常范围内。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种电流互感器励磁电流测量法，其在测得电流互感器的各种测试数据后，根据测试数据以及电流互感器的额定数据代入计算公式得出误差的数据，以保证测量的准确性和重复性。

为此，本发明采用如下的技术方案：电流互感器励磁电流测量法，其测量以下数据：被测电流互感器二次回路的直流电阻、加压情况下一次回路与二次回路的准确比值、二次回路形成的电流以及相位、互感器二次端的各个额定工作电压、一次回路加电流形成的电流与相位；

所述直流电阻的测量：使用两根输出线输出横流直流电流施加在被测电流互感器二次端，被测电流互感器产生的直流电压再通过另外两根连接线连入仪器，采集电压计算被测电流互感器的二次直流电阻；

所述一次回路与二次回路的准确比值的测量：通过功率源输出电压加在电流互感器二次端，一次回路断路，在一次端量出电压，一次回路电压和二次回路电压的准确数值相除为一次回路与二次回路的准确比值；测试时不使用工频50HZ测试，而使用异频输出，再滤除50HZ对测试的干扰；

所述二次回路形成的电流以及相位：上述比值测试完成后切换测量通道，测量加压在电流互感器二次端形成的电流，以及该加压与形成电流的相位关系；测得上述数据后，进行以下数据的计算：

额定变比，额定互感器的比例值；

基础变比：实测的互感器二次回路电压与一次回路电压的比例；

实际变比：扣除互感器二次端直流电阻影响后的实际变比；

额定合成阻抗：额定负荷及功率因素下的阻抗；

下限合成阻抗：下限负荷及功率因素下的阻抗；

额定合成相角：额定负荷及功率因素下的相角数据；

下限合成相角：下限负荷及功率因素下的相角数据；

测试所需百分表对应的二次电压点；

在计算得到各测试点额定及下限电压点后，需要在一次端施加横流交流输出，二次回路断路接入测量系统；在一次端横流电流的逐步提升过程中，二次端会逐步产生感应电压，当达到之前计算的额定或下限的测试点时，记录当前情况下的一次电流Iex，还有一次电流Iex和二次感应电压通道的相位差υ；此时计算当前百分点情况下的电流值Ist以及比差和角差数据。

进一步地，所述实际变比的计算公式为：

进一步地，所述额定合成阻抗的计算公式为：

进一步地，所述下限合成阻抗的计算公式为：

进一步地，所述额定合成相角的计算公式为：

进一步地，所述下限合成相角的计算公式为：

进一步地，每个百分点都有它自己的Ist，它代表着该百分点下二次应该有的电流值，由于测量情况下二次是开路的，实际上不会有电流；

Ist的计算公式如下：假设测量百分点为X％，则

X％比差＝(X％*额定二次电流-Ist*实际变比/额定变比)/(Ist*实际变比/额定变比)*100，

X％角差＝ATAN(Iex*sin((相位差υ-额定合成相角)*π/180)/实际变比/Ist)*3438。

本发明具有的有益效果如下：本发明在测得电流互感器的各种测试数据后，根据测试数据以及电流互感器的额定数据代入计算公式得出误差的数据，保证了测量的准确性和重复性。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中直流电阻的测量回路图；

图2为本发明具体实施方式中变比测量时的回路图；

图3为本发明具体实施方式中输出一次电流时的回路图；

图4为本发明具体实施方式中直流横流发生电路图；

图5为本发明具体实施方式中交流横流发生电路图。

具体实施方式

本发明提供一种电流互感器励磁电流测量法。

测试的数据有如下几个：被测电流互感器二次回路的直流电阻；加压情况下一次回路与二次回路的准确比值；二次回路形成的电流以及相位；互感器二次端的各个额定工作电压；一次回路加电流形成的电流与相位。

直流电阻的测量，测量系统使用两根输出线输出横流直流电流施加再被试品(即被测电流互感器)二次端，被试品产生的直流电压再通过另外两根连接线连入仪器，采集电压计算被试品的二次直流电阻，这就是4线测电阻的方式，该测试方式去除了正常2线测试的两个线的直流电阻，一般互感器的直流电阻都至少在几十毫欧到几欧姆之间，导线的电阻影响也是很大的，所以采取4线测电阻可以有更高的精度。

直流电阻的测量回路如图1所示，电压输入线应尽量靠近被试品二次端。

一次回路与二次回路准确比值的测量。这个参数就是变比的比值，但是要精确测量这个值，通过功率源输出电压加在电流互感器二次端，一次断路，这样在一次端就可以量出差不多成比例的电压(例如1500：5的互感器，二次加压15V，一次就应该会有50mV左右的电压)。两个电压的准确数值相除就是大致的变比。但是基于工频的测量干扰非常大，会导致一次的小信号有较大的干扰，所以测试时不使用工频50HZ测试，而使用异频输出，再加上软件的处理，可以滤除50HZ对测试的干扰，使测试数据更加准确。

变比测试的回路如图2所示。

实际变比的测量除了测试一次回路与二次回路的电压之比的大致比例之外，也需要测试施加同样的二次电压，在二次端会形成电流，需要采集电流以及电压和电流的相位数据。

输出一次电流时的回路如图3所示。

测得了以上这些数据后，需要计算一些数据。

1.额定变比：额定互感器的比例值。

2.基础变比：实测的互感器二次电压与一次电压的比例。

3.实际变比：扣除互感器二次端直流电阻影响后的真实的实际变比。

4.额定合成阻抗：额定负荷及功率因素下的阻抗。

5.下限合成阻抗：下限负荷及功率因素下的阻抗。

6.额定合成相角：额定负荷及功率因素下的相角数据。

7.下限合成相角：下限负荷及功率因素下的相角数据。

8.测试所需百分表对应的二次电压点：这个电压点有很多，有额定1％、5％、20％、100％、120％、下限1％、5％、20％、100％或者50％、80％这种点也是可以的，这个数据代表了互感器的工作百分点。

举个例子，一个1500：5、10VA额定负荷、3.75VA下限负荷、0.8的功率因素的被试品。

根据步骤测试

1.先直流横流测得直流电阻为0.3欧姆。

2.向被试品二次施加15V的交流。采样一次开路电压为50.047mv。

3.采样测得二次回路的电流为17.9ma，相位为37.6度。

4.开始计算数据

(1)额定变比:1500/5＝300。

(2)基础变比:15V/0.050047＝299.72。

(3)实际变比:

(4)额定合成阻抗:

(5)下限合成阻抗:

(6)额定合成相角:

(7)下限合成相角:

(8)计算工作电压点：

额定：

1)1％: 1％*5*0.664＝0.0332。

2)5％: 5％*5*0.664＝0.166。

3)20％: 20％*5*0.664＝0.664。

4)100％: 100％*5*0.664＝3.32。

5)120％:120％*5*0.664＝3.984。

下限：

1)1％: 1％*5*0.429＝0.0214。

2)5％: 5％*5*0.429＝0.107。

3)20％: 20％*5*0.429＝0.429。

4)100％: 100％*5*0.429＝2.145。

一次输出交流横流，测得的电流与相位数据及计算的比差角差如下：

(1)二次电压为0.0332时，一次电流为0.118A，电流与感应电压的相位角度为68度。

额定1％的额定1％的比差＝(1％*5-0.0502698*299.63/300)/(0.0502698*299.63/300)*100＝-0.415％。

额定1％的角差＝ATAN(0.118*sin((68-21.16)*π/180)/299.63/0.0502698)*3438＝19.6分。

(2)二次电压为0.166时，一次电流为0.254A，电流与感应电压的相位角度为58度。

额定5％的额定5％的比差＝(5％*5-0.250678122*299.63/300)/(0.250678122*299.63/300)*100＝-0.148％。额定5％的角差＝ATAN(0.254*sin((58-21.16)*π/180)/299.63/0.250678122)*3438＝6.9分。

(3)二次电压为0.664时，一次电流为0.49A，电流与感应电压的相位角度为52度。

额定20％的额定20％的比差＝(20％*5-1.001401289*299.63/300)/(1.001401289*299.63/300)*100＝-0.018％。额定20％的角差＝ATAN(0.49*sin((52-21.16)*π/180)/299.63/1.001401289)*3438＝2.88分。

(4)二次电压为3.32时，一次电流为1.412A，电流与感应电压的相位角度为47度。

额定100％的

额定100％的比差＝(100％*5-5.004225741*299.63/300)/(5.004225741*299.63/300)*100＝0.038％。额定100％的角差＝ATAN(1.412*sin((47-21.16)*π/180)/299.63/5.004225741)*3438＝1.4分。

(5)二次电压为3.98时，一次电流为1.617A，电流与感应电压的相位角度为44度。

额定120％的

额定120％的比差＝(120％*5-6.00496779*299.63/300)/(6.00496779*299.63/300)*100＝0.04％。额定120％的角差＝ATAN(1.617*sin((44-21.16)*π/180)/299.63/6.00496779)*3438＝1.2分。

(6)二次电压为0.0214时，一次电流为0.096A，电流与感应电压的相位角度为68度。

下限1％的下限1％的比差＝(1％*5-0.050180079*299.63/300)/(0.050180079*299.63/300)*100＝-0.237％。

下限1％的角差＝ATAN(0.096*sin((68-12.09)*π/180)/299.63/0.050180079)*3438＝18.1分。

(7)二次电压为0.107时，一次电流为0.202A，电流与感应电压的相位角度为58.6度。

下限5％的

下限5％的比差＝(5％*5-0.250463923*299.63/300)/(0.250463923*299.63/300)*100＝-0.063％。

下限5％的角差＝ATAN(0.202*sin((58.6-12.09)*π/180)/299.63/0.250463923)*3438＝6.7分。

(8)二次电压为0.429时，一次电流为0.405A，电流与感应电压的相位角度为52度。

下限20％的下限20％的比差＝(20％*5-1.001035967*299.63/300)/(1.001035967*299.63/300)*100＝0.019％。下限20％的角差＝ATAN(0.405*sin((52-12.09)*π/180)/299.63/1.001035967)*3438＝2.97分。

(9)二次电压为2.147时，一次电流为1.127A，电流与感应电压的相位角度为48.8度。

下限100％的

下限100％的比差＝(100％*5-5.003012298*299.63/300)/(5.003012298*299.63/300)*100＝0.062％。下限100％的角差＝ATAN(1.127*sin((48.8-12.09)*π/180)/299.63/5.003012298)*3438＝1.5分。测试结束，整理误差数据为表格1。

表1

从表中可以看出数据是非常不错的，误差还是很准的，而且多次测量重复性也很好，不会有太大的变动。

对于普通互感器的测试，基本没有什么问题，但是对于一些特殊用途的互感器，例如套管内电流互感器的测试，由于一次回路长，且阻抗大等原因，最后一步输出交流横流的功率源无法满足输出的需求，需要更换更大功率的电源，还需要一个升压降压器以满足输出电压电流的需求，由于试验情况的一次回路升流能力不确定，所以需要给升压降压器分挡位，试验过程中会自动寻找合适的挡位进行测试，切换挡位时输出会自动回0。如果出现输出不够的情况，系统会自动提示源输出能力不足。由于增加了大功率电子源，仪器的体积重量都有一定的增加。

在测试直流电阻时需要产生横流的直流电流。本发明采用最简单可靠的运放横流电路，如图4所示。

R1为采样电阻，由运放虚短续断得R1对地也是0.015V，所以会产生15ma的电流输出。RL为负载电阻。

除了直流横流外，本装置也需要输出交流横流，只需要改变运放+端输入信号为交流信号，并注意与R1的比例关系就可以输出横流的交流。如图5所示。

Claims

1.电流互感器励磁电流测量法，其特征在于，测量以下数据：被测电流互感器二次回路的直流电阻、加压情况下一次回路与二次回路的准确比值、二次回路形成的电流以及相位、互感器二次端的各个额定工作电压、一次回路加电流形成的电流与相位；

额定变比，额定互感器的比例值；

实际变比：扣除互感器二次端直流电阻影响后的实际变比；

额定合成阻抗：额定负荷及功率因素下的阻抗；

下限合成阻抗：下限负荷及功率因素下的阻抗；

额定合成相角：额定负荷及功率因素下的相角数据；

下限合成相角：下限负荷及功率因素下的相角数据；

测试所需百分表对应的二次电压点；

在计算得到各测试点额定及下限电压后，需要在一次端施加横流交流输出，二次回路断路接入测量系统；在一次端横流电流的逐步提升过程中，二次端会逐步产生感应电压，当达到之前计算的额定或下限电压的测试点时，记录当前情况下的一次电流Iex，还有一次电流Iex和二次感应电压通道的相位差υ；所述的测试点对应电流互感器的工作百分点，此时计算当前百分点情况下的电流值Ist以及比差和角差数据。

2.根据权利要求1所述的电流互感器励磁电流测量法，其特征在于，所述实际变比的计算公式为：

3.根据权利要求1所述的电流互感器励磁电流测量法，其特征在于，所述额定合成阻抗的计算公式为：

4.根据权利要求1所述的电流互感器励磁电流测量法，其特征在于，所述下限合成阻抗的计算公式为：

5.根据权利要求1所述的电流互感器励磁电流测量法，其特征在于，所述额定合成相角的计算公式为：

6.根据权利要求1所述的电流互感器励磁电流测量法，其特征在于，所述下限合成相角的计算公式为：

7.根据权利要求1所述的电流互感器励磁电流测量法，其特征在于，每个百分点都有它自己的Ist，它代表着该百分点下二次应该有的电流值，由于测量情况下二次是开路的，实际上不会有电流；

Ist的计算公式如下：假设测量百分点为X％，则