CN114883081A - 一种宽量程电流互感器及其误差补偿方法 - Google Patents

Abstract

一种宽量程电流互感器及其误差补偿方法，宽量程电流互感器包括主互感单元和补偿单元，主互感单元包括第一绕组，第二绕组，主绝缘层和主铁芯；补偿单元包括第一补偿绕组，第二补偿绕组和补偿铁芯；第一绕组与第一补偿绕组串联，第二绕组与第二补偿绕组并联；补偿单元在主互感单元的第二绕组上注入补偿磁通以补偿主互感单元的励磁磁通。本发明通过设置补偿单元形成补偿磁通抵消主互感单元的励磁磁通，从而实现对主互感器在0.1～1％I_n和120～200％I_n下的误差的补偿，降低了计量偏差，实现了一种准确计量范围为0.1～200％I_n的宽量程电流互感器，保障了电网运行计量的准确性，同时还解决现有技术中为实现宽量程电流互感器而带来诸多技术问题。

Description

一种宽量程电流互感器及其误差补偿方法

技术领域

本发明属于电力设备技术领域，更具体地，涉及一种宽量程电流互感器及其误差补偿方法。

背景技术

目前电力系统中有些负荷变化范围较大，经常出现线路电流超出正常工作电流范围的情况。在电流过高或过小时，计量偏差较大，影响计量的准确性。根据JJG1021《电力互感器》检定规程中规定S级电流互感器的准确计量范围为额定一次电流I_n的1％～120％，投运的电流互感器一般满足该范围内的计量准确性。而实际运行中，电流互感器的计量范围经常超过120％I_n或者低于1％I_n，此时都有可能造成计量偏差，难以保障电网运行计量的准确性。因此，在满足准确计量范围下，电流互感器的量程需要足够的宽，用以满足目前电力系统中负荷变化范围较大的问题。

现有技术中，采用多个电流互感器通过不同变比切换使用来实现宽量程电流互感器，但是这种多个电流互感器切换的方式，由于各电流互感器变比的比值不同，在电能计量时需要准确的记录出变比切换的时刻，然后进行转换计算，增加了电能计算的难度，具有极大的不便性，也增加了供电不可靠性。

现有技术中，还通过增大铁芯截面积、牺牲铁芯利用率的方式提高电流互感器的电流范围。原有电流互感器准确计量范围为1～120％I_n，而宽量程要求的准确计量范围为0.1～200％I_n，后者比前者扩大了近17倍；仅通过增大铁芯截面积、牺牲铁芯利用率的方式，导致经济性不足，且互感器体积大、重量重，也不便于挂网运行。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种宽量程电流互感器及其误差补偿方法，通过设置补偿单元形成补偿磁通抵消主互感单元的励磁磁通，从而实现对主互感器在0.1～1％I_n和120～200％I_n下的误差的补偿，降低了计量偏差，实现了一种准确计量范围为0.1～200％I_n的宽量程电流互感器，保障了电网运行计量的准确性，同时还解决现有技术中为实现宽量程电流互感器而带来诸多技术问题。

本发明采用如下的技术方案。

本发明一方面提出了一种宽量程电流互感器，宽量程电流互感器包括壳体和主互感单元，主互感单元包括第一绕组，第二绕组，主绝缘层和主铁芯；第二绕组绕制于主铁芯上，在第二绕组上敷设主绝缘层，第一绕组绕制于主绝缘层上。

宽量程电流互感器还包括补偿单元；补偿单元包括第一补偿绕组，第二补偿绕组和补偿铁芯，第一补偿绕组和第二补偿绕组均绕制在补偿铁芯上；其中，第一绕组与第一补偿绕组串联，第二绕组与第二补偿绕组并联。

补偿单元在主互感单元的第二绕组上注入补偿磁通以补偿主互感单元的励磁磁通；其中，励磁磁通由流过第一绕组的电流在主铁芯上形成的励磁电流产生，补偿磁通由流过第二补偿绕组的电流在补偿铁芯上形成的补偿励磁电流产生。

主互感单元变比为第一绕组的匝数与第二绕组的匝数之比；

补偿单元变比为第一补偿绕组的匝数与第二补偿绕组的匝数之比；

主互感单元变比大于补偿单元变比。

宽量程电流互感器包括第一输入端和第二输入端；第一输入端和第二输入端串接在一次系统电路中；

第一输入端连接第一绕组的一端，第一绕组的另一端连接第一补偿绕组的一端，第一补偿绕组的另一端连接第二输入端。

宽量程电流互感器包括第一输出端和第二输出端；第一输出端和第二输出端串接计量表计；

第二绕组的一端与第二补偿绕组的一端均连接第一输出端，第二绕组的另一端与第二补偿绕组的另一端均连接第二输出端。

补偿单元还包括补偿绝缘层和补偿铁芯；第二补偿绕组绕制于补偿铁芯上，第二补偿绕组上敷设补偿绝缘层，第一补偿绕组绕制于补偿绝缘层上。

主铁芯和补偿铁芯的表面均设置铁芯绝缘层；铁芯绝缘层采用绝缘带或绝缘纸。

主铁芯和补偿铁芯均采用超微晶材料制成，取磁感应强度B为20Gs～0.48T工作段。

主互感单元和补偿单元连接后浇筑绝缘介质，并安装于壳体内。

壳体内填充有发泡剂，发泡剂对主互感单元和补偿单元进行干固定。

宽量程电流互感器的准确计量范围为0.1～200％I_n，其中，I_n为额定一次电流。

本发明另一方面还提出了一种宽量程电流互感器的误差补偿方法，用于对宽量程电流互感器进行误差补偿。

误差补偿方法包括：

步骤1，搭建宽量程电流互感器的误差补偿系统；在误差补偿系统中，宽量程电流互感器的第一输入端和第二输入端与一次系统电路和标准电流互感的一次绕组串联，宽量程电流互感器的第一输出端和第二输出端与标准电流互感的二次绕组串联后接入误差校验装置；

步骤2，调节补偿单元变比，使得误差校验装置显示的误差数据为0，此时宽量程电流互感器的输入电流和输出电流满足如下关系式：

式中，

为宽量程电流互感器的输入电流，

为宽量程电流互感器的输出电流，

N₁为主互感单元第一绕组的匝数，

N₂为主互感单元第二绕组的匝数；

步骤3，根据步骤2获得的补偿单元变比确定第一补偿绕组的匝数和第二补偿绕组的匝数。

步骤1中，根据规程要求的接线方式搭建的宽量程电流互感器的误差补偿系统；根据规程的要求选择标准电流互感器，标准电流互感器比宽量程电流互感器高两个准确度等级。

步骤2中，宽量程电流互感器的输入电流为主互感器单元的第一绕组的电流与主铁芯的励磁电流之和，即满足如下关系式：

式中，

为宽量程电流互感器的输入电流，

为主互感单元的第一绕组的电流，

为主互感单元的主铁芯励磁的电流。

当误差校验装置显示的误差数据为0时，补偿单元的第二补偿绕组的电流与主铁芯的励磁电流满足如下关系式：

式中，

为补偿单元的第二补偿绕组的电流，

N₁为主互感单元第一绕组的匝数，

N₂为主互感单元第二绕组的匝数。

电流互感器的输出电流为主互感器单元的第二绕组的电流与补偿单元的第二补偿绕组的电流之和，即满足如下关系式：

式中，

为电流互感器的输出电流，

为主互感器单元的第二绕组的电流。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比：

1)本发明提出的宽量程电流互感器中，将主互感单元和补偿单元进行的串联，通过补偿单元的反向电流产生的补偿磁通对主互感单元因励磁电流产生的励磁磁通进行补偿，降低了测量范围0.1～1％I_n和120～200％I_n下的计量偏差，补偿后的误差接近零值，实现了一种准确计量范围为0.1～200％I_n的宽量程电流互感器，保障了电网运行计量的准确性；

2)本发明提出的宽量程电流互感器结构简单、体积小，使用过程中无需切换变比，且变比归一，便于计量；本发明提出的宽量程电流互感器进行误差补偿时仅需要调节补偿单元的变比，提高了使用的便捷性，挂网运行时更加安全可靠；

3)补偿单元提供的补偿磁通与铁芯有一定关系，铁芯的磁感应强度范围要广，初始导磁率要低，一般硅钢片和合金材料难以满足，因此本发明选用超微合金制造主铁芯和补偿铁芯，同时结合补偿单元的补偿原理，以综合手段来解决宽量程电流互感器的误差补偿问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种宽量程电流互感器的立体图；

图2为本发明实施例提供的一种宽量程电流互感器的透视图；

图3为本发明实施例提供的一种宽量程电流互感器的电气原理图；

图4为本发明铁芯、传统互感器用硅钢片铁芯以及坡墨合金材质的B-H曲线图；

图5为本发明提供的宽量程电流互感器与传统电流互感器的误差曲线图；

附图标记说明如下：

1-外壳；2-主互感单元；3-补偿单元；4-把手；5-输入端子；6-输出端子；7-接地端子；8-硅钢片铁芯的B-H曲线；9-坡墨合金材质铁芯的B-H曲线；10-超微金铁芯的B-H曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

本发明一方面提出了一种宽量程电流互感器，如图1和2所示，宽量程电流互感器包括壳体1和主互感单元2。宽量程电流互感器还包括补偿单元3。壳体1上还设置有输入端子5、输出端子6和接地端子7。

本实施例中，输入端子5是空置的两个大电流接线柱，方便串入需测量的大电流系统。输出端子6是空置的两个小电流接线柱，用于接入到电力系统的电能表、保护装置等计量表计中，在电流互感器使用中输出端子6不能开路。壳体上还设有接地端子7，使用接地端子7可以使壳体有良好的接地条件，保证电流互感器的使用安全。

本实施例中，壳体1两侧设有把手4，便于移动搬运宽量程电流互感器。

如图3所示，主互感单元2包括第一绕组N₁₁-N₁₂，第二绕组N₂₁-N₂₂，主绝缘层和主铁芯；第二绕组绕制于主铁芯上，在第二绕组上敷设主绝缘层，第一绕组绕制于主绝缘层上。

如图3所示，补偿单元3包括第一补偿绕组B₁₁-B₁₂，第二补偿绕组B₂₁-B₂₂和补偿铁芯，第一补偿绕组和第二补偿绕组均绕制在补偿铁芯上；其中，第一绕组N₁₁-N₁₂与第一补偿绕组B₁₁-B₁₂串联，第二绕组N₂₁-N₂₂与第二补偿绕组B₂₁-B₂₂并联。

补偿单元在主互感单元的第二绕组上注入补偿磁通以补偿主互感单元的励磁磁通；其中，励磁磁通由流过第一绕组的电流在主铁芯上形成的励磁电流产生，补偿磁通由流过第二补偿绕组的电流在补偿铁芯上形成的补偿励磁电流产生。

主互感单元变比为第一绕组的匝数N₁与第二绕组的匝数N₂之比；补偿单元变比为第一补偿绕组的匝数B₁与第二补偿绕组的匝数B₂之比；且主互感单元变比大于补偿单元变比。

宽量程电流互感器的输入端子包括第一输入端P₁和第二输入端P₂；第一输入端P₁和第二输入端P₂串接在一次系统电路中。

第一输入端P₁连接第一绕组N₁₁-N₁₂的一端N₁₁，第一绕组N₁₁-N₁₂的另一端N₁₂连接第一补偿绕组B₁₁-B₁₂的一端B₁₁，第一补偿绕组B₁₁-B₁₂的另一端B₁₂连接第二输入端P₂。从第一输入端P₁流向第一绕组N₁₁-N₁₂的电流为主互感单元的第一绕组的电流

宽量程电流互感器的输出端子包括第一输出端S₁和第二输出端S₂；第一输出端S₁和第二输出端S₂串接计量表计。

第二绕组N₂₁-N₂₂的一端N₂₁与第二补偿绕组B₂₁-B₂₂的一端B₂₁均连接第一输出端S₁，第二绕组N₂₁-N₂₂的另一端N₂₂与第二补偿绕组B₂₁-B₂₂的另一端B₂₂均连接第二输出端S₂。从第二绕组N₂₁-N₂₂流向第一输出端S₁的电流为主互感器单元的第二绕组的电流

从第二补偿绕组B₂₁-B₂₂流向第一输出端S₁的电流为补偿单元的第二补偿绕组的电流

补偿单元还包括补偿绝缘层和补偿铁芯；第二补偿绕组绕制于补偿铁芯上，第二补偿绕组上敷设补偿绝缘层，第一补偿绕组绕制于补偿绝缘层上。

主铁芯和补偿铁芯的表面均设置铁芯绝缘层；铁芯绝缘层采用绝缘带或绝缘纸。

主铁芯和补偿铁芯均采用超微晶材料制成，取磁感应强度B为20Gs～0.48T工作段。流过第二补偿绕组的电流与铁芯有关，铁芯的磁感应强度范围要广，初始导磁率要低，一般硅钢片和合金材料难以满足，因此本实施例中选用超微合金。但是因为材料材质的特性决定了无论是多么优质的材质在励磁时还是会有励磁电流，仅大小不同而已，无法完全解决宽量程内误差均满足限值要求，所以还必须结合补偿单元的补偿技术手段，以上两种手段综合来降低计量误差。

本实施例中，采用的超微晶材料高初始磁导率、导磁性能好，能有效的减小励磁电流，进而减小测量误差。励磁电流产生的磁通是电流互感器误差的根本原因，因此，电流互感器的误差与磁场强度H成反比。如图4所示，本实施例选取超微晶铁芯的磁感应强度B为20Gs～0.48T工作段，即曲线10，相比曲线8所示的采用硅钢片铁芯的传统电流互感器的B-H曲线，在相同磁感强度下的磁场强度H更小，误差更小。而超微晶铁芯相比坡莫合金铁芯价格更优，而且从曲线9(坡莫合金铁芯)和曲线10对比可以看出，两种铁芯的导磁性能相近，且超微晶铁芯更不易饱和。

主互感单元和补偿单元连接后浇筑绝缘介质，并安装于壳体内。壳体上还设置有把手4，便于宽量程电流互感器的搬运。

壳体内填充有发泡剂，发泡剂对主互感单元和补偿单元进行干固定。具体来说，发泡剂能对主铁芯和补偿铁芯、一次绕组、二次绕组以及补偿绕组进行干固定。

宽量程电流互感器的准确计量范围为0.1～200％I_n，其中，I_n为额定一次电流。

本发明另一方面还提出了一种宽量程电流互感器的误差补偿方法，用于对宽量程电流互感器进行误差补偿。

误差补偿方法包括：

步骤1，搭建宽量程电流互感器的误差补偿系统；在误差补偿系统中，宽量程电流互感器的第一输入端和第二输入端与一次系统电路和标准电流互感的一次绕组串联，宽量程电流互感器的第一输出端和第二输出端与标准电流互感的二次绕组串联后接入误差校验装置。

具体地，步骤1中，根据JJG313《测量用电流互感器》检定规程要求的接线方式搭建的宽量程电流互感器的误差补偿系统，并根据规程的要求选择标准电流互感器，标准电流互感器比宽量程电流互感器高两个准确度等级。

步骤2，调节补偿单元变比，使得误差校验装置显示的误差数据为0，此时宽量程电流互感器的输入电流和输出电流满足如下关系式：

式中，

为宽量程电流互感器的输入电流，

为宽量程电流互感器的输出电流，

N₁为主互感单元第一绕组的匝数，

N₂为主互感单元第二绕组的匝数；

具体地，步骤2中，宽量程电流互感器的输入电流为主互感器单元的第一绕组的电流与主铁芯的励磁电流之和，即满足如下关系式：

式中，

为宽量程电流互感器的输入电流，

为主互感单元的第一绕组的电流，

为主互感单元的主铁芯励磁的电流。

具体地，当误差校验装置显示的误差数据为0时，补偿单元的第二补偿绕组的电流与主铁芯的励磁电流满足如下关系式：

式中，

为补偿单元的第二补偿绕组的电流，

N₁为主互感单元第一绕组的匝数，

N₂为主互感单元第二绕组的匝数。

具体地，电流互感器的输出电流为主互感器单元的第二绕组的电流与补偿单元的第二补偿绕组的电流之和，即满足如下关系式：

式中，

为电流互感器的输出电流，

为主互感器单元的第二绕组的电流。

步骤3，根据步骤2获得的补偿单元变比确定第一补偿绕组的匝数和第二补偿绕组的匝数。

以三台变比为500A/5A的0.2SS级宽量程电流互感器进一步说明，误差数据如表1所示，误差曲线如图4所示：

表1宽量程电流互感器的误差数据

由图5可知，普通电流互感器在0.1～1％I_n和120～200％I_n时已超过误差限值，而本发明提出的宽量程电流互感器在0.1～200％I_n范围内均在基本误差限值范围，比JJG1021-2007《电力互感器》检定规程的范围还要宽。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种宽量程电流互感器，宽量程电流互感器包括壳体和主互感单元，主互感单元包括第一绕组，第二绕组，主绝缘层和主铁芯；第二绕组绕制于主铁芯上，在第二绕组上敷设主绝缘层，第一绕组绕制于主绝缘层上；其特征在于，

宽量程电流互感器还包括补偿单元；补偿单元包括第一补偿绕组，第二补偿绕组和补偿铁芯，第一补偿绕组和第二补偿绕组均绕制在补偿铁芯上；其中，第一绕组与第一补偿绕组串联，第二绕组与第二补偿绕组并联；

补偿单元在主互感单元的第二绕组上注入补偿磁通以补偿主互感单元的励磁磁通；其中，励磁磁通由流过第一绕组的电流在主铁芯上形成的励磁电流产生，补偿磁通由流过第二补偿绕组的电流在补偿铁芯上形成的补偿励磁电流产生。

2.根据权利要求1所述的宽量程电流互感器，其特征在于，

主互感单元变比为第一绕组的匝数与第二绕组的匝数之比；

补偿单元变比为第一补偿绕组的匝数与第二补偿绕组的匝数之比；

主互感单元变比大于补偿单元变比。

3.根据权利要求1所述的宽量程电流互感器，其特征在于，

宽量程电流互感器包括第一输入端和第二输入端；第一输入端和第二输入端串接在一次系统电路中；

第一输入端连接第一绕组的一端，第一绕组的另一端连接第一补偿绕组的一端，第一补偿绕组的另一端连接第二输入端。

4.根据权利要求1所述的宽量程电流互感器，其特征在于，

宽量程电流互感器包括第一输出端和第二输出端；第一输出端和第二输出端串接计量表计；

第二绕组的一端与第二补偿绕组的一端均连接第一输出端，第二绕组的另一端与第二补偿绕组的另一端均连接第二输出端。

5.根据权利要求1所述的宽量程电流互感器，其特征在于，

补偿单元还包括补偿绝缘层和补偿铁芯；第二补偿绕组绕制于补偿铁芯上，第二补偿绕组上敷设补偿绝缘层，第一补偿绕组绕制于补偿绝缘层上。

6.根据权利要求5所述的宽量程电流互感器，其特征在于，

主铁芯和补偿铁芯的表面均设置铁芯绝缘层；铁芯绝缘层采用绝缘带或绝缘纸。

7.根据权利要求5所述的宽量程电流互感器，其特征在于，

主铁芯和补偿铁芯均采用超微晶材料制成，取磁感应强度B为20Gs～0.48T工作段。

8.根据权利要求1所述的宽量程电流互感器，其特征在于，

主互感单元和补偿单元连接后浇筑绝缘介质，并安装于壳体内。

9.根据权利要求8所述的宽量程电流互感器，其特征在于，

壳体内填充有发泡剂，发泡剂对主互感单元和补偿单元进行干固定。

10.根据权利要求1所述的宽量程电流互感器，其特征在于，

宽量程电流互感器的准确计量范围为0.1～200％In，其中，In为额定一次电流。

11.一种宽量程电流互感器的误差补偿方法，用于对权利要求1至10任一项所述的宽量程电流互感器进行误差补偿，其特征在于，

所述误差补偿方法包括：

步骤1，搭建宽量程电流互感器的误差补偿系统；在误差补偿系统中，宽量程电流互感器的第一输入端和第二输入端与一次系统电路和标准电流互感的一次绕组串联，宽量程电流互感器的第一输出端和第二输出端与标准电流互感的二次绕组串联后接入误差校验装置；

步骤2，调节补偿单元变比，使得误差校验装置显示的误差数据为0，此时宽量程电流互感器的输入电流和输出电流满足如下关系式：

式中，

为宽量程电流互感器的输入电流，

为宽量程电流互感器的输出电流，

N₁为主互感单元第一绕组的匝数，

N₂为主互感单元第二绕组的匝数；

步骤3，根据步骤2获得的补偿单元变比确定第一补偿绕组的匝数和第二补偿绕组的匝数。

12.根据权利要求11所述的宽量程电流互感器的误差补偿方法，其特征在于，

步骤1中，根据规程要求的接线方式搭建的宽量程电流互感器的误差补偿系统；根据规程的要求选择标准电流互感器，标准电流互感器比宽量程电流互感器高两个准确度等级。

13.根据权利要求11所述的宽量程电流互感器的误差补偿方法，其特征在于，

步骤2中，宽量程电流互感器的输入电流为主互感器单元的第一绕组的电流与主铁芯的励磁电流之和，即满足如下关系式：

式中，

为宽量程电流互感器的输入电流，

为主互感单元的第一绕组的电流，

为主互感单元的主铁芯励磁的电流。

14.根据权利要求13所述的宽量程电流互感器的误差补偿方法，其特征在于，

当误差校验装置显示的误差数据为0时，补偿单元的第二补偿绕组的电流与主铁芯的励磁电流满足如下关系式：

式中，

为补偿单元的第二补偿绕组的电流，

N₁为主互感单元第一绕组的匝数，

N₂为主互感单元第二绕组的匝数。

15.根据权利要求14所述的宽量程电流互感器的误差补偿方法，其特征在于，

电流互感器的输出电流为主互感器单元的第二绕组的电流与补偿单元的第二补偿绕组的电流之和，即满足如下关系式：

式中，

为电流互感器的输出电流，

为主互感器单元的第二绕组的电流。

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