温度及漏磁对电流互感器性能的影响

温度及漏磁对电流互感器性能的影响

苏杰

国网福建省电力有限公司福鼎市供电公司，福建福鼎355200

摘要：目前，我国的电力发展十分迅速，电磁式电流互感器按照原理，通过绕在导磁铁心材料上的一次和二次绕组，按一定比例关系确定匝数，实现大电流向小电流的变换。主要用于电力系统中向二次测量及保护设备提供测量和保护信号，其电流测量的准确度是保证高、低压电气设备正常可靠运行（短路、过载等）的重要指标之一。但是，电流互感器准确度易受环境温度、一次侧导体温度等条件的影响。同时，为追求暂态条件下的电流测量能力，有些电流互感器需要在铁心截面开一定尺寸的气隙，降低直流分量对铁心饱和程度的影响，这也会带来漏磁的问题，降低了电流互感器的测量精度。因此，深入研究温度、漏磁通等对电流互感器的影响具有重要的意义。目前，对电磁环境影响电流互感器的研究，主要通过对电流互感器以及外部磁场做一定的近似假设，建立关于磁位函数的拉普拉斯方程，结合边界条件等求解方程组，得到磁感应强度的切向分量对电流互感器的影响。

关键词：电流互感器温度；漏磁场；补偿

引言

目前,国产10Kv级电流互感器存在的最突出的问题是产品魄动热稳定性能太差,用户无法按系统的额定电流选用电流互感器与SN10一10少油断路器匹配。如按系统额定电流选取相应变比的电流互感器,则应在系统中串接相应的限流电抗器;为适应动热稳定的要求,只好选用具有相应动热稳定性能且额定一次电流比系统额定电流大很多的互感器,这样使测量精度大大下降,而且给测量及继电保护带来很大困难。为了满足用户要求,迫切需要研制性能优异的新型高动热稳定电流互感器.提高电流互感器的动热稳定性,首先需对动热稳定时电流互感器的机械力及热效应进行计算分析,尽便进行电流互感器电磁结构和绝缘结构设计,设计出小变比高动热稳定电流互感器.

1电流互感器原理

电机启动时三相电流不平衡的机理涉及到电机设计制造和配电线路等多重因素，在此不作深入探讨，仅从原理上分析磁屏蔽环对漏电保护动作行为的影响。。图1中R1、X1为原边漏阻抗，R2、X2为副边漏阻抗，Rm、Xm为励磁阻抗，零序电流互感器的特点是原边为一匝，其在不饱和状态下的励磁电抗很大，所以励磁电流很小，只有在零序电流互感器饱和后励磁电抗才变小，励磁电流增加。所以励磁电流是影响零序电流互感器精度的主要因素。电动机启动时，流经零序电流互感器原边的电流有2种可能：①电流很大，瞬间使互感器饱和；②电流还达不到互感器饱和的程度。岭澳核电站二期实测2台380V电动机启动时的零序电流有效值为：3.61A和9.82A，瞬时值远未达到互感器一次额定电流，不存在饱和问题，故在以下的分析中，认为改造前零序电流互感器的励磁电抗是常数。加入磁屏蔽环的作用是将一部分磁通分流到屏蔽环中，降低了耦合到二回路中的磁通量，相当于增加了原边漏磁通。增加磁环后有一部分磁通在磁环中形成了闭合回路，并没有向副边耦合，即为漏磁通。漏磁通的大小与磁环的安装位置、材质以及形状有关。现场使用的磁环有2种：厂家标配的制式磁环和自制的铁皮磁环。这2种磁环对磁通的分流能力不同，分流效果也有差异。零序电流互感器运行时，由于其特殊的结构，在一次回路非故障情况下，二次电流产生的磁通对一次电流产生的磁通有强烈的去磁作用，造成主磁通较小，所以励磁电流很小。如果增加漏磁通，除了正常的励磁电流以外，一次回路中还需要另外1个分量用于建立漏磁通。一次电流经过标准变比折算后，二次电流并不能全部反映到二次回路中，这部分电流必须拿出一部分用于建立漏磁通和主磁通，其余的才是流过保护元件的电流。如果漏磁通分流过大，考虑极端情况，零序电流互感器将表现为饱和特性。由于主磁通增加，励磁阻抗变小，原边漏阻抗增加。零序电流互感器加装屏蔽环以后，二次电流减小，减小量与磁环的性质有关。由于磁环的材质与原互感器导磁材料的材质不一定相同，饱和特性也不一定相同，所以加装屏蔽环以后的零序电流互感器一、二次电流的关系不再符合铭牌标示的比例关系，即零序电流互感器的变比已经发生了变化。

2不同温度下电流互感器硅钢片磁特性测量

研究表明，温度对电流互感器铁心导磁性能具有一定的影响，将会进一步影响电流互感器的测量精度。因此，系统地研究电流互感器铁心硅钢片在不同工作温度下的导磁特性对提高电流互感器的精度具有重要意义。本文中笔者利用单片硅钢片测量系统对硅钢片在不同温度下的导磁特性进行了试验研究，得到了不同温度条件下的电流互感器用硅钢片磁化曲线、损耗曲线、磁导率等曲线及数据，为提高电流互感器的电流测量精度提供一定的帮助。

3内置电流互感器的运行工况

电流互感器测量的是穿过其中心的电流，所以需要考虑过电流发生时的过励磁情况。但是，过电流的发生来源于，在发生过电流时，器身漏磁也会有明显的变化。漏磁作为外部磁通进入内置电流互感器会影响其测量精度，甚至损坏互感器。比如的空载合闸、突发短路工况，内置电流互感器都会受到不同程度的影响。套管式电流互感器布置在套管的地电位位置，当发生过电压时对其是没有影响的。但内置式互感器不同，由于安装在引线上，需要考虑变压器过电压发生时，引线安装互感器位置点的电位，同时还需要考虑其他组部件电压升高对互感器的绝缘距离是否安全。

4内置电流互感器的设计及应用流程

内置电流互感器的额定参数与普通电流互感器相同，根据需要可直接遵循国家标准和相关技术要求，其主体结构也与普通的电流互感器无明显差别。内置电流互感器布置位置取决于测量哪条引线中的电流，且互感器自身是地电位，不宜放置在高压位置。引线中的导体电位不仅是额定运行时的电位，还需要充分考虑雷电冲击、操作冲击、工频试验等一系列过电压过程下电位的升高。这些过电压过程中互感器安装点的电位可根据波过程计算来确定。绝缘距离和绝缘覆盖厚度不仅要考虑油绝缘介质的绝缘效果，而且需要考虑固体表面的爬电路径。内置电流互感器绝缘问题可采用数值计算和仿真建模的方法解决。漏磁场对内置电流互感器的干扰只能采用三维磁场仿真分析的方法。建立器身及引线的三维模型，利用有限元分析，仿真漏磁进入互感器铁心对其产生的扰动。仿真工况除额定工况外，还要涵盖冲击合闸和短路等特殊情况。如果漏磁场对内置电流互感器的测量产生了干扰，引起测量误差，需要对内置电流互感器加装屏蔽绕组。而加装屏蔽绕组，必然增大了互感器体积，距离高压带电体的距离就会减小，所以需要进一步校核绝缘问题。如果调整绝缘距离，漏磁对互感器的影响随之变化，另外还需验证屏蔽绕组的屏蔽效果，因此需再校核互感器所受干扰。这就是迭代分析的过程，直至互感器布置位置绝缘可靠，测量误差在允许范围之内为止。

结语

本文中笔者对工作温度及漏磁场对电流互感器输出信号产生的影响展开了系统研究工作。给出了不同温度下、不同结构下的电流互感器磁特性曲线。并应用仿真计算结果，采用拉格朗日差值法对电流互感器的测量结果进行了补偿，试验结果验证了所提方案的正确性。

参考文献

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