電流互感器勵磁特性試驗及其方法

孫俁

摘要：隨著科學技術的不斷發展，常規勵磁特性試驗方法已經不能滿足試驗要求，超高壓、大容量發電機組中被廣泛應用。本文主要對電流互感器勵磁特性試驗及其方法進行探究，首先對電流互感器勵磁特性試驗以及其設備的發展進行分析，然后提出采用低頻、變頻技術進行試驗的方法，并且對低頻、變頻電源的試驗原理和優勢進行分析。

關鍵詞：電流互感器、勵磁特性試驗、方法

中圖分類號：TM452文獻標識碼： A

一、前言

近幾年來，隨著電力事業的不斷發展，發電廠單機容量不斷增大，輸電線路電壓等級、輸送容量越來越高，這樣就使得很多高電壓、大變比組合式的電流互感器被廣泛應用。電流互感器勵磁特性試驗主要是檢測保護用電流互感器性能最常用、最有效的方法，也能目前被廣泛使用的檢測方法。。

二、電流互感器勵磁特性試驗勵磁特性試驗

如圖1所示：電流互感器勵磁特性試驗接線圖。試驗時，一次繞組開路,除被試二次繞組外，其余二次繞組開路。

調節調壓器，監視電流表，按預先設定的電流值，讀取并記錄電壓值，一般應記錄到勵磁電勢飽和點以上；有時勵磁電壓可以只升到額定等效二次極限電壓Ual。為減小鐵心飽和帶來的影響，電流表應為電磁系、電動系儀表或測量有效值的數字表，電壓、電流表測量范圍應適合。根據記錄的電流、電壓值測繪電流互感器各繞組的勵磁特性曲線。操作時注意調壓器不能來回調節，以避免鐵心磁滯帶來的影響。首次勵磁特性試驗，應先驗證廠家提供的勵磁特性曲線是否滿足復合誤差或暫態特性誤差要求。試驗完成后，用所測繪的伏安特性曲線與廠家提供的出廠試驗曲線對比，兩條曲線應基本重合；例行試驗時，也可與前幾次的試驗曲線進行對比。對同間隔 A、B、C 三相電流互感器各繞組勵磁特性曲線應基本重合。接為差動保護的各間隔互感器勵磁特性曲線要求基本一致，此外差動保護用互感器還要求實際二次負荷、剩磁系數一致。

三、電流互感器勵磁特性試驗設備的發展

常規互感器勵磁特性試驗方法比較簡單，對試驗設備的要求也不高，眾多廠商提供了各種電流互感器特性測試儀，其功能一般包括勵磁特性測量、電流比測量、極性檢測。早期的互感器特性測試儀內置較大容量的調壓、升壓、升流裝置以及電流、電壓表；電流比測量通過一次升流，并在一次、二次測量電流的方法，極性檢測采用直流法。此類設備技術含量低，體積、質量大，操作步驟繁瑣，最 大輸出電壓一般在 1000V 以下。

目前技術水平較高的互感器特性測試儀，內置程控電源、高精度交流采樣、轉換模塊；電流比、極性測量采用電壓法，其方法是在二次繞組施加電壓，在一次繞組進行檢測，計算出二次繞組匝比，采用微處理器，并內置測試軟件，可以進行數據分析、處理、打??；此類設備能滿足常規試驗要求，體積、質量小，操作方便，能夠自動完成試驗，試驗效率高。但由于采用工頻源，輸出電壓不能太高，一般在 2000V 以內，受輸出容量限制及考慮安全因素，不適用于對高電壓、大容量系統中的保護用電流互感器進行試驗，如：超高壓系統中罐式斷路器的套管互感器、GIS 中的互感器、大容量變壓器套管互感器、大容量發電機組的套管互感器等。

最先進的互感器特性測試儀采用變頻技術，根據互感器勵磁飽和電壓不同，調節輸出頻率，可以在較低電壓下進行試驗，理論上可以對所有電磁式電流互感器進行試驗，試驗過程安全、簡單，工作效率極高，勞動強度小，有的還具備比、角差測量功能以及能對 TP 級互感器的暫態性能進行測試，適合對保護用及測量用互感器進行測試

四、電流互感器勵磁特性試驗方法

1、低頻、變頻電源勵磁特性試驗原理分析及優勢

大容量、高電壓系統中使用的電流互感器往往勵磁飽和電壓較高，有的高達 20000V 以上。在傳統的工頻條件下對其進行勵磁特性試驗主要存在兩方面問題：

（1）在二次繞組施加如此高的電壓不能保證試品安全，有可能損傷二次繞組或二次端子間的絕緣；

（2）需要較大容量的調壓、升壓設備。由于勵磁試驗的目的是測量鐵心磁性能，因此可以在低頻率下進行，這是因為勵磁阻抗Zm＝jωL，其與頻率成正比，因而降低頻率可以降低勵磁阻抗，從而能夠在較低勵磁電壓下獲得相同的勵磁電流，然后將低頻測量結果折算到 50Hz 的電壓即可。采用低頻變頻電源進行電流互感器勵磁特性試驗時，試驗方法與 2.1 一致，但是，由于頻率比較低，監視用電流表、電壓表應為測量平均值原理的儀表。例如：一臺 TP 級電流互感器，勵磁飽和電壓 10000V，若降低頻率在 5Hz 下進行試驗，最高勵磁電壓只需升到 1000V 左右即可完成試驗。若勵磁電流為 0.5A，所需試驗設備容量僅為 500VA。

一般來說，低頻電源有兩種產生方法：

(1）采用低頻發電機

(2)通過對 50Hz 交流電源進行整流－逆變產生低頻交流。

例如：采用 10Hz 低頻發電機進行勵磁特性試驗的方法，該方法存在下述缺陷：

由于低頻發電機的頻率波動，對測量結果的影響較大；采用的技術比較落后，需要的設備數量多、體積大，試驗方法復雜、不靈活；比較適合在實驗室、制造廠進行試驗，不適用于現場對大量電流互感器進行試驗。

隨著電力電子技術的發展，采用整流二極管、IGBT 管及脈寬調制技術的變頻器（電源）在許多領域得到應用，特別是在節能及電動機調速方面的應用很廣泛，如圖2所示是變頻電源的原理框圖。

圖2變頻電源原理框圖

通過對普通變頻器、變頻電源進行適當地改進，可以得到適合于電流互感器勵磁特性的專用低頻可調電源，采用該方法的優勢主要體現在下述幾方面：

(1)理論上可以對任何類型的電磁式電流互感器進行試驗，只要降低電源輸出頻率，不論勵磁電壓多高，都能安全地完成試驗；

(2)設備輸出容量可以很低，無需大容量升流、

高電壓的升壓裝置，勞動強度低，工作效率高；

（3）在低電壓下完成試驗，試驗過程中人身、設備安全得到保障；

（4）試驗方法靈活，不受試驗場所限制。

2、電流互感器勵磁特性試驗方法結果對比分析

（1）低頻源及工頻試驗結果對比

為了驗證方法的正確性，在實驗室、變電站進行了一些對比測試。表 1、圖 3 是在 5Hz 及 50Hz下對 500kV、500-SFMT-50E 型、5P20 級、2500A/1A、40VA 的罐式斷路器套管 CT 進行的對比試驗結果，表 2、圖 4是 1250A/1A 的對比試驗結果?？梢?，采用低頻、變頻電源的試驗結果與工頻試驗結果相當接近，兩條曲線基本重合在一起。

圖32500A/1A 勵磁曲線對比

、

圖4 1250A/1A 勵磁曲線對比

（2）低頻源現場測試高勵磁飽和電壓互感器勵磁特性

為說明采用低頻、變頻源的試驗方法具有廣泛的適用范圍，給出一臺 TPY 級罐式斷路器套管電流互感器的現場勵磁特性試驗曲線，如圖5所示，試驗電源頻率為 1Hz。勵磁飽和電壓高達 6000V，若采用工頻電源進行試驗必然存在更多的安全風險，并且需要 5kVA～6kVA 的電源及調節設備以及大容量的升壓裝置。采用低頻、變頻電源將頻率降低至 1Hz，僅需要 100VA～120VA的電源容量，并且設備只需要輸出 120V 即可完成試驗。對于勵磁飽和電壓越高的電流互感器，采用此種方法進行試驗就越發能夠體現出優勢。

圖5低頻變頻勵磁特性曲線示例圖

五、結束語

綜上所述，本文主要對電流互感器勵磁特性試驗及其方法進行了分析和探究，隨著電力系統的不斷發展，超高壓及大容量電機組中大變比電流互感器被廣泛應用。在實際工作中，要采用降低電源頻率方法進行試驗，這樣就采用低頻、變頻電流互感器，可以有效的保證電流互感器勵磁特性試驗的順利進行，是對高勵磁飽和電壓電流互感器進行勵磁特性試驗的必然選擇。

參考文獻：

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