一种多倍可变换电流测试盒研究

一种 多倍可变换电流测试盒 研究

梁景棠 谢永祥

广东电网有限责任公司惠州供电局 广东 惠州 516000

摘 要:在电力系统中，零序电流互感器的运用非常广泛，它实现了一次系统运行电流与二次保护、测量、监控等设备的数据对接。本文旨在研究新的试验方法即可直接使用试验仪进行高精度小电流CT升流试验，使二次电流显示精度达到0.01A。

关键词：电力系统；电流互感器；二次保护

在电力系统中，目前CT变比校验是通过CT升流仪加一个大电流（200A左右），面对大变比CT（5000/1、4000/1等主变变低、10kV分段），二次电流仅0.05A左右，不利于查看。本项目研究方向是通过增加一次电流回路匝线，将相互绝缘的多股细导线集合到一根线上，两头分别做成接头，将两个接头对接后，多股细导线错位相连形成一个多匝线圈，头尾的细线引出来并用进行加量，这样便可使一次电流成倍增加。研究新的试验方法即可直接使用试验仪进行高精度小电流CT升流试验，使二次电流显示精度达到0.01A。

一、电流互感器的分类

按安装方式分（如图1所示）：（1）贯穿式电流互感器，用来穿过屏板或墙壁的电流互感器。（2）支柱式电流互感器，安装在平面或支柱上，兼做一次电路导体支柱用的电流互感器。（3）套管式电流互感器，没有一次导体和一次绝缘，直接套装在绝缘的套管上的一种电流互感器。（4）母线式电流互感器，没有一次导体但有一次绝缘，直接套装在母线上使用的一种电流互感器。

图1 按安装方式分类的电流互感器

按绝缘介质分（如图2所示）：（1）干式电流互感器，由普通绝缘材料经浸漆处理作为绝缘。（2）浇注式电流互感器，用环氧树脂或其他树脂混合材料浇注成型的电流互感器。（3）油浸式电流互感器，由绝缘纸和绝缘油作为绝缘，一般为户外型。目前我国在各种电压等级均为常用。（4）气体绝缘电流互感器：主绝缘由气体构成。

0. 图2 按绝缘介质分类的电流互感器

按用途分：（1）测量用电流互感器（或电流互感器的测量绕组），在正常工作电流范围内，向测量、计量等装置提供电网的电流信息。（2）保护用电流互感器（或电流互感器的保护绕组），在电网故障状态下，向继电保护等装置提供电网故障电流信息。

二、电流互感器的作用

电流互感器是一种电流变换装置，由闭合的铁心和绕组组成，依据电磁感应原理将高压电流和低压大电流变成电压较低的小电流，供给仪表和继电保护装置，并将仪表和保护装置与高压电路隔开。只有充分的掌握CT的工作原理，分析其串并联使用时的区别，综合配套设施的实际情况采取正确的接线方式，才能准确的将一次运行电流值正确的反应到二次设备，执行机构发出准确的报警信号或动作信号，保证电力系统的可靠、稳定运行。

图3 电流互感器现场配置和外观

三、电流互感器的工作原理

CT是根据电磁感应原理工作的。电流互感器的工作原理和变压器的基本原理一样，不过使用方法和设计工艺不同。

图4 电流互感器的工作原理

如图4所示，一次电流I1流过一次绕组，建立一次磁动势（N1*I1），亦被称为一次安匝，其中N1为一次绕组的匝数；一次磁动势分为两部分:其中小一部分用于励磁，在铁心中产生磁通，另一部分用来平衡二次磁动势（N2*I2），亦被称为二次安匝，其中N2为二次绕组的匝数。励磁电流设为I0，励磁磁动势（N1*I0），亦被称为励磁安匝。平衡二次磁动势的这部分一次磁动势，其大小与二次磁动势相等，但方向相反。由于副边绕组接电流表、继电器电流线圈等低阻抗负载，副边接近于短路，所以原、副边电压都很小，励磁电流I0也很小。忽略励磁电流，N1*I1=N2*I2。

电流互感器的一、二次额定电流之比，称为额定电流比，Ki = IN1 / IN2 ，根据磁势平衡原理，忽略励磁电流，则：Ki = I1N / IN2 = I1 / I2 = N2 / N1 = 1 / KN 。

交流电流回路是由电流互感器（CT）二次侧输出给测量仪表及继电器的电流线圈等所有电流元件的全部回路，主要包括CT二次绕组、二次连接电缆、连接端子和继电保护等二次设备。CT二次回路原理图如图5所示。

图5 CT二次回路原理图

如图5所示，CT一次侧流过电流时，按变比感应出的CT二次侧电流，从二次绕组极性端流出，通过电流回路二次电缆，输送给测量仪表及继电保护等二次设备，然后通过中性线N回到CT二次绕组，构成整个CT二次电流回路。当二次电流流经这些二次设备时，计算单元或仪表完成电流的测量及显示。

四、电流互感器试验及改进

目前CT变比校验是通过CT升流仪加一个大电流（200A左右），升流仪重量大，搬运不方便，且面对大变比CT（5000/1、4000/1等主变变低、10kV分段）时，升流至100A，二次电流显示仅0.05A、0.04A左右，加量后通过在保护装置查看采样值进行判定CT相序、精度等，这样的实验方式对于大变比CT实验及不准确。保护采样误差主要由装置采样误差（软件计算误差+硬件采样误差）和CT采样误差组成。对于外接方式，误差主要来源于CT采样误差及升流仪输出电流值误差，5P及10P电流互感器在额定一次电流下的误差一般为1%-3%。自产方式中，除CT本身误差外，还要叠加软件计算误差和硬件采样误差。升流仪输出电流误差是随着电流增大成正比例增大，输出100A的电流为例，误差值达5%-10%。因此本项目研究方向是研制一种相互交错串接的试验线，通过加大流过电流互感器的一次电流回路试验匝线，让流经电流互感器的电流值成几何倍数增加，这样便可以使用高精度电流输出的继保试验仪进行CT升流试验，降低CT升流试验的误差值。

电流互感器电流值计算公式： N * I1 * 圈数 = Ki 。

首先我们将N通过跳线方式进行放大，保持电流方向不变，加大一次电流回路匝线让一次电流成倍增加，选取以下几种接口，如图6所示：

图6 不同接口类型

其次，通过比较，航空插头（如图7所示）具有可通过电流值大、接线牢固及现场适用性强等特点。因此，选用航空插头19P线芯1mm，通过对公端、母端接头背面进行错位跳线相连，使仪器输出电流1A朝向同一方向19次穿过CT，让CT感应电流为1A变为19A。

图7 航空插头接线图

最后，利用继保试验仪选用三相接线方式（如图8所示），分ABC三相分别输入2A电流值，装置分别输出3相2A电流，穿过电流互感器并缠绕5圈后，理论感应电流应为：A相2A*19*5+B相2A*19*5+C相2A*19*5=570A，实际接入5000/1电流互感器进行试验，保护装置采样值理论值应为：0.114A试验结果二次显示值为：0.113A，误差值：0.001A，精度达到千分之8.8，精度比传统测量值提升了10倍。

图8 多倍可变换电流测试盒

五、小结

综上所述，本研究通过增加一次电流回路匝线，将相互绝缘的多股细导线集合到一根线上，两头分别做成接头，将两个接头对接后，多股细导线错位相连形成一个多匝线圈，头尾的细线引出来并用进行加量，使一次电流成倍增加。研究新的试验方法即可直接使用试验仪进行高精度小电流CT升流试验，使二次电流显示精度达到0.01A。

参考文献：

【1】于兴鹏,孟子慧.中压配电系统零序电流互感器的现场应用[J].电世界,2021,62(06).

【2】王刚,王锐.电流互感器与过电流继电器的接线方式分析[J].科技创新与应用,2020(35).

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