低压抗直流电流互感器及检测装置研究
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摘 要：传统的低压电流互感器虽然发挥了极为重要的作用，但是一直存在技术上的缺陷，突出表现为在直流分量负荷的影响下，其传变误差会有所增加。而低压抗直流分量电流互感器可有效弥补这一缺陷，这也是基于直流分量对传统电流互感器进行分析后得出的结果，借此明确其失准机理，制定全新的检测方法，保障电流互感器抗直流性能检测结果的准确性。在此基础上，技术人员可顺利完成检定装置的研发，确保电流互感器抗直流性能与相关标准及规定相符。实践证明，抗直流分流电流互感器性能与参数均优于传统低压电流互感器，抗直流性能大幅提升，可用于满足现场运行的要求。
关键词：抗直流分量 检测装置 电流互感器
中图分类号：TM452 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）11（a）-0088-02
TA（低压电流互感器）和电能表均是低压电能计量表的重要组成部分，是其不可缺少的装置之一。值得注意的是，此种低压电能计量表的负荷电流绝不会低于60A。电能表的类型及型号均不相同，其抗直流分量性能也有所差异，始终以串联的形式与电能表一同位于低压电能计量装置当中，与电能表不同的是，并不具备抗直流分量性能。因此受到直流分量负荷的影响后，低压电能计量装置会出现少计电能量的问题。经调查发现，用电设备的非线性负荷是导致直流分量的直接因素，最为重要的是，使用直流设备或者可控硅设备后，直流分量的发生概率大幅增加，尤其是在电气化铁路、塑料制品等用户的一次电流中，直流分量的发生概率相当大。因此，针对低压抗直流电流互感器及检测装置进行的分析具有十分重要的意义，有望利用检测装置及低压抗直流电流互感器改善上述局面。
1 直流分量导致低压电流互感器失准的原因
经调查发现，直流偏磁的问题普遍存在于低压电流互感器当中，究其源头是受到一次直流分量的影响。从理论角度来说，直流分量产生的各次谐波使得低压电流互感器的正确传变受到影响，铁芯工况也是因为直流分量产生的励磁电流而发生了变化，但是本应该产生的变化磁通却没有出现，最终引发低压电流互感器失准问题。一般情况下，技术人员会采取半波电流试验的方法研究直流分量给低压电流互感器带来的影响，在直流分量当中，半波电流占据的比例高达32%，通过一次绕组后，半波电流磁导率会发生一定的变化，下降幅度明显，加之直流分量的影响，电流互感器的工作误差明显扩大，整体朝向负方向移动，这也可以证明其工作接近饱和状态。而二次绕组后，电流互感器的电流波形变化幅度更大，负值缩减幅度明显[1]。经过多次试验后可以得出以下结论，在半波电流的影响下，传统抗直流电压互感器的误差相当大，且呈现出几何级上升的状态，即便是最小的直流分量，也会给低压抗直流电流互感器造成直接影响，导致其出现误差，并超出预定的范围。
2 抗直流低压电流互感器的研发
传统的低压电流互感器均以环形磁芯制作而成，主要原材料为超微晶带材料，该种材料的磁导率非常高，具备较小的饱和磁感系数，饱和更为容易，即便是一次电流中有直流分量的存在，也不会影响其饱和系数。相对于超微晶磁芯而言，铁基非晶材料的磁导率稍有逊色，但是其凭借铁损较低的优势广泛应用于电力变压器当中，具体作为磁芯使用。经实验可知，铁基非晶磁芯的起始磁导率和低矫顽力十分强大，其工作曲线并不会受到直流分量的影响，简单地说其抗直流分量能力相当强。此外，二次绕组输出的电波可用于还原一次电流波形。要想组成复合磁芯，必须应用铁基非晶和超微晶的磁性性能，利用二者互补特性将其融合在一起。本文研究的低压抗直流低压电流互感器可以有效改善传统低压抗直流电流互感器计算不准确的问题。
3 TA抗直流性能检测方法的研究
现有的抗直流低压电流互感器普遍存在缺乏检测方法的问题，以往的标准并不规范，无法按照统一的规则和规范对其进行判断。因此，如何做好抗直流性能检测方法的完善与优化迫在眉睫。
3.1 电能量比较
使用低压电流互感器后，交流电能表的内部性能会发生改变，偶次谐波的比例也会发生变化，要想对其进行明确的考核，必须应用半波整流电能比较试验线路法。试验前，应基于实际情况对半波整流电能比较法实验线路进行适当的改进，确保其与低压电流互感器的抗直流性能相符，从而提升电能量检测的准确性。
3.2 1/1自校
本次试验所选电路图是依照JJG1021-2007《电力互感器检定规程》的资料而来，具体如图1所示。
本次实验为了更好的应用1/1自校的方法而在二次绕组的基础上再次进行绕组，绕组匝数与试品低压电流互感器的匝数相同，该种方法也可以有效避免标准低压电流互感器误差引入的问题。利用上述电路即可完成低压电流互感器的半波电流测量，明确其误差。需要注意的是，上述电路图为了提高校验仪的工作电流，使用的变流器为10/1，因此，完成试验后，将所得数值乘10才能得出准确的测量结果。经实验证明，该种方法在检测抗直流性能方面发挥了极为重要的性能，不仅可以实现试验线路的检测和自校，还可避免测量误差引入的问题。但是必须在测量之前再次绕组。电流与检测效率之间为反比例关系，简单地说，电流不断升高的过程中，检测效率大幅下跌，但是劳动强度却有所上升，所以说半波直流下的合成误差无法确切的表达个体的抗直流性能。
4 试验验证
4.1 试验方法
本次试验基于电炉烧磁用户对半波直流窃电的运行方式进行了如实模拟，实际实验的过程中加装了不同的电能计量装置，共加装三个装置，每套装置的原理都不相同，然后对得出的性能结果进行反复的比对。实验结果表明，使用锰铜电阻材料的电能表具备更加优良的性能，抗直流分流能力十分显著，可满足現场运行要求，维持其稳定性。
4.2 试验数据
实际考核对抗直流电流互感器前应做好充分准备，制定科学、严谨的试验方案，并在试验前对现场环境进行验证性的实验。运行过程中需要反复地比对并计算电能量，考核时间严格控制在80d，考核过程中需详细记录考核结果。实验结果显示，最初的普通互感器电能表相对误差为40.08%，经过80d的考核后，为90.58%[2]。不难发现，相对于锰铜电能表来说，低压抗直流计量装置始终存在误差，但是可将其控制在1%以内，即便是现场环境极为恶劣，也不会超出这一数值，而传统的计量装置经过一段时间的运行后误差会超过90%。要想拥有更好的抗直流性能，必须加大对抗直流电流互感器的研究力度，使其满足现场运行提出的多样化需求。
5 结语
综上所述，最新研制的复合磁芯低压抗直流低压电流互感器具备十分强大的功能，不仅可以完成测量电流的目标，还与相关技术及要求的标准相符，即便是在直流分量负荷的影响下，也不会影响到电流测量的准确性。相对于传统的低压电流互感器而言，最新研制的复合磁芯低压抗直流低压电流互感器并未在安装调试及外观结构上做出明确的改变，绕柱方法及浇注工艺仍旧沿用了传统的低压电流互感器，推广难度并不大。另外，基于交直流标准而研制的低压电流互感器具备极强的操作性，使用便捷，可弥补抗直流低压电流互感器量值溯源的弊端，有效提升了检测结果的准确性。
参考文献
[1] 王保帅，肖霞，徐雁.一种新型抗直流电流互感器检定系统的研究[J].电力系统保护与控制，2018，46（17）：77-83.
[2] 赵震宇，朱亮，祝婧.电流直流分量对低压电流互感器计量特性影响的试验研究[J].电测与仪表，2016，53（20）：44-49.
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