浅谈电流互感器对电能计量的影响

浅谈电流互感器对电能计量的影响

李伟坤

广东电网有限责任公司惠州供电局广东省惠州市516001

摘要：电力企业生产效率需要以电能计量来进行保证，而且电能计量也直接关系到电力企业和电能用户的经济效益，这就需要确保电能计量的准确性。而且电能计量装置中其中最为重要的组成部分即是电流互感器，所以其对电能计量准确性的影响较大。本文简要叙述了电流互感器结构、电压互感器的工作原理，对电流互感器、电压互感器对电能计量的影响进行了分析探讨，最后提出了防止电能计量出现误差的建议。

关键词：电流互感器；电能计量；影响

1、电流互感器的结构分析

电流互感器其由闭合的绕组、铁芯和绝缘外壳组成，通过电磁感应原理来进行工作。其绕组由一次绕组和两次绕组两部分组成，一次绕组具有较少的匝数，需要在检测时电流通过全部线路，而二次绕组由于其匝数较多，而且回路具有较好的闭合性，所以在近乎短路的状态下也能进行工作。电流互感器发挥着较强的功能性作用，不仅能够将一次系统和二次系统有效的联络起来，而且可以将大电流转变为小电流，从而供应给系统的各个部分，同时对于整个系统的运行状况也能够进行真实的反映，确保工作人员能够安全的进行工作。

2、互感器的工作原理

电流互感器、电压互感器是互感器的两种类型，是电能计量中的信息源。互感器的作用主要有三个方面：（1）保障电力系统中一次系统和二次系统隔离；（2）将数值较大的电压/电流转变为较小的电压/电流；（3）标准化，即将不同电压等级、不同大小电流都转化为标准的电压和5A、1A电流，以方便使用。

互感器的结构和原理与一般变压器相似，由两个闭合绕组（一次绕组、二次绕组）组成，绕组匝数分别为N1、N2。其中电压互感器与普通降压变压器特性相似，一次绕组与电网并联，二次绕组并联于二次设备的电压线圈，电压线圈的阻抗很高，二次回路相当于开路。运行中，需要防止二次回路短路，因此往往设置熔断器、断路器等防短路元器件。电流互感器的一次绕组与电力设备串联，二次绕组与二次设备（如电能表）的电流线圈串联，电能表的电流线圈内阻很小，所以电流互感器相当于二次短路运行的变压器。电流互感器磁通密度设计一般在0.08～0.1T范围内，磁损耗小。正常运行时，用来建立磁场能量的激磁安匝数也相应很小，漏磁安匝数在一次安匝数中所占比例也很小，大约占到0.3%～1%。激磁安匝的主要作用是在铁芯中建立磁通，以保证能量顺利从一次侧传递到二次侧。

互感器设备是电能计量中非常重要的一环，只有保障电压/电流顺利地从一次侧传递到二次侧，且一次侧电流与二次侧电流在比例/相位上具有一致性，才能确保计量的准确性。因此，电流互感器及其二次回路对于电能数值计量的精确性有着巨大的影响。

3、电流互感器对电能计量的影响

3.1电流互感器励磁产生的影响

电流互感器首先需在互感器铁芯内建立磁场，这样方能保障电流的正常传递。建立磁场的这部分消耗称为铁芯磁耗，对应为励磁安匝，因此，电流互感器误差的主要原因便是励磁安匝。电流互感器的误差包含比值差（f）和相角差（δ），与外界阻抗、铁芯特性都有关系。由于电流互感器的特性，只有二次负荷控制在额定负荷的25%～100%，才能基本保证准确性，而二次负荷在30%～60%之间，才能使电流互感器的性能实现最优，从而有效减小检测误差。

3.2共用绕组产生的误差

共用电流互感器的二次绕组，如继电保护和计量表计共用一个电流互感器，则可能导致较大的误差，这是由于二者的特性不同。保护用电流互感器对正常运行时的精确度要求不高，

而对故障发生时的准确性要求较高，如要求抗饱和性能高等。计量用电流互感器则对正常运行时的精确度要求很高，最典型的表现为，用于保护的电流互感器一般标为P级，即ProTecTioN继电保护级，而计量用电流互感器往往采用S级，即精确度较高的SpeciAl特殊级。

3.3电流互感器选型导致的误差

实际运行中，由于负荷电流不断变化，难以保证其一直在准确的范围内，当负荷电流变化幅度较大或者长期在负荷水平较低或较高的工况下使用时，则会造成电流互感器误差较大，从而产生较大的计量误差。这种情况主要是由电流互感器变比选择不当造成的。如负荷水平长期较低，则需要选择变比较低的互感器；如负荷水平长期超过额定负荷，则表明互感器选择不当或者运行过程中负荷增加，需要提高互感器的变比。

3.4电流互感器接线带来的误差

电流互感器的特性决定了其二次负荷要保持在较低的水平，如果电流互感器的二次负荷较高，如二次回路线径较小、线路过长、连接阻抗较大等，会导致励磁电流变大，误差增大。因此，在使用过程中，计量回路一般要求使用4mm2的导线，以尽量避免线径过小导致的误差，从而提高计量的准确性。将三相三线电能表用于测量三相四线电能时，由于三相负载存在不平衡，即三相电流幅值不等或者相位不满足对称，则中性线有电流存在，会产生附加误差。

3.5二次断线带来的计量损失

电压互感器二次断线所产生的影响不应归为误差，而应归类为计量错误或计量损失，其远远超过误差的范畴。当二次设备、二次回路出现短路、过负荷等情况时，二次回路的熔断器或断路器会断开，以保障二次回路和二次设备的安全。但回路断开会导致计量仪表失去电压，从而无法计量，因此这段时间内使用的电能会在计量仪表中缺失，从而导致计量损失。

4、减少电流互感器对电能计量误差的措施

4.1正确选择计量接线方式

电能计量装置如果想要接人绝缘系统的中性点，一般都会采用三相三线的电能表，并且选择两台二次绕组的电流互感器与电能表进行四线连接；而电能计量装置如果要接人绝缘系统的非中性点，则采用三相四线的电能表，并且选择三台二次绕组的电流互感器与电能表进行六线的连接在进行连接时，如果采用四线连接，在电流互感器的极性相反的情况下，计量装置就会发生变化，产生一定的影响。

4.2适当调整电流互感器的误差

电流互感器的误差与电能表的误差是造成电能计量误差的主要因素。所以，要想减少电流互感器的误差，就要在进行实际操作的时候，结合环境，对电流互感器以及电压互感器进行误差的互补。并且，还有适当的调节电压互感器与电流互感器之间的角差以及比差，只有这样，才会在两者进行合成之时，降低误差，增加准确性。

作为测量用的电流互感器，比差和角差的大小直接影响测量结果的正确程度，因此，比差和角差是测量用电流互感器最主要的特性。然而对于继电保护用电流互感器与对测量用电流互感器的要求是不相同的，测量用电流互感器只要求在正常运行时准确，而继电保护用电流电流互感器却要求在短路状态下准确，即要求互感器对稳态短路电流和暂态短路电流均能准确转换。

4.3采用高精度“S”电流互感器

在实际的电能运输中，一些电路的负荷电流经常在不到额定负荷百分之三十的电能表中运行。这要求供电企业必须采购“S”级电流互感器以保障电能计量在1~120%负荷之间的准确计量。

4.4精确选择电流互感器变比

在对电流互感器的电流特征曲线负荷特性曲线以及误差特性的了解中可以发现，要想使电流互感器的误差降到最低，就要控制二次负荷，一般会控制在2%—100%之间，并且要对额定电流进行控制，高于30%，低于60%，在这种区间中，才会使电流互感器发挥到最佳工作状态。假如当负荷电流低于30%时，就要采取措施进行补救，一般会选s级互感器或者采用二次绕组的抽头多变比，甚至可以选择高额定短时的热电流和动稳定电流，只有这样，才会使得负荷电流接近标准值。

5、结语

电能计量作为电力应用的重要部分，在未来的发展中也将会有其新的意义和内涵。作为一名电能计量人员，在当下更应该对电流互感器的核心内容进行深入的了解，结合电流互感器在使用中对电能计量的影响因素，尽可能的保证电能计量的精准性，从而最大程度的提高电力企业的经济效益。

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