电力计量互感器检测中低压外推法的研究与实际应用
摘要：本文从常规方法下采用比较法测量电流互感器的角差和比差的优缺点，采用低电压手法“低压外推法”测被检互感器的误差和导纳，通过两种方法的比较，采用“低压外推法”测试电流互感器的角差和比差比常规比较法省时省力，测出的结果精度还高。
关键词：互感器、校准、外推法
一、前言
电流互感器是有一定误差的，主要由三部分组成：铁芯、一次线圈和二次线圈。由于铁芯磁阻的存在，电流互感器在转变电流的过程中，必须消耗一小部分电流用于激磁，使铁芯磁化，从而在二次线圈产生感应电势和二次电流，电流互感器的误差就是由于铁心所消耗的励磁电流引起的。由于激磁电流和铁损的存在，电流互感器一次电流和二次电流的差值是一个向量，误差包括比值差和相角差。一次电流和二次电流在数值上的误差用相对误差方式以百分数表示时称为比差，根据国家标准规定比差定义:
式中: I1-线路上流过的一次电流
I2-电流互感器二次回路中的电流
-电流互感器额定电流比
从比差定义的公式中可知比差是有正负的。比差为正时表示连接在互感器上的测量仪表的电流读数乘以变比 后大于线路上的实际电流，比差为负时意义相反。同一电流互感器在不同电流和负载时比差可能为正也可能为负。 此外一次电流和二次电流之间还有相位角的差别，一次电流向量与反转180°后的二次电流向量的夹角称为相角或简称角差。相角误差也有正负之分: 当反转后二次电流向量超前一次电流向量时，相角误差归定为正，反之，滞后于一次电流向量时为负。那么，作为计量回路中的电流互感器，其比差和角差的大小将直接影响电能计量结果的正确程度，因此，对电流互感器进行校准，以确定其比差和角差规定要求，对提高电能计量精确程度是非常有必要的。
二、比较法的不足
电流互感器的校准过程中，通常采用的是传统的比较法，即采用比较额定变比系数相同的标准电流互感器和被检电流互感器，对差信号进行采样分析，然后经适当运算测量出被检电流互感器的比差和角差。对电流互感器校验原理图如图1所示：
图1比较法校验接线图
测量装置型号为HES－１，采用比较法原理。从图1中可以看出，用比较法要实现校验，必须要配套的标准器，包括：标准电流互感器、升流器、标准电源、负载箱。存在如下缺点：
1.标准电流互感器和被检电流互感器一次侧 要通过一次电缆进行连接，并且要根据被检电流互感器变比合理选择电缆线径，二次侧 也要通过导线连接，这种接线方式导线本身的阻抗对校验结果准确程度也会产生一定影响，使得设备整体准确度等级低。
2.由于一次电缆、配套设备体积大，笨重，搬运极不方便，且校验接线复杂，因此工作效率比较低。
3.校验过程中会产生大电流，比如被检电流互感器变比为2000A/5，要实现校验，标准器必须要提供一个标准的2000安培的一次电流，如此大的电流，这本身就是一个极不安全的因素。如有疏忽，监护不到位，很容易发生不安全事故。
4. HES－１检定装置还不能判断外接线状况，对接线错误、变比、极性错误等也不能提示。
5.随着矿区计量设备的不断更新，S级宽负载的电流互感器和电度表逐渐应用，HES－１不能满足对S级宽负载的电流互感器的校验。
鉴于此情况，便尝试用低压外推法校验电流互感器。
三、方法的提出
低压外推法原理是：测电流互感器误差，它是基于现场电流互感器与相应的电压互感器的误差相同，将被检电流互感器当作电压互感器进行检定和朔源；按电压互感器在相当于200%～1000%额定电流（电压）下测被检互感器的误差和导纳等参数，再通过在低压下测导纳，外推出在低压即1%或5%～120%额定电流（电压）和额定负荷及下限负荷或实际负荷下的误差。
采用“低压外推法测电流互感器误差”，将电流互感器按相同误差的电压互感器进行检定，并在高电压下测空载误差，外推到低压直接显示被检电流互感器误差。
电流互感器电流比Ki与电压互感器电压比Ku相等
(1)
电流互感器在额定电流I2n下的二次感应电势E2n就是电压互感器的一次额定电压即：
(2)
电压互感器的二次额定电压
(3)
电流互感器与电压互感器的空载误差εik与εuk相等[3]：
(4)
式中 Z2—电流互感器二次绕组即电压互感器一次绕组内阻抗，复数；
Y—电流互感器二次绕组即电压互感器一次绕组励磁导纳，复数，在相同电压即电流互感器二次感应电势E2= U1电压互感器一次电压下，二者的励磁导纳也相同；
Δf—电流互感器即电压互感器比值差补偿值，复数实部。
其中除导纳Y外均为常数。因此可以先在高压即外推点电压Ut下，用测差法测200%～1000% U1n（即In）外推点空载误差εt和导纳Yt，然后通过测导纳Y，再测算出相应低压下与该高压下的误差差值Δε，再加上负载误差 –ZY，就可外推算出并直接显示电压互感器在低压即1%（S级）或5%~120% U1n（即In）和额定负荷或下限负荷或实际负荷下的误差ε（其实部f为比值差，虚部δ为相位差）：
(5)
(6)
(7)
式中 Z—二次负载阻抗，复数；
–ZY—负载误差，复数。
我们应用HLE1-A型电流互感器现场检定装置
1. 组成：
(1) 电源和标准互感器：20VA电子电源 10VA升压器和0.05级标准器
(2) 测试和运算部分：微机式校验仪及运算软件
2. 等 级：0.05S级
3. 电流比：25～25000/5A 25~5000/1A
4. 二次负荷 ： 5～300VA(5A) 5~100VA(1A)
5. 功率因数 ： 0.8或1.0
6. 内附校验仪：2级
7. 内附标准互感器：0.05级
8. 工作电压：AC220V
9. 工作频率：50Hz
图2低压外推法校验接线图
通过以上分析，结合图2可以看出，低压外推法有如下优点：
1.校验装置K1、K2接线端，是采用并联导线接入被检互感器K1、K2二次端，这种接法使得连接导线阻抗大大减小，提高了装置的准确度， HLE1-A检定装置即能够检定Ｓ级宽负载电流互感器，也兼容其它各准确度级电流互感器的校验。
2.校验过程中不会产生大电流，校验装置与被检电流互感器一次侧连接不需要笨重的一次电缆。接线、操作简单，易搬运，劳动强度小，工作效率高，安全可靠。
3.能够准确检定出电流互感器变比误差、相角误差，可测电流互感器变比、二次绕组内阻，可以智能判断外接线状况，提示接线错误、变比、极性错误等。
四、结束语
我们分别用比较法和低压外推法校验型号HL97，等级0.5，额定变比500/5，在100% In 及额定二次负载下的比值差和相位差各10次，然后取其平均值。用比较法检定，四人同时工作，一人操作，两人接线，一人监护，完成10次校验共费时1.5小时，检定结果比差为-0.244，角差4.6分。用低压外推法检定，两人同时工作，一人操作、接线，一人监护，完成10次校验共费时45分钟，检定结果比差为-0.136，角差3.42分。通过比较得出结论：采用低压外推法HLE1-A电流互感器检定装置校验，工作效率高，操作简单，安全可靠，结果准确。
