卢嘉栋

【摘要】 本文在分析电流互感器工作原理的基础上，对电流互感器对电能计量的影响进行了分析。本文尝试采用建立电流互感器模型的方式，对其运行特点进行了分析。经过研究发现暂态饱和与电流互感器是其电能计量产生误差的重要原因。针对这一结果，本文提出了相应的减少电流互感器电能计量误差的方法。

【关键词】 电流互感器 电能计量 影响

随着社会经济的发展，电能在日常的生产生活中逐渐起到了越来越重要的作用，人们的各种活动都离不开电力的应用。而电能计量是确保电力企业生产经营效益的关键，其计量的准确性和有效性直接决定着用户和企业两方面的利益。电力计量装置主要由电能表、二次回路、电流互感器等几个部分组成，而其中电流互感器是最为重要的，也是电流计量装置测试精确性的决定性因素。

不仅在电力计量装置中，在整个电力系统的运行中，电流互感器也起着重要的作用。但是在这种设备的实际使用过程中，若出现饱和或剩磁现象时，就会导致计量装置中的电流大小出现较大的变化，从而极大的影响了计量装置的准确性。本文就将对引起电流互感器计量精度的因素进行分析和总结，并提出了相应的应对措施。

一、电流互感器简介

互感器有两种类型，分别是电流互感器（TA）和电压互感器（TV）。在电能计量装置中作为信号源元件，在电力系统中则起到了一次高压回路和二次控制回路的作用，相当于桥梁的作用于。

本文主要研究的是电流互感器。电流互感器是电能计量装置中的重要组成部分，但其自身具有的一个缺陷是在达到饱和状态后电流的波形容易发生畸变，对电能计量的准确性产生极大的影响。

为了提高电流互感器的计量精度，必须对其误差的原因进行深入的分析和了解，只有这样才能采取相应的措施进行解决。本文采取了理论研究和仿真相结合的方法对电流互感器的电能计量原理进行了分析，并建立了相应的模型进行了仿真实验。

电流互感器的结构分析电流互感器的核心原理主要是电磁感应原理，其主要是由闭合的绕组和铁芯以及绝缘外壳组成的。绕组分为一次绕组和两次绕组，对于一次绕组来说，因为其拥有很少的匝数，使得在实际检测的时候，需要电流全部通过线路；而二次绕组因为其较多的匝数，主要串联在保护电路以及测量设备中，而由于其二次回路的闭合性，使得电流互感器能够在近乎短路的状态工作。电流互感器承载着一次和二次系统之间的联络功能，能够将大电流转变成小电流，供向系统的各个部分，并且能够真实的反应整个系统的实际运行情况，同时也在保证着工作人员的安全。

电流互感器的内部结构与常见的变压器十分相似，都是由两个绕在闭合铁心且相互绝缘的绕组组成的。绕组的匝数分别为N1和N2，其内部结构如图1所示。

TA的一次绕组与被测电路采用串联的方式，二次绕组则与电流表线圈进行串联。由于电能表的内阻很小，TA可以看成二次短路的变压器。在这种情况下，I0N1很小，I0N1在I1N1中所占的比例也很小。TA的向量图见图2（a），其中Φ为由激磁安匝数在铁心中建立的磁通，U2为二次感应电压，二次回路电流I2滞后于U2角度，一次安匝数I1N1与二次安匝数I2N2向量和等于I0N1，即

电流互感器一次绕组与电路之间采用串联的方法进行连接。二次绕组与电能表串联。电能表的内阻很小，因此电流互感器可以看做是二次短路运行的变压器。电流互感器磁路中的磁通密度也很小。通常在0.08～0.1T之间，因此磁损耗较小。这种情况下，在铁心中起到传递能量作用的激磁安匝数。

二、电流互感器的误差分析

在电流互感器的实际使用过程中，其内部会产生比差和角差。这一误差是难以避免的，也就是说实际电流与额定电流比总是存在一定的差异的。电流互感器的误差来源如图2所示。

从图2中可以看出，-I2N2与I1N1并没有完全重合，-I2N2超前于I1N1，长度却不及I1N1，这是由于I0N1不为0.这也就是说，TA的误差主要是由于励磁电流造成的，因此，只能通过减小 励磁电流来降低误差，而不能消除TA的励磁电流。根据图2，利用正弦定理是可以推算出TA的比差和角差的，比差用fI表示，角差用δI表示，其计算公式分别为：

其中，I0N1与φ之间的夹角用θ表示；I2N2与U2之间的夹角用2？表示。通过上述的公式可知，在励磁电流的影响下，比差fI的值是负的，向负方向变化。角差δI是正的，向正方向变化。正是因为如此，会使得最终的测量结果出现误差，结果是偏小的，而电能计量也是偏小的。

电流互感器的作用原理是铁心线圈电磁感应。而铁心线圈磁化曲线具有非线性，这会进一步造成误差的产生。此外，剩磁也是电流互感器产生误差的重要原因。剩磁是铁磁材料特有的一种现象，尤其是在系统发生短路或跳闸、合闸等现象时，电流互感器的剩磁现象尤其明显。电流互感器的剩磁程度主要取决于电流开断瞬间铁心中的磁通大小。当线路出现短路现象时，磁通由原来的稳定状态短路电流、非周期分量和二次回路阻抗共同决定。当电流互感器处于饱和状态时，剩磁现象将会是最为明显的。

三、电流互感器的误差来源分析

电流互感器的主要作用进行电力企业电力销售情况和用户电能消耗情况的，其计量精准性直接不仅影响到了电力企业的经济效益，还会影响到用户的利益。近年来，电力技术不断发展创新，人们对电能质量的要求也在不断提高，电能计量的精准性获得了人们更多的重视。但在实际情况中，电能计量尤其是电流互感器的计量精读还存在较大的缺陷，给电力企业和用户带来了一些影响。

3.1电能表选用不合理

在实际使用过程中，用户端的电流变化较大，电流互感器经常处于低载负荷运行的状态，这将极大的影响电能计量的精读。另外，当电能表与实际测量参数不一致时，也会增加测量的误差，并由于三相不平衡还会在中性点附近产生少量的电流。

3.2电流互感器的选用不合理

当电流通过一次绕组时，会产生一次磁动势。根据电磁感应和磁动势平衡原理就可以知道，这时二次绕组中会产生感应电流，二次磁动势会抵消一次磁动势。要使这一能量转换能够持续存在，就需要给铁芯持续供给一个激磁磁动势。由此可见，激磁磁动势是造成电流互感器误差的重要原因之一。

激磁磁动势具体是通过影响电流互感器的角差和比差来影响计量精度的。从互感器的作用原理可以知道，当一次电流为额定电流的30%-60%时，互感器的计量精度是最高的。

四、减小电流互感器对电能计量误差的策略

4.1 采用高精度“S”电流互感器

在电能的实际运输输送过程中，电路的负荷电流常常不到额定电流的30%。而使用“S”级电流互感器，可以确保电能计量在负荷达到1%-120%时的计量精度。

在电流互感器中，二次负荷包括外接导线、电流线圈、电能表的电阻和阻抗等。因此选择电流互感器时，可以从这几个方面进行综合的考虑。在确保电流互感器的容量的同时，尽量选择阻抗较低的电能表，电子电能表就是不错的选择。减小外接导线电阻等方法也能减小阻抗，提高电流互感器的精度。

4.2合理控制一次电流及其二次负荷

电流互感器一次电流大小应该为额定负荷的30%-60%，若无法实现这一点，则应该选择稳定性较高的电流互感器，减少变比，实现提高电能计量精度的目标。合理选择电流互感器的额定电流，能够确保电流互感器在更好的状态下运行，从而有效的减小电能计量的误差。此外，还可以通过采用专业计量用互感器或计量用绕组的方式进一步提高计量精度。

4.3对电流互感器进行必要的检修

电流互感器的检修主要有三个部分。首先是对电流互感器铭牌和实际运行状态的全面检查，确认其线路工作状态是否符合要求；其次要检查电流互感器的一次及二次回路，重点检查回路是否存在短路、开路等问题，二次端子的极性有无错误等；最后是对电流互感器的接线处的检查，这一步主要是确保接线的准确性，减少电路出现开路、多点接地等问题的发生频率，防止事故的发生。

五、实例分析

下文将以电流互感器二次A相电流断线为例，分析电流互感器对电能计量的影响。在某工厂的日常巡检中发现，工厂变电所接在A相的计量装置并没有电流通过。通过值班记录发现，当年3月24日的用电量突然大幅度减少。进一步检查发现，该电能计量装置的电流回路上连接了其它的设备，例如有功率表、电力定量器等。

经过最终的检查发现，定量器A相进线端已经脱落。测试功率因数为0.98，在接线出现问题的那段时间里用电量为288600KW·h。在A相电流线段期间，计量接线的情况如图3所示。

为了研究电流互感器二次A相电流断线对电能计量的影响，首先要对在不同功率因数下电能计量的情况进行分析，然后得出在A相电流断线时，电能计量的更正系数，给出A相电流计量的正确计算公式，之后就可以计算出在A相电流断线期间实际的电能。通过一系列的计算发现，在A相电流接线出现问题的期间，电厂实际消耗的电量为516594 KW·h。因此，应追补电量为227994 KW·h。通过上述的分析不难发现，当电流互感器的二次A相电流断线时会影响到电能计量的结果。同理，当电流互感器二次A相、B相、 C相电流断线或者出现连接错误时都会对电能计量产生一定的影响。因此，在发现用电量异常时应对电流互感器进行检查。

六、 结语

随着人们生活水平的提高，电能在人们生活中作用也越来越大。而电能计量作是确保电力输送效率和电能应用效果的关键性因素，对其精度影响因素的研究有着很高的现实意义。本文在阐述了电流互感器误差原因的基础上，根据电流互感器在实际使用过程中的特点，针对电能计量的影响因素提出了相应的解决办法，最大限度的提高电能计量的准确性，以便提高电力企业的经济效益。确保用户的利益。

参 考 文 献

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