电流互感器计量研究探讨

【摘 要】本文首先对新型电流互感器的工作原理进行了分析，后对电流互感器对计量造成的误差进行了研究，并针对其中的一些误差因素，提出了相应的具体改进措施。

【关键词】电流互感器；计量

在社会经济发展中，电能的应用占据着重要的地位，也是目前人们生活生产中不可或缺的一部分。电能计量主要是电力企业保证其生产效益的基础措施，其工作的有效性也决定了电力企业和电能用户两者的经济效益。电力计量装置主要是由互感器、电能表和二次回路组成的，且电流互感器是这些设备中的重要设备，同时也是电能计量准确性的重要保证之一。相比于传统电流互感器，新型的光纤电流互感器性能，在动态范围狭窄、绝缘性等方更好。因此，新型光纤电流互感器计量研究是有必要的。

1 光纤电流互感器主要工作原理

光纤电流互感器基于法拉第效应的原理，如图1所示。

法拉第磁光效应原理是指在外磁场影响下，从光源发送的单色光在途经偏振器后，光在偏振面上发生旋转，从而产生出一个旋转角度，旋转的角度与外界磁场强度的大小、光在介质中传播时与磁场产生作用的长度以及材料本身固有的性质等有关。

法拉第磁光效应原理可用下述公式来进行描述：

θf= VBL = μ0V ∫HdL = μ0VNI

上式中：θf为线偏振光的法拉第旋转角度；μ0为磁导率；

V 是费尔德常数；H 为光传播方向上电流产生的磁场强度；L 为磁光介质的光传播路径；N 为环绕载流体的光纤圈数，在环绕导体一周的光闭合路径时 N = 1。从光源产生出的单色光在传播方向上途经光起偏器就会变成偏振光，然后令其通过磁光介质，再到达光路检偏器中，最后进入到光电探测仪器中。

2 光路误差分析

根据上述原理针对光纤电流互感器光路产生的误差做了分析，其主要包括如下：对轴角度误差、起偏器消光比、线性双折射误差、集成光学相位调制器误差、传感光纤Verdet常数、1/4 波片位相差以及光源噪声等因素。互感器系统中最主要误差源是 1/ 4 波片位相差误差、线性双折射误差及传感光纤Verdet常数。

（1）传感光纤Verdet常数误差传感光纤Verdet常数是光波波长和环境温度的函数，对磁致旋光效应起着重要影响作用，其与互感器变比成正比关系。通过稳定光源功率可以比较精确地控制中心波长，那么磁光晶体Verdet常数对于普通二氧化硅光纤来说，就同温度成正比例关系。Verdet常数和温度的正比例关系近似为：

由上式可以看出，当环境温度在-40-60 ℃区间内波动时，传感光纤Verdet常数会产生变化，这个变化会导致互感器变比漂移0.7%左右，必须消除Verdet常数变化带来的影响。

（2）光纤传感线性双折射误差从光源发出的光进入偏振器后会因光的双折射而使光的偏振面发生旋转，其会导致产生一个与法拉第磁效应偏角无任何差异的误差信号，这会造成光纤电流互感器测试性能大幅降低，影响其实用化。消除双折射至关重要，而引发光纤中双折射因素又分为自身固有因素和外界因素，自身固有因素主要由生产工艺中光纤纤芯非圆导致，外界因素则是温度，形状和压力等引起。上面分析了引发双折射的因素，为了消除其带来的影响，可以通过改变传感光纤自身固有因素，或者引入大量圆双折射，而通过降低光纤的非圆率及内应力则是减小固有双折射的有效方法。

（3）1/4波片位相差误差温度会影响 1/4波片，令其发生变化，进而导致光的偏振态发生变化，这会严重影响互感器的精度。下面采取了补偿方法消除其影响，所谓的补偿方法就是令波片温度产生的误差跟Verdet常数受温度影响而产生的误差相反，达到其二者对互感器变比的影响相互抵消。为了达到此目的，则必须先确定 1/4波片初始位相差。理论分析结果表明：互感器全温变比误差在只有波片受温度影响时约为0.627%；互感器全温变比误差在只有Verdet常数受温度影响时约为0.63% ；在经过波片和Verdet常数互相补偿后，互感器变比相对误差约为0.117%，这个效果还是非常令人满意的。

3 实验测试

通过上述方法基本上可以消除大部分光路误差影响，下面是依据标准（互感器标准IEC 60044?8）做的实验。

（1）温度上升实验。先把待测互感器传感头部分放置在温度实验箱中，然后把温度试验箱中温度调整为-30-70 ℃范围内令其变化，在温度变化区间内分别设置测试点-30 ℃，-15 ℃，0 ℃，15 ℃，30 ℃，50 ℃，在这些测试点上分别保温60 分钟。每次在结束保温前8分钟，分别对互感器样机输入不同采样点的直流电（采样点：150 A，300 A，450 A，600 A，750 A，900 A等），测得响应输出。针对各个测试温度点分别求得样机温度点变化比。实验结果如图2所示。

（2）精确度实验。室温条件下，对样机做稳态测量误差实验。以月每3天为一个测试点，每次测试时，分别对互感器样机输入如下采样点的直流电（采样点：150 A，300 A，450 A，600 A，750 A，900 A等），测得互感器样机响应输出。互感器变比凭借对应输入输出通过以最小二乘方法拟合求得。

4 减小互感器电能计量误差的几点措施

（1）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。

（2）对电流互感器进行必要的检修。对于电流互感器的检测和检修主要分为三个方面。首先在检查电流互感器的时候，应该对电流互感器的铭牌和实际应用情 况进行一定的核对，看其是否符合线路工作要求；其次应该对电流互感器的一次或者二次回路进行细致的检查，其工作的侧重点主要在于回路是否短路、伪接、开路 以及二次端子的换相和极性有没有错接等等；最后应该对电流互感器的接线部分进行一定检测，保证接线的正确性，从而减少电流回路开路和二次回路换相以及电流 互感器多点接地等可能导致计量差错甚至事故发生等情况的发生。

（3）调整电流互感器的误差。电能计量的误差还是主要取决于互感器的误差和电能表本身的误差。因此在电能计量装置的实际运用中，应该结合运行环境的特点，对电流互感器和电压互感器进行科学合理的误差补偿，从而最大程度的减小互感器产生的误差。

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。作为一名电能计量管理人员，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。

参考文献：

[1]牛利涛，彭金宁，兀鹏越.等.电流互感器铁心饱和对继电保护的影响和处理方法[J].现代电子技术，2012（35）.

[2]徐红丽.电流互感器为不完全星型接线中线断线对电能计量的影响[J].西南民族大学学报（自然科学版），2012（06）.

[3]李霞，崔瑞，张冬冬.浅谈电流互感器二次绕组接线错误对电能计量的影响[J].新疆电力技术，2013（01）.