时间：2023-03-09 16:54:09
关键词：电流互感器;继电保护; 测量; 选择
Abstract: the current transformer as one of the most important power electrical equipment, to power circuit protection and measurement function cannot be ignored. This article through to the current transformer is introduced in detail, analyses the current transformer in the grid and choosing proper selection for staff current transformer provide effective feasible method, ensure the safety and reliability of the power transmission and distribution grid.
Keywords: current transformer; The relay protection; The survey; choose
中图分类号：TM452 文献标识码：A文章编号：
随着电力工业不断建设发展，电力系统输变电容量不断增大，电流互感器作为输变电电网中的一种重要电气设备，已被广泛地应用于继电保护、系统监测和电力系统分析之中。在不同环境、不同条件下，电流互感器的合理正确选取将会提高电网安全可靠性，减少资金，提高经济效益，并有利于人员和设备的安全。
1 电流互感器的一般概念
电流互感器原理是依据电磁感应原理的。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的2次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。电流互感器作为一次系统和二次系统间联络元件，起着将一次系统的大电流变换成二次系统的小电流，用以分别向测量仪表、继电器的电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行参数和故障情况，使测量仪表和继电器等二次侧的设备与一次侧高压设备在电气方面隔离，以保证工作人员的安全。同时，使二次侧设备实现标准化、小型化，结构轻巧，价格便宜，便于屏内安装，便于采用低压小截面控制电缆，实现远距离测量和控制。当一次系统发生短路故障时，能够保护测量仪表和继电器等二次设备免受大电流的损害。
电流互感器在三相电路中的常见接线方案有：
、一相式接线：电流线圈通过的电流，反应一次电路相应相的电流。通常用于负荷平衡的三相电路如低压动力线路中，供测量电流、电能或接过负荷保护装置之用。
、两相V形接线：也称为不完全星形接线。这种接线在中性点不接地的三相三线制电路中，广泛用于测量三相电流、电能及作过电流继电保护之用。也是目前在电网里使用最多的一种。
、两相电流差接线：互感器二次侧公共线上电流为A、C两相电流之差，其量值为相电流的√3倍。这种接线适于中性点不接地的三相三线制电路中供作过电流保护之用。也是目前在电网里使用最多的一种。
、三相星形接线：这种接线中的三个电流线圈，正好反应各相的电流，广泛用在负荷一般不平衡的三相四线制系统如低压TN系统，也用在负荷可能不平衡的三相三线制系统中，作三相电流、电能测量及过电流继电保护之用。
2 继电保护和测量功能的要求
电流互感器按用途分，可分为测量用和保护用两大类。电流互感器作为测量仪表、计量装置和继电保护的电流源，由于各自的功能不同，准确等级不同，对额定电流范围要求也不相同，从而要求电流互感器具有不同功能的二次绕组，通常，每个二次绕组，都有独立的铁芯。
通常电流互感器应具备测量用、计量用和继电保护用二次绕组，由于继电保护功能的不同，尚需设置多个保护用二次绕组，当计量装置的准确等级较低时，也可将测量的计量仪表合用一个二次绕组。当某一类功能的二次负荷过大或有特殊要求时，也可设置专用的互感器，如计量专用互感器等。
不同的保护功能，要求不同的电流互感器的二次绕组。母线、线路以及发电机、变压器、电抗器、电容器等主设备的继电保护，有主保护、后备保护和辅助保护，一些220V及以上的母线、线路以及大型发电机、变压器，还要装设双重快速保护。这样，继电保护用电流互感器二次绕组的数目，要视被保护对象的种类、所要装设的保护类型，以及对可靠性的要求等方面的情况而定。例如，6KV线路，只要装1个；而500KV线路，要装5-6个。
3 电流互感器的选择
3.1电流互感器选择与检验的原则
3.1.1电流互感器额定电压不小于装设点线路额定电压；
3.1.21根据一次负荷计算电流IC选择电流互感器变化；
3.1.3根据二次回路的要求选择电流互感器的准确度并校验准确度；
3.1.4校验动稳定度和热稳定度。
3.2电流互感器变流比选择
电流互感器一次额定电流I1N和二次额定电流I2N之比，称为电流互感器的额定变流比，Ki＝I1N／I2N≈N2／N1式中，N1和N2为电流互感器一次绕组和二次绕组的匝数。
电流互感器一次侧额定电流标准比(如20、30、40、50、75、100、150(A)、2Xa／C)等多种规格，二次侧额定电流通常为1A或5A。其中2Xa／C表示同一台产品有两种电流比，通过改变产品顶部储油柜外的连接片接线方式实现，当串联时，电流比为a／c，并联时电流比为2Xa／C。一般情况下，计量用电流互感器变流比的选择应使其一次额定电流I1N不小于线路中的负荷电流(即计算IC)。如线路中负荷计算电流为350A，则电流互感器的变流比应选择400／5。保护用的电流互感器为保证其准确度要求，可以将变比选得大一些。
3.3 电流互感器准确度选择及校验
所谓准确度是指在规定的二次负荷范围内，一次电流为额定值时的最大误差。我国电流互感器的准确度和误差限值，对于不同的测量仪表，应选用不同准确度的电流互感器。
准确度选择的原则：计费计量用的电流互感器其准度为0．2～0．5级；用于监视各进出线回路中负荷电流大小的电流表应选用1．0—3．0级电流互感器。为了保证准确度误差不超过规定值，一般还校验电流互感器二次负荷(伏安)，互感器二次负荷S2不大于额定负荷S2N，所选准确度才能得到保证。
关键词：电流互感器；变比；动热稳定
中图分类号：TM8文献标识码： A 文章编号：
在高电压变配电所里，根据负荷的情况电流互感器变比的选择大小不一，甚至同一互感器各绕组其准确等级和变比也可能不一。如准确等级中计费级采用0.2S级，测量级采用0.5级，保护级采用10P级。在不同准确等级下如何选择可靠的产品满足实际要求？是工程设计中的重要一环，在实际设计中这需要从以下几个方面进行考虑。
1.型式：电流互感器的型式根据环境和性能价格比，一般对于户内配电装置宜采用干式或气体式；对于户外配电装置宜采用油浸式或气体式；有条件时可采用套管式电流互感器。从目前的情况看，干式或气体式价格偏高。
2.一次回路电压：Ug≤Un ，Ug为电流互感器安装处一次回路工作电压，Un为电流互感器额定电压。
3.一次回路电流：Igmax≤I1n ，Igmax为电流互感器安装处一次回路最大工作电流，I1n为电流互感器原边额定电流。当电流互感器使用地点环境温度不等于+40℃时，应对I1n进行修正。高于+40℃（但不高于+60℃）时，环境温度每增高1℃，建议减少额定电流I1n的1.8%;低于+40℃时，环境温度每降低1℃，建议增加额定电流I1n的0.5%但其最大过负荷不得超过20% I1n。
4.二次负荷S2：S2≤Sn由于电流互感器二次额定电流I2n以标准化（5A或1A），电流互感器的额定容量Sn制造厂常用额定负荷阻抗（Zn）的形式给出，并以欧姆值表示。即Sn=I22n·Zn(VA) 同样S2= I22n·Z2 所以，电流互感器的二次负荷也主要决定于外接阻抗Z2,若不计负荷电抗值时，则Z2≈∑r1+r2+r3(Ω)式中∑r1-----接入电路的仪表串联线圈总电阻(Ω)；r2-------接触电阻，一般取0.1Ω；r3-------连接导线的电阻(Ω)。在电流互感器二次回路接入仪表确定后，上式中仅有r3是可变的，为了使电流互感器的负荷S2（或Z2）在所要求的准确等级下，不超过其额定容量Sn（或Zn）,则r3应满足如下条件
若导线的长度和电流互感器接线方式已定，则连接导线的截面则为：
式中S-----导线的截面（铜导体：计费回路要求6 mm2 ，且用屏蔽电缆；其它回路不小于2.5mm2)。
ρ---导线原材料的电阻率（Ω·mm2 / m）,在网络计算时，ρ值通常使用修正后的电阻率，铜为18.8，铝为31.7。
L--连接导线的计算长度，L=K·l (m)。
l--电流互感器安装地点到仪表之间实际的路径长度(m)。
K--接线系数：单相接线K=2，三相星形接线K=1，两相星形接线K=√3。
5.动、热稳定要求：
对于高电压小变比的电流互感器，应当满足在外部短路时对其所产生的冲击，而不致于破坏其产品的稳定性。因此，从材料选择上和结构的设计上与普通的电流互感器相比必须作更多的改进。
6．实例：
外福线福州混合牵引变电所两台110kV动力变压器，容量为2X4000kVA，一次额定电流较小，应当地供电局要求110kV电流互感器采用较小的变比，且要求测量精度高。其主要参数如下：
额定一次电流：2X(20/50/50/50)A,准确级次：0.2S/0.5/0.5/10P,额定输出：40/50/50/50VA,热稳定电流：大于10kA（并联）,热稳定电流：大于25kA（并联）
目前国内同类产品最小额定一次电流只有2X50/5A，精确等级0.2级。难以满足上述要求。特别是0.2S级的2X20/5A这个绕组。
(1)计量线圈的设计
电流互感器的测量精度取决于安匝数和线圈铁芯截面的大小，增加其安匝数或增大铁芯的截面积，能有效地提高测量精度。由于要求的一次额定电流较小，首先必须适当增加一次绕组的匝数，提高一次安匝数，但过多地增加一次匝数，反而会降低产品的动、热稳定性能，最终取安匝数400AN，然后通过采用具有高初始导磁率，低饱和密度的微晶合金作为二次线圈的导磁材料，经过计算机误差计算比较，最终确定铁芯尺寸为ψ175/ψ175X45mm，从产品的出厂试验报告来看，完全满足设计要求。
(2)动、热稳定计算
电流互感器一次绕组通过系统短路电流时，将产生很大的电动力，对一次导线形状为“U”字型的110kV电流互感器，其电动力为：F=fc(环部电动力)+f(直线部电动力)
其中IN ——一次安匝数
R ――环部内园半径
r ――一次绕组线截面半径
a ――两直线部中心距
L ――两直线部长
可见如果仅靠提高安匝数来达到提高精度，势必带来较大的电动力；为了保证要求的动稳定电流，在确定电流互感器一次绕组支持零部件强度的同时，还应考虑一次导体本身的强度，以及热稳定性能，最终选择截面为3X6的纸包扁铜线双根并绕作为一次导线。
按照在热稳定电流下，铜导体的最大电流密度不大于160A/mm2，在额定一次电流下，最大电流密度不大于1.6A/ mm2的设计原则，导线的有效截面积为：
S=2x3x6x0.97mm2
并联状态下最大电流密度为 ：
额定一次电流下（以50A为例），最大电流密度为：
由上式可见，按照多年来的运行经验和理论计算，一次绕组的导线截面完全能满足热稳定的要求。
（3）绝缘结构
110kV及以上电压等级的电流互感器都采用电容型绝缘结构，通过一组电容屏串联来达到分压的目的。其端部场强和径向场强都控制在不大于5KV/mm，本设计方案的一次绕组与2X50/5相比，导线截面未减，匝数却增加较多，这增大了电容屏的径向直径，使原有的扁铜线的绝缘结构不能满足现在的要求，为此在一次绕组成形之后，我们采用填充的要求，使电容屏的芯径达到大电流比2X600/5的电容屏绝缘结构，避免了调整带来的负面影响，保证了产品的运行可靠性。
关键词 变电站；全光纤电流互感器；常规电流互感器；运维；对比分析
中图分类号：TM452 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）19-0139-01
电流互感器是电力系统进行电能计量和为继电保护提供电流信号的重要的一次设备，电流互感器的工作性能直接影响继电保护设备的正常运行，并进一步影响电网的安全、可靠和经济运行。由于常规电流互感器与全光纤电流互感器的工作原理不同，造成在结构、巡视维护、异常或故障三个方面有很大差别。虽然目前电力系统主要应用的是常规电流互感器，但随着技术成熟和成本降低，全光纤电流互感器的应用已经呈逐渐扩张之势，因此，熟悉并掌握这部分内容，是对运维人员提出的迫切要求。
1 结构对比
全光纤电流互感器由光纤敏感环、保偏光纤、电气单元构成，如图1所示。
众所周知，常规电流互感器由一次绕组和二次绕组绕制在铁芯上构成，利用电磁感应原理获得一次电流的信息，需要铁芯作磁通通道，因此，常规电流互感器存在绝缘结构复杂，体积笨重；线性度低，在短路时容易饱和，静态和动态准确范围小；有剩磁等问题。
全光纤电流互感器利用法拉第磁旋光效应获得一次电流的信息，不需铁芯，没有磁饱和及铁磁谐振困扰；全光纤电流互感器与一次电流导体无须接触，解决了二次绝缘问题。
全光纤电流互感器可以根据需要装设任意个敏感环，各敏感环之间完全隔离，独立工作，互不影响。
全光纤电流互感器体积和重量远小于常规互感器，易与其他一次设备集成，节省了占地面积，节约了投资。
全光纤电流互感器数字量信号通过光纤传输，增强了抗电磁干扰性能，数据可靠性大大提高。
另外，全光纤电流互感器发生二次回路（光路）开路、接触不良时，只影响单个采样回路，不会影响其余采样回路，更不会反过来影响一次设备的运行，这一特点与常规电流互感器发生二次回路开路、接触不良时所造成的恶劣影响形成鲜明对比。
综上所述，将两种电流互感器的结构特性进行对比，如表1所示。
另外，全光纤电流互感器受激光器、保偏光纤、高性能的保偏光纤熔接机等关键器件、设备依赖国外进口的影响，现阶段造价较高，但随着国内制造水平的提高，国产化率的提高，终将回归合理价位，大幅度低于常规电流互感器。
2 巡视维护对比
常规电流互感器串联在一次导电回路中，因此，其巡视维护的工作内容是在一次设备的通用项目基础上，再加上电流互感器的一些特殊项目。通用项目包括油位、油色正常，无渗漏油现象；SF6压力正常，无渗漏现象；瓷瓶套管清洁、无破损及闪络痕迹；内部无放电声或其他异常声响；一次侧接线端子接触良好，无松动、发热现象等。特殊项目包括接线盒外观完好；接线盒内接线端子接触良好，无松动、接触不良现象；二次电缆外观完好；二次回路接线正确，无回路开路、短路、接触不良现象；二次回路接地完好等。
全光纤电流互感器与一次导电回路没有直接联系，并且以绝缘脂替代油和SF6作为绝缘介质，绝缘简单，绝缘脂无泄漏无污染，环保安全，无需检压检漏，因此，运行过程做到了真正的免维护。
顺便指出，敞开式电气设备的全光纤电流互感器，需要增加支持瓷瓶套管清洁、无破损及闪络痕迹；均压环固定良好、无倾斜等巡视维护工作。
全光纤电流互感器设有电气单元，又称为前置采集模块，内部集成了电源模块、通讯模块、光电模块等设备，因此，要将其纳入巡视维护的工作内容。具体项目包括电气单元外观完好；电气单元内部无异常声响；电气单元内各模块完好，光纤接头可靠连接，光纤无打折、破损现象；光纤引出、引入口未使光纤外皮受损，光纤无任何振动、挤压等。
3 结束语
综上所述，尽管全光纤电流互感器目前还存在造价较高，异常较多等问题，但在结构、巡视维护等方面都明显优于常规电流互感器。纵观人类科技进步史，任何新设备、新技术都有一个从美中不足到尽善尽美的完善过程，科技的更新换代从来就不是一蹴而就的，而我们从未因噎废食，随着国内制造水平的提高，关键技术的进步，上述问题终将被克服。当前，国网公司建设坚强智能电网步伐正在有力推进，全光纤电流互感器作为智能变电站的关键一次设备，将得到越来越多的推广应用。作为运维人员，丰富全光纤电流互感器的运维经验，提高全光纤电流互感器的管理水平，在运维管理中提前发现并及时处理异常，避免事故的发生，显得十分必要。
参考文献
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关键词：电流互感器；饱和问题；接地点；变电运行；绕组
中图分类号：TM452
文献标识码：A
文章编号：1009-2374（2012）18
1 电流互感器
1.1 互感器内部构造
电流互感器运用于电力设备中，其内部一次绕组为1～2匝，通常情况下为一次设备进出导线。二次绕组匝数较多，且二次额定电流多为1A或者5A。例如，若电流互感器的变比是1250/5，那么当它的一次绕组为1匝时，相对应的二次绕组匝数就为250匝。
1.2 误差原因分析
电流互感器内部的铁芯中存在着励磁电流，所产生的励磁阻抗性质是电抗，但二次负载的性质为阻抗。这就导致了在二次电动势的影响下，经过不同电阻元件电流的相位、幅值有所差异。通过有关人士对电流互感器等值回路和角误差的分析得出：若电流互感器中的二次负载是纯电阻时，产生的角误差最大；而二次负载是纯电感时，所产生的角误差为零。若励磁阻抗为定值时，会导致二次阻抗的增大，从而引起电流互感器比误差的增大。同时，若二次阻抗为定值时，励磁阻抗值会减小，比误差增大。需要注意的是，电流互感器的误差要求是：角度误差不大于7°，幅值的误差要小于10%。
1.3 电流互感器的饱和
在正常情况下，电流互感器中的铁芯磁通处于不饱和的状态。这时负载阻抗和励磁电流较小，而励磁阻抗的数值较大，一次绕组、二次绕组的磁势处于平衡。但是，若互感器中铁芯的磁通密度增大并达到饱和时，会引起Zm随着饱和度的增加而迅速降低，不同励磁电流间的线性比例关系会被打破。而引起电流互感器达到饱和的因素主要包括：电流过大；负载过大。当连接电流互感器的负载过大时，引起二次电压的增大，导致铁芯的磁通密度上升，达到饱和。
电流互感器达到饱和时的特点有：二次电流减小，电流波形出现高次谐波分量较大的畸变；内阻减小，甚至接近于零；若发生一次故障，电流的波形在零点附近时，电流互感器会引起线性关系传递；在故障的瞬间，互感器会在滞后5秒左右才开始达到饱和。一般情况下，严禁电流互感器的二次发生开路现象。因为在电流互感器运行过程中，一旦发生二次开路，就会使一次电流转换成为励磁电流，引起铁芯的磁通密度增加，导致电流互感器的快速饱和。饱和磁通会产生较高电压，对一次和二次绕组绝缘设施破坏较大，容易造成人身安全威胁。
2 电流互感器的饱和影响
2.1 变压器保护影响及对策
一般变压器的容量较小、可靠性高，大多安装在10kV、35kV的母线上，高压短路电流与系统的短路电流相同，而低压一侧的短路电流相对较大。若对变压器的保护力度不到位，就会严重影响对变压器或者整个系统的安全运行。传统变压器都有熔断器保护装置，有安全可靠的优点。但是，随着系统自动化要求的提高、短路容量的增加，传统的方法已经无法满足需求。对于一些新建、改造的变电站，往往配置有变压器开关柜，系统的保护装置也与10kV的线路相似，但缺点是经常忽视电流互感器的饱和问题。同时，由于变压器的容量、一次电流较小，并采用共用互感器。为保证计量准确性，会使电流互感器的变比减小。一旦变压器发生故障，会引起电流互感器的饱和，二次电流速度降低，导致变压器的保护拒动。若变压器中高压侧发生故障，所产生的短路电流会自动切除后备保护动作。若低压侧发生故障，产生的短路电流无法达到后备保护启动值，就会使故障无法切除，甚至引起变压器的烧毁，对系统的安全运行造成严重影响。
解决变压器的保护拒动，需要从变压器的合理配置入手，在选择电流互感器时要顾及变压器发生故障引起的饱和问题。不同功能的电流互感器要互相区别，例如计量用的互感器要设在变压器的低压侧，用以确保计量精度要求；而保护用的互感器一般设在变压器的高压一侧，用以确保变压器保护工作。
2.2 电流保护影响及对策
电流互感器发生饱和以后，会引起二次等效电流的减小，引发保护拒动。当远离电源或阻抗系数较大时，线路出口的短路电流会较小。但如果扩大系统的规模，短路电流就会随之增大，甚至达到互感器一次电流的上百倍，从而引起系统中本来能正常运行的互感器发生饱和。同时，短路电流故障属于暂态过程，电流中有大量的不同期分量，会加快电流互感器的饱和。若10kV的线路中发生短路故障，电流互感器的饱和会使二次侧的电流减小，导致保护装置拒动。母线及主变低压侧的开关切除，会导致故障的范围增大、时间延长，对供电的可靠性造成影响，严重时会威胁到设备的安全运行。
通过上文分析得知，电流互感器发生饱和时，会导致一次电流转变为励磁电流。同时，二次电流为零，通过继电器电流也为零，设备内保护装置发生拒动。针对以上问题，应该尽量降低互感器的负载阻抗，避免电流互感器的共用，同时加大电缆截面面积以及电缆长度；电流互感器的变比不能太小，要注意线路短路引起的饱和问题。
3 电流互感器的绕组及接地
3.1 互感器绕组布置
在进行电流互感器绕组布置时，既要防止保护死区的出现，又要规避互感器中容易出现故障的地方。不同保护装置的保护范围间要交叉进行，电流互感器的极性端要在母线侧安装。因为电流互感器是以一次极性端为依据进行二次绕组排列的。若一次极性端出现放置错误的现象，即使二次绕组排列正确也会导致保护死区的出现。同时，由于电流互感器故障的易发性，母线保护动作的停电扩大，所以一般要把互感器底部与母线保护相分离。
3.2 互感器接地
电流互感器的接地包括一次接地和二次接地。其中一次接地点包括外壳接地、末屏接地。外壳接地主要是为了防止感应电压对外部绝缘进行破环，避免人身安全事故的发生。有关规定明确指出外壳接地要有两根干线且和主接地网相连，并达到热稳校核要求。电流互感器中主绝缘有多层油纸保护，最外部的一层就是末屏层。末屏不采取接地措施时，会使末屏对地绝缘，引起高电场向表面绝缘层移动，容易在外层产生高达几万伏的电压。小套管离绝缘距离较近，若高电压持续时间过久，就会击穿绝缘，导致电流互感器的爆裂。
互感器中的二次回路只能接地于一点，大多是由端子箱接地。二次回路接地于一点主要是为了保护人身及设备的安全。如果没有接地点，电流互感器的高电压就会通过互感器绕组间分布电容、对地电容进入二次回路。若回路有接地点存在，会使电容短接，二次回路中电压降低为零，达到安全保护的目的。若保护装置是由多组互感器连接而成，需要在保护屏上通过端子排进行接地连接。在互感器回路中，若电流继电器的两侧都存在接地点，两个接地点会与地面构成并联回路，造成分流现象，从而减少通过电流线圈的电流。若出现接地故障时，不同接地点会引起线圈中额外电流的出现。
4 结语
电流互感器是把电力系统中的一次大电流转换成能够接入仪表和保护装置的二次小电流的装置。文中主要介绍了电流互感器的内部构造、饱和问题以及在变电站中的运用等。在实际工作中，要防止互感器中接线、配置的失误，加强互感器验收工作，这样才能减少故障，避免事故发生。
参考文献
[1] 江苏省电力公司．电力系统继电保护原理与实用技术
[R]．2009．
[2] 国家电网公司．电力保护装置通用规程[S]．2008．
关键词:电流互感器；电能计量；误差
中图分类号： TM933.4 文献标识码： A 文章编号：
互感器分为电流互感器（TA）和电压互感器（TV），是电能计量装置的信号源器件，在电力系统中起着一次高压回路和二次控制及测量回路的桥梁作用。本文只研究TA对电能计量的影响。TA是电力系统中用于电能计量的重要设备，其饱和后和有剩磁时的运行特性将使注入电能计量装置的电流发生波形畸变，对电能计量的准确性有着重要影响。
一、TA的工作原理及误差分析
1、TA工作原理
TA的内部结构和原理与一般变压器相似，由2个绕制在闭合铁心上、彼此绝缘的绕组，即一次绕组和二次绕组组成，其匝数分别为N1和N2，其内部结构和接线符号分别如图1（a）（b）所示
图1 电流互感器的内部结构和接线符号
TA的一次绕组与被测电路串联，二次绕组与电能表的电流线圈串联，电能表的电流线圈内阻很小，所以TA相当于二次短路运行的变压器。TA磁路中的磁通密度设计得很低，一般在0.08～0.1T范围内，磁损耗较小。这种情况下，用来在铁心中建立磁场传递能量的激磁安匝数I0N1很小，I0N1在一次安匝数I1N1中所占比例也很小，大约为0.3%～1%。TA的相量图如图2（a）所示，其中，φ为由激磁安匝数I0N1在铁心中建立起的磁通，U2为二次的感应电压，二次回路阻抗为感性，因此二次回路电流I2滞后U2角度φ2，一次安匝数I1N1与二次安匝数I2N2的相量和等于激磁安匝数I0N1，即
I1N1+I2N2=I0N1
由于I0N1很小，理想情况下若忽略I0N1，则有I1N1+I2N2=0，即
I1N1=-I2N2
即I1N1与I2N2大小相等、方向相反，基本平衡。可以认为一次安匝数的有效值I1N1和二次安匝数的有效值I2N2基本相等，有
I1N1≈I2N2
2、TA误差分析
在实际运行中，TA会产生比差和角差，这个误差是不可避免的，即实际电流比与额定电流比是不可能完全相等的。TA的误差来源如图2所示。
图2 电流互感器的误差来源
从图2（a）可见，-I2N2与I1N1并没有完全重合，-I2N2超前于I1N1，长度却比I1N1要短，这是因为I0N1并不为零的缘故。即TA误差是由励磁电流造成的，只能采取措施减小励磁电流，进而减小误差，而不可消除TA励磁电流。由图2（a），根据正弦定理可推算出TA的比差f1和角差δ1分别为
其中，θ为I0N1与φ之间的夹角；φ2为I2N2与U2之间的夹角。显然，由于励磁电流的影响，比差f1为负值，角差δ1为正值，即比差向负方向变化，角差向正方向变化，从而导致测量结果偏小、电能计量偏小。
基于铁心线圈电磁感应原理的TA，由于铁心线圈磁化曲线的非线性也会产生误差。图2（b）是电流铁心线圈的磁化曲线（仅画出了第一象限），其中虚线是理想磁化曲线，φi随着电流i的增长成正比的线性增长。实线是实际磁化曲线，当一次负荷电流i>i1e时，铁心进入磁饱和区，此时电流i再增加，使饱和加深，φi随i增加很缓慢，φi小于理想值，i值越大相差越多，会产生较大的负误差，也会少计量电能，这是铁心式TA的致命弱点，因此不允许TA过载。
另外，剩磁也是TA产生误差的主要原因之一，剩磁是铁磁材料固有的磁滞现象特别是在系统发生短路或对断路器进行跳闸、合闸操作时，往往会导致TA存在较大的剩磁。TA剩磁大小取决于一次电流开断瞬间铁心中的磁通，在短路故障时，磁通由稳态周期性短路电流、暂态非周期分量及二次回路阻抗决定，当一次TA处于饱和时断路器跳闸产生的剩磁可能最大。对测量用TA，剩磁导致铁心磁导率下降，并且非线性程度增加，相应地，互感器励磁阻抗Z0减小，励磁电流I0增大，互感器误差向负方向偏移，导致少计量电量。
二、TA对电能计量影响的仿真及分析
1、仿真模型
PSCAD能够导入现场录波的电压和电流数据，并可以作为TA的输入，因此下面对某牵引变电站的录波数据进行仿真研究。图3（a）为仿真所用的数据输入模型，其输出为三相电压和三相电流；图3（b）为基于计量芯片ADE7758的计量原理所建立的电表模型，为了研究互感器对电能计量的影响，其输出有2路，一路为没有经过互感器得到的计量结果，另一路为经过互感器得到的计量结果。
图3 电能计量仿真模型
2、仿真结果及分析
仿真模型中的TA一次侧输入电流波形如图4所示，仿真时间为517 s。根据图3（b）的电表模型，对其进行了计量仿真，没有经过TA得到的仿真结果为1 301.87 kW・h；经过TA仿真结果为1 274.24 kW・h。从仿真结果易知，经过TA会少计电量，在本仿真中，少计电量27.65 kW・h，即误差为-2.12%。按照此误差进行计算，一年将少计电量168×104 kW・h，给电力公司带来巨大的经济损失。
图4 电流互感器一次侧输入电流波形
三、电流互感器的正确选用
1、选择的原则
（1）额定电压的确定
电流互感器的额定电压un应与被测线路的电压ul相适应，即un≥ul。
（2）额定变比的确定
通常根据电流互感器所接一次负荷来确定额定一次电流i1，即: i1=p1/uncosψ式中un――电流互感器的额定电压，kv；p1――电流互感器所接的一次电力负荷，kva；cosψ――平均功率因数，一般按cosψ=0.8计算。
为保证计量的准确度，选择时应保证正常运行时的一次电流为其额定值的60%左右，至少不得低于30%。电流互感器的额定变比则由额定一次电流与额定二次电流的比值决定。
（3）额定二次负荷的确定
互感器若接入的二次负荷超过额定二次负荷时，其准确度等级将下降。为保证计量的准确性，一般要求电流互感器的二次负荷s2必须在额定二次负荷s2n的25～%100%范围内，即:0.25s2n≤s2≤s2n
（4）额定功率因数的确定
计量用电流互感器额定二次负荷的功率因数应为0.8～1.0。
（5）准确度等级的确定
根据电能计量装置技术管理规程（dl/t448-2000）规定，运行中的电能计量装置按其所计量电能量的多少和计量对象的重要程度，分为i、ii、iii、iv、v五类，不同类别的电能计量装置对电流互感器准确度等级的要求也不同，详见下表: 信息请登陆:输配电设备网
表1 电流互感器的配置
信息来自:输配电设备网
（6）互感器的接线方式
计量用电流互感器接线方式的选择，与电网中性点的接地方式有关，当为非有效接地系统时，应采用两相电流互感器，当为有效接地系统时，应采用三相电流互感器，一般地，作为计费用的电能计量装置的电流互感器应接成分相接线（即采用二相四线或三相六线的接线方式），作为非计费用的电能计量装置的电流互感器可采用二相三线或三相线的接线方式，各种接线方式如下图所示：
信息来源:
信息来自:输配电设备网
图5 互感器的接线方式
2、使用注意事项
（1）应避免继电保护和电能计量用的电流互感器并用，否则会因继电保护的要求而致使电流互感器的变比选择过大，影响电能计量的准确度。对于计费用户，应设置专用的计量电流互感器或选用有计量绕组的电流互感器。
（2）电流互感器的一次绕组和被测线路串联，二次绕组和电测仪表串联，接线时必须注意电流互感器的极性，当电流互感器内部线圈的引出线接错位置、端钮标志错误时，都属于线圈极性接反。只有极性连接正确，才能准确测量和计量。
（3）序及电流相别应正确。如在三相三线有功电能表的24种组合接线中，只有第一元件接入u、i和第二元件接入u、i时，电能计量才是正确的，其它接线方式都是错误的。
（4）电流互感器二次绕组不允许开路，否则，将产生高电压，危及设备和运行人员的安全，同时因铁芯过热，有烧坏互感器的可能，电流互感器的误差也有所增大，因此，在二次回路上工作时，应先将电流互感器二次侧短路。
四、结束语
为了尽量减小电流互感器对电能计量的影响，建议根据电能计量负荷大小，合理选择电流互感器的变比；开展计量点的综合误差分析，提倡计量装置的整体校验；根据用电量的多少，合理确定检定周期等。
参考文献：
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【摘要】互感器作为电能计量装置的重要组成部分，其对电能计量准确度的影响重大，因而有必要了解其在电能计量装置中存在的常见问题，特别是配置问题，以更好地降低互感器因素对电能计量准确度的影响，提高电能计量的准确度。 【关键词】电能计量；互感器；误差；配置
中图分类号：TM45文献标识码： A一、引言 电流、电压互感器作为电能计量的重要元件，对促进供、用电双方降低消耗、节约能源和提高经济效益，促进和谐社会的加快建设，起着十分重要的作用。因此，了解互感器在电能计量中的作用，特别是其对计量准确度的影响，合理选用互感器，优化计量装置的配置、降低装置的综合误差、确保电能计量的安全可靠、准确合理，已成为电能管理工作中的重点课题之一。 二、电能计量与互感器 1.电能计量 电能计量装置是一种专门用于测量记录电能量的计量设备，在电能的生产、变送、监控、统计和使用等环节中必不可少，其包括各种类型电能表、计量用电流、电压互感器及其二次回路、电能计量柜（箱）等。 2.互感器 电流互感器是利用电磁互感原理，将高压大电流或低压大电流，变换成低电压小电流的电气装置，其构造与普通变压器相似，主要由铁心、一次绕组和二次绕组等几个主要部分组成。运行中电流互感器一次绕组内的电流取决于线路的负载电流，与二次负荷无关。接在二次绕组的计量仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，在电流互感器正常运行时，接近于短路状态，相当于一个短路运行的变压器。但由于电流互感器的二次确有负荷，一次电流通过铁心和绕组感应传递到二次时，需要给铁心励磁，此外两侧绕组上的压降，均会带来能量损失，引起电流互感器的测量误差。 电压互感器实际上是一个带铁心的变压器，把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量仪表装置使用。同时，使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。电压互感器的运行情况相当于二次侧开路的变压器，其负载为阻抗较大测量仪表，其二次电流产生的压降和励磁电流的存在是电压互感器误差之源。 3.计量用互感器的作用 在电能计量中，通过互感器，将交流电中的高电压、大电流变换成一个安全且标准化的低电压、小电流，以便连接标准化的计量仪表，用于测量电压、电流、电功率、电能等电量，同时有效地避免了高电压、大电流对人身和计量仪表可能造成的不利影响。 4.互感器与电能计量装置综合误差 综上所诉，电能计量装置综合误差包括电能表的误差、电流互感器的合成误差、电压互感器的合成误差和电压互感器二次回路压降引起的误差。 由于互感器长年运行在现场，受其二次回路电阻、二次负载、功率因数以及电压和频率变化等多项因素的影响，而电能表实行定期轮换制，其误差可以在负荷点下测试调整到最小，且其与实际二次接线回路的运行参数无关，所以，电流、电压互感器的合成误差、电压互感器二次回路压降引起的误差在很大程度上决定了电能计量装置的综合误差，解决好装置中互感器存在的问题，有利于降低电能计量装置的综合误差。 三、电能计量装置中互感器的常见问题 1.选用不当 电能计量装置中互感器选用的不当，主要表现为互感器准确度等级太低和配备不合理。根据DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规程》第5.3条的规定，Ⅰ、Ⅱ类电能计量装置互感器准确度等级不应低于0.2级，但早期的电厂和变电站，互感器准确度等级普遍偏低，显然不符合规程规定。另外，要彻底解决互感器配备不合理的问题。根据规定，电能计量装置应按负荷的类别选择相应准确度等级的电能表和电流、电压互感器，并在设备投运前做好试验调校工作，使装置的误差满足规程的要求。如果配备不合理，就会增大计量装置的误差，例如经常发现的电流互感器配备过大问题，出现“大马拉小车”现象，不仅设备浪费，还增大了电能计量的误差。 2.超差 互感器超差主要表现为互感器本身的比值、相位存在误差超差和安装错误引起的超差。根据DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规程》第7.3条的规定，高压互感器每10年现场检验1次，又据JJG313-2010《测量用电流互感器》JJG314-2010《测量用电压互感器》检定规程的规定，测量用电流互感器电压互感器的检定周期分别为2年和4年。因此，必须严格按照规定，开展互感器的现场检验，当互感器误差超差时，应查明原因，制定整改或更换计划，尽快解决。 3.负载超范围 现场互感器的二次负荷是影响电能计量装置安全、准确、可靠的最重要环节之一，二次负荷的变化很容易引起互感器误差的变化，即计量性能的改变。根据DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规程》第5.4条的规定，互感器实际二次负荷须在25%～100%额定负荷范围内，超出这个范围时，互感器容易超差。因此，为保证电能计量的准确性，必须定期对现场互感器的二次负荷进行准确的测量，负载超范围时应及时查明原因，尽快整改。 4.电压互感器二次回路压降问题 电压互感器的负载电流通过二次连接导线及串接点的接触电阻时会产生电压降，这样加在负载上的电压就不等于电压互感器二次线圈电压，因此产生计量误差。根据DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规程》第5.3条的规定，对于Ⅰ、Ⅱ类用于贸易结算的电能计量装置，电压互感器的二次压降不大于额定二次电压的0.2%，其它计量装置，则应不大于额定二次电压的0.5%。 由于电压互感器二次回路压降直接影响电能计量的准确性，甚至对系统的稳定运行产生不良影响，因此降低二次回路压降也是我们保证计量准确、可靠的重要措施，目前常用的方法主要有降低二次回路阻抗和减小二次回路电流。 四、电能计量装置中互感器的合理配置 电能计量装置的配置是一个系统性的问题，如何科学合理地选用电能表、互感器的量程、准确度等级及其它技术参数，直接决定电能计量的准确度的高低。好的配置可以有效地降低装置的综合误差、提高电能计量的可靠性和减少不必要的能量损失，在此仅对电能计量装置中互感器的配置做简要说明。 1.电流互感器的配置 计量用电流互感器，在选用上应与用电负荷电流大小变化相匹配，使之既能满足负荷在满载时最大电流的需要，又能满足负荷在轻载时最小电流的需要，配置过大或过小，都会影响计量精度，增加线损。在电流互感器的选用上，首先是其额定电压Ue应与被测线路线电压Ux相适应，且满足Ue≥Ux；二是对额定电流的确定，电路中的一次运行负荷电流，应保证在正常运行中的实际负荷电流，达到额定值的60%左右，至少不得低于30%，同时应在电流互感器二次电流10%～120%范围内，电流过大过小都会使电流互感器的精度降低，过大还容易烧毁互感器；三是对额定功率因数的确定，计量用电流互感器额定二次负荷的功率因数应为0.8～1.0；四是对准确度等级的选择，电能计量装置应按其所计电量的多少和计量对象的重要程度，根据DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规程》中的规定选择准确度等级符合要求的电流互感器；另外是额定容量的选择，电流互感器的额定二次电流，应根据二次回路中所带负载电流的大小来选择。 3.电流电压互感器的组合配对 针对电流电压互感器的误差，进行组合配对，保证互感器合成误差尽量小。配对原则是最大程度配用电流互感器和电压互感器的比差符号相反，数值相等或相近；角差符号相同，数值相等或相近。这样，可以忽略互感器的合成误差，最大限度减少计量装置综合误差。 参考文献 [1]DL/T448-2000电能计量装置技术管理规程[S]. [2]JJG313-2010测量用电流互感器[S]. [3]JJG314-2010测量用电压互感器[S].
关键词：电流互感器；电能计量；误差分析
中图分类号：TM452 文献标识码：A
1 概述
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电流互感器、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。不仅如此，在目前的电力系统中，电流互感器也有着非常重要的作用，但这种设备在出现饱和或剩磁现象的时候，就会使得电能计量装置中的电流出现一定的波动，从而大大影响了电能计量的精准性。下面就电流互感器和电能计量在电力应用过程中出现的问题，谈一谈消除其影响的策略。
2 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。
3 电能计量装置的误差来源分析
电能计量装置主要是用来计量电力企业销售情况和电能用户用电多少的主要装置，也是两者交易计算的法律证据，所以其计量结果的精准性直接影响到了双方交易的公平性和公正性，也直接影响了双方的利益。而随着电力技术的不断发展，人们日益增长的电能质量要求，经济体制的不断完善，电能计量的精准性也成为了电力方面的重要部分。但是在目前的实际应用中，电能计量还存在着一些不足，使得电能计量在工作中出现了一些误差，影响了电能计量的精确开展。
3.1.1 电能表选用不合理
在电能计量装置的实际运用中，由于电能用户的负荷电流变化幅度较大等类似情况，使得电流互感器长期处于低载负荷点上运行，从而使得电能计量发生误差。此外当用电能表和实际测量电能的相、线参数不一致的时候，就会引起一定的附加误差，并且因为三相不平衡，使得中性点附近还存在着少量的电流，进而产生附加误差。
3.1.2 电能表质量问题
目前电子式电能表的误差源主要在于电压采样器和电流采样器。当前部分电子式电能表的电流采样器由锰铜合金板制成，其温度系数小，电阻随温度变化而发生非线性变化。这会引起电子式电能表误差对温度影响呈现非线性变化。
3.2 电压互感器的电压降
根据相应的电力知识，当负载电流通过电压互感器的串接点接触电阻以及二次线本身的电阻，会产生一定的电压降，从而使得电能表和电压互感器两端的电压不相符，电能计量也会因此产生一定的误差。
3.3 电流互感器的选用不合理
当一次绕组中流过电流I1时，在一次绕组上就会存在一次磁动势I1W1。根据电磁感应和磁动势平衡原理，在二次绕组中就会产生感应电流I2，并以二次磁动势I2W2去抵消一次磁动势I1W1。在实际中，要使电磁感应这一能量转换形式持续存在，就必须持续供给铁芯一个激磁磁动势I0W1，方程式变为I1W1+I2W2=I0W1。可见，激磁磁动势的存在，是电流互感器产生误差的主要原因。激磁磁动势对互感器的具体影响体现在互感器的角差和比差。根据互感器的特性可以知道，只有保证一次电流在额定电流的百分之三十与百分之六十之间，才能使互感器达到最佳状态，从而大大减小电流互感器的误差。而目前对于电流互感器的选择在此类标准方面的要求还过低，甚至有些电流互感器远远不符合上述标准，加大了电能计量工作达到精准性的难度。
4 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，
4.2 电流互感器的选择
二次负荷在电流互感器中主要是指外接导线的电阻、电流线圈和电能表的阻抗以及接触电阻。因此在对电流互感器进行选择的时候，应该从这三个方面综合的考虑电流互感器的二次容量大小，同时尽量选择在电流回路中阻抗较低的电能表，比如电子式电能表等。此外还能够用减小外接导线电阻等方法，进一步的增加电能计量的精度。
4.3 一次电流及其二次负荷
在确定电流互感器额定一次电流的时候，应该使其在正常工作中的实际负荷在额定负荷的百分之三十和百分之六十之间，如果不能保证此点要求，那么就应该选择高动热的稳定电流互感器，使变比减少，达到电能计量的精度要求。对电流互感器的额定电流进行科学合理的选择，能够使电流互感器时刻都工作在最佳状态上，从而最大程度的削减电能计量的误差。并且还应采用专用的计量用互感器或专用的高精度电流互感器计量用绕组。
4.4 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。
4.5 调整电流互感器的误差
总体来说，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。除此之外，还可以对某些相的电压互感器和电流互感器的角差及比差进行合适的调整，从而使得两类互感器在进行合成的时候，其产生的误差被降到最低，进而大大增加电能计量的准确性。
结语
随着社会经济的进一步发展，人们对于电能的应用也将越来越广泛。而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。本文通过科学的论述，解释了电流互感器产生误差的主要原因就是因为铁心消耗了励磁电流，并且在使用中也少计了很多的电量。因此，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。
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关键词：低压；防窃电；成套电流互感器；特性研究
现在我国的低压配电网存在着很多的窃电行为，相关的部门想出了很多防窃电的方式，低压防窃电成套电流互感器就是一种重要的手段。低压防窃电成套电流互感器还存在着性能和品质不一的现象，在这样的情况下，就需要对相应的测量技术标准进行研究，总结出了低压防窃电成套电流互感器的特性，从特性入手，对低压防窃电成套电流互感器特性进行具体的分析。
1 防窃电的绝缘特性和结构特性
现在的低压系统，为了避免出现人为的破坏会形成二次引线的分流从而产生少记电量的情况，在正在应用的低压防窃电成套电流互感器的使用中，必须要在二次端子上研究出一些比较特殊的防窃电结构，主要可以从以下三个方面来考虑：1）二次引线的长度必须要在8m左右，而且也能够对A、B、C三相进行区分，在二次回路的中间是补不能够有接头的，否则就会有着一定的危险性，失去了自身的优点。2）在结构上使用的二次端接线盒必须要有着防窃电的功能，无论是暴露的部分，还是接线盒都必须要有着防窃电的功能，除此之外，也不能够积存雨水，有着防雨的作用，这样就不会出现电力事故，否则与雨水联通就会形成导电体，在使用的过程中存在着安全隐患。3）一只零线和三只互感器被引入到装置中，这样就形成了一组，而且相互之间的距离也必须要和变压器中二次套管的距离是相同的，_保一次穿线孔能够套在变压器的导杆上。
在对低压防窃电成套电流互感器研究的过程中，对外绝缘特性和防水性能的考察可以使用户外式互感器湿度试验，这一仪器在使用的过程中，可以对其进行全面的考察，在试验的过程中，一定要进行雨水的淋浇，还要对一次绕组对地、二次绕组对地与一次绕组和二次绕组之间进行充分的测量，尤其是对绝缘电阻和工频耐压试验。在整个试验的过程中，利用的是湿试试验的方式对绝缘电阻值和泄露电流值来进行流感器外绝缘性能的评价。试验设备使用的是绝缘电阻测量仪、淋雨试验装置和交直流耐压试验装置。
如果是普通的互感器，在二次端子暴露在空气中的时候，空气就会起到一定的阻隔性作用，但是低压防窃电成套电流互感器中的二次端子如果密封，就会导致电流互感器中的电力仅此你和连接，尽管使用的材料有着绝缘特性，但是在使用的过程中，如果是在污秽严重的地方、或者是比较潮湿的环境中使用，结构设计也存在着不合理的现象，就会导致整个绝缘材料的表面形成比较强的电气连接的通道，这一通道就是泄露电流通道。在环境比较差的地方使用绝缘材料，发生了漏电现象的时候，就会使低压防窃电系统出现严重的安全隐患，整个配电线路也会出现安全问题，严重的影响着人们的生命安全，一旦出现安全事故，影响是极为不利的。
低压防窃电成套电流互感器主要有两种比较典型的系统，一种是75A/5A的互感器结构，另外一种是150A/5A的互感器结构，这两种比较典型的互感器结构的特点就是二次接线盒的密封性好、材料的质量优良、尺寸恰当、底部有积水泄漏孔，在使用的过程中，可以避免发生漏电的行为，增加了防窃电成套电流互感器的使用寿命，也能够最大限度的避免雨水发生的短路现象。
在进行湿试试验的过程中，使用的却是双层密封结构的成套电流互感器，这一互感器在性能上是无法与前两种典型的互感器结构优良的，但是绝缘电阻值是大于5MΩ、工频耐压泄露电流是小于5mA的，这样的特征是能够满足基本的户外使用要求的。表1就是对双层结构成套电流互感器在进行实时验之前和实验的过程中的绝缘电阻值的变化进行了具体的分析。无论是在试验之前还是在试验的过程中，可以发现工频耐压泄露的电流均是在1.5mA左右，从整体上来看，变化的并不明显。通过对七个厂家的低压防窃电成套电流互感器进行分析和研究可以知道，只有上述两种典型结构和双层密封结构能够通过湿试验，达到户外使用的要求。其它结构的部分成套CT因不注重防水设计甚至导致在湿试验中出现100mA以上的工频耐压泄漏电流和50kΩ左右的绝缘电阻值。
综上所述，低压防窃电成套电流互感器的结构设计对于保证其运行安全是至关重要的。
2 伏安特性和误差特性
为了找到伏安特性和误差特性之间的联系、建立电测量特征和铁芯材料性能之间的量化关系，从而为电流互感器质量评价体系提供依据，就需要推算出伏安特性检测回路的计算公式，并与已有的误差公式进行对比，分析出共同的影响因素。
2.1 伏安特性磁感应强度
伏安特性是指互感器一次侧开路，二次侧励磁电流与所加电压的关系曲线，反应了铁芯磁化曲线的饱和程度。二次绕组施加的电压可以分为两部分：一部分提供二次绕组直流电阻和感应电抗的电压降，另一部分为二次绕组提供感应电动势。要产生感应电动势E2，铁芯中需要有交变磁通，即需要有磁感应强度Bm：
Bm为磁感应强度（T）；S为铁芯截面积（m2）；f0为电源频率（Hz）。
2.2 误差分析
根据JJG1201-2007中误差测试接线图进行误差特性检测。误差特性检测设备为比较仪式互感器校验仪HED-H+、电流互感器负荷箱FY96C、升流器SL4、标准电流互感器HL-1572等。
CT相角差f和比值差δ计算公式如下：
公式中Zo2为二次回路总阻抗（Ω）；α为二次回路总阻抗角；ψ为磁滞角（°）；L为平均磁路长度（m）；S为铁芯截面积（m2）；μ为导磁率（T*m/A），ω为角频率，ω=2πf0，f0为电源频率（Hz）。
3 电测量特征与铁芯材料优劣的对应关系
随着励磁电流的增加，铁芯磁导率并不是恒定的参数，因此励磁电流、外施电压之间呈现出非线性变化规律，然而正是这一非线性曲线反应了铁芯材料的性能。良好的铁芯材料能够使励磁电流与外施电压在较宽的电流范围内呈现出一致的线性特征，由此制作的电流互感器误差变化范围相对较小。另一方面，良好的铁芯材料达到一定励磁电动势时所需要的励磁电流值相对较小。
结束语
目前许多厂家生产的低压防窃电成套CT的结构设计存在缺陷，不能够保证安全运行在污秽严重、多雨或潮湿的环境中。结构特性分析和湿试验结果说明低压防窃电成套CT的结构设计尤其是防水性能的优劣对于保证其运行安全是至关重要的。两种典型结构和双层密封结构是低压防窃电成套CT相对优良的设计结构，在使用的过程中，一定要根据具体的情况进行区分。
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关键词：电子式电流互感器 高压侧电源 供能电路
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（b）-0138-01
在目前研究的重点和热点一般是电子式电流互感器的设计方面，电子式电流互感器具有广阔的发展前景.本文所设计的是一种新型的电子式电流互感器，它具有明显的优点，其绝缘结构非常简单，重量较轻，体积较小，灵敏度高，可靠性高，测量范围相对较大大，频带较宽。
在高频开关的电源中，不仅需要检测出开关管和电感等元器件。还要用电流检测方法对互感器、霍尔元件进行检测。电子式电流互感器有频带较宽、能耗较小、价格较便宜、信号还原性较好等许多的优点。在双端变换器中，电子式电流互感器的功率变压器，原为流过的正负对称双极性电流脉冲，它没有直流分量的影响，这然电流互感器可以很好的应用。
1 常用供电方案的分析比较
1.1 激光供能
激光供电系统主要是采用其它光源或者是激光，在低电位侧利用光纤把光能量传到高电位的一侧，再利用光电转换器件把光能量转换成电能量，经过DC-DC再次变换以后提供稳定的电源进行输出。
激光供能是一种新的供电方式，激光供能的优点把能量以光形式通过光纤传到高压侧，让高压和低压电实现了完全隔离，不让其再受电磁场干扰的影响，其稳定可靠，并且安全。但激光供电也有设计难点，如下：第一，受激光输出功率的大小限制，尤其是光电转换效率影响，该方法提供的能量是非常有限的，制作成本也相对较高。第二，激光供电的输出功率和发光波长都会受到温度的影响，一定要采取相应的措施实现对温度的自动控制。
1.2 母线电流取能供电
在母线电流取能供电中为了平衡负载的电阻。供电的都是能量来自高压母线的电流，电能的获取是利用一个套在母线上磁感应线圈来实现的，母线环的周围有大量的磁场，并通过磁场来获取所需的能量，再经过处理，提供给高压的电子线路。
此供能方式有结构较紧凑、体积微小、使用可靠安全、绝缘封装相对简单、供电可靠、成本低的优点，但是这种功能方式的设计难点是母线电流不是一个稳定值，并且变化的范围比较大，所以，磁感应高电压技术线圈必须要有兼顾最大、最小的两种极限条件，后续处理的电路必须要有保护功能，来保障电压的稳定输出。
1.3 电容电流的取能供电
电容电流的取能供电利用的是电容分压器在高压母线环的周围，存在电场中取能供电，供电方式和母线电流供电有相同点。因为，一次电压的相对电流一般是比较稳定的，所以，这种方案的电源输出也是比较稳定的，但是设计该方法与母线电流供电相比困难更大。第一，怎样来保证取能电路与后续工作电路间的电气隔离的问题，这就要求有严格的电磁兼容设计和过电压防护；第二，这种方法的误差来源更多，比如温度及杂散电容等等多种因素都可能影响该方法的使用和安全性能；第三，在采用本方法时得到的功率是非常有限的，虽然可以通过改变电容的大小，来进行调整功率输出，可是过大电容也必将要带来更多问题。
有上述三种供电方案可知，每种方案各有优缺点，从产品的可靠性、结构安全、成本效益出发，用母线取能供电的方法是比较理想的，这个方案是母线取能与储能电池供能相互结合供电方案。
2 无源电子式电流互感器的设计方案
无源电子式互感器和有源电子式互感器的一次电流检测原理都是一样的，都是采用原理进行测量，但是在设计上也做了稍微的改进，其改进内容如下所述。
2.1 线路设计
一般采用的是专门设计的传输模拟小信号屏蔽电缆的有电子回路的连接、传感头的连接这两个方面。而这两个方面的必须要进行在安装上要分离才可以，在传输精度上还可以保证在长距离范围内传输的要求，同时还要在电磁方面上要做到兼容的状态才可行。
2.2 位置设计
原有的采集器供电可靠性相对较差，高压供能元件特别复杂。在进行了采集器的位置设计后，这使采集器在受干扰时错误输出的概率减小。把原来放在高压侧电子采集单元下放到互感器底座低压二次侧。让电子回路运行的环境得到了极大的优化，电源的可靠性得到很好的保证，使工作环境相对优化，EMC的运行维护变得更加方便，更换检修电子单元的时间更短，进而提高了效率。
2.3 电路与元器件的设计
在电子回路本身提高了可靠性。采取像电子采集回路自检测技术，电子采集回路自检测技术包括心跳自检、精度自检等技术，还采用电子采集回路冗余互检技术。另外，还采用了现场安装技术、运行维护和现场试验等各方面都对电子互感器的可靠性产生了很大的影响的。
3 电子式电流互感器光电池的选择
激光器供电发出的能量用光的形式来进行传送，可是要得到所需电能，还必须要用光电转换器件来进行，光电转换器件也就是光电池。它能把入射光能转换为电能。光电池的种类繁多，比如像硒光电池，硅光电池，砷化镓光电池，氧化亚铜光电池等等。但在实际中最常用的是硅光电池，硅光电池的主要技术参数如下。
第一，实际的转换效率可达8%，在相同价位的光电池中转换效率是最高的，所以，可实现产品化和商业化；第二，硅光电池的峰值波长在700～ 900nm之间，正好激光器输出波长为808nm，正好在它的峰值波长中间，这也就是说在激光器输出的波长下光电池基本工作是处于最佳转换状态的；第三，硅光电池的光照强度应用于高压设备测量，这往往要器件对周围环境变化不敏感；第四，硅光电池的输出电压为4.9V，电流为45mA，峰值的功率是250mA；因此，它有很高宽广光谱响应、光照灵敏度和良好线性。第五，硅光电池是非常稳定的，电子式电流互感器的硅光电池实际采光面积一般都是60mm×60mm。
4 电子式电流互感器电源的性能参数
电子式电流互感器电源由光电转换模块和激光输出共同组成，激光输出模块是主要有电流驱动，驱动电流为2.2A电流，可达到驱动电流要求。光纤的出口处光功率是1.6W，在利用光电进行转换后的电功率可达125mW左右。
5 结语
在信息化时代的今天，必须要不断提高电子式电流互感器的质量和可靠性，电子式电流互感器在我们的生活中的应用也越来越广泛，不管在任何地方它都有应用，所以我们要不断地对电子式电流互感器进行深入的研究。
参考文献
[1] 王继元，等.GB1208-2006，电流互感器[S].北京：中国标准出版社，2007.
[2] 高祖绵.互感器原理与设计基础[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2003.
[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.中国国家标准化管理委员会.GB1208-2006.中国标准书号[S].北京：中国标准出版社，2007.
一、研究原因及背景
1.电流互感器的重要性。电流互感器起变流和电气隔离的作用，就是把一次系统的大电流变换成与其成正比的二次小电流，供给测量仪表或继电保护及自动装置使用。在电力系统中，电流互感器的作用无可替代，所以它直接对电网的安全稳定起着关键的作用。
2.户外电流互感器工作环境的恶劣。户外电流互感器经常要承受异常的电气环境和自然环境。其故障率更易处于高位。而且由于现实条件限制，我们对电气环境和自然环境的可控性都不大，所以更需要确保电流互感器在一次系统中连接的可靠性，以更好地适应环境。
3.户外电流互感器的传统工艺不够尽善尽美。户外电流互感器桩头与铜排连接，连接接触面不够充分、特别在长时间户外运行的情况下。连接是否良好、可靠直接影响线路的负载能力，接触面小，接触不良，接触电阻过大，会引起发热。若不及时发现及处理，将烧坏电流互感器桩头和连接铜排。长期过负荷，温度过高甚至会造成户外电流互感器的烧毁。
二、松阳供电局所辖变电站电流互感器故障现状
松阳供电局所辖全户外变电站共计五个：其中35kV大东坝变电站和象溪变电站这两个变电站的10kV出线及主变低压侧拥有型号为LBZW-10的干式户外支柱式电流互感器共33只，它们的接线桩头都为螺杆式，连接铝（铜）排通过上下两个螺帽固定在螺杆上。曾多次发生电流互感器桩头和连接铝（铜）排处发热，甚至铝排熔断、电流互感器损坏等故障。
我们对大东坝变电站2008、2009、2010这三年间主要一次设备的故障、缺陷情况进行统计分析。在电流互感器、主变压器、隔离开关、电压互感器五类一次主设备中电流互感器故障所占比例为28%，是最高的。说明了在同等运行工况下，电流互感器相比其他设备更容易出现故障。对前面的电流互感器故障率高这一现象进行深入分析后，我们还发现这三年间故障的发生次数与时间有直接的联系，具体情况见下表：
从表中，我们可以很直观的看到，故障发生都集中在在5-8月份的丰水期内（特别是6月份），三年间平均月故障次数达到了1.17次。这说明线路负荷越大，电流互感器越容易出现故障。
然后我们又对上面的故障发生次数进行深层次的分析之后发现了主要故障因素，2008、2009、2010三年由于电流互感器接头处故障导致在故障次数为14次， 由雷击及其他因素导致在故障次数为2次。除了2008和2009年的两起：被雷击直接损坏之外，其余故障点都在电流互感器桩头和铝（铜）排的连接处。根据电流互感器与铝（铜）排连接方式，以及具体故障情况，我们通常的故障处理方法主要有：1、重新紧固螺丝，螺帽、垫片有损坏的给予更换；2、铝排有损坏的，更换铝排；3、流变桩头损坏，绝缘试验不合格，更换流变。但是以上方法均不能根本性的消除此类故障。
三、电流互感器故障原因分析及对策
经过分析，我们认为造成户外10kV电流互感器故障的主要原因有四个。第一个：设备原因，电流互感器本身结构不合理；第二个：人为原因，人员维护工艺水平不高、日常维护不到位；第三个：方法问题，凭经验解决故障，缺少解决此类故障的方法；第四个：环节因素，电流互感器长期工作在高负荷状态下，且变电站地处湿润山区，接头易腐蚀氧化。根据现状，我们确认第一个原因：电流互感器本身结构不合理，螺杆式接线柱头与铜牌接触面太小，是导致铝排熔断、电流互感器发热损坏的最主要原因。改良户外电流互感器桩头与铜排的连接状况，增大接触面积，减小接触电阻成为需要改进的方向，初步设想设计一种连接线夹来实现。
四、具体实施
1.首先，确定在电流互感器桩头上所要加装的设备线夹规格，我们根据大东坝变电站10kV户外电流互感器桩头的螺杆外径(12mm)，且为粗螺纹，向厂家定制双孔抱杆式线夹，型号为M-12；
2.然后，我们将定制好并且经过出厂质量检验符合国家GB-2314-2008标准的改良后线夹，在部门试验区内将改良后的线夹在试验电流互感器上进行试安装，发现能与柱头紧密接触、还扩大了桩头与线夹之间的接触面积。
3.最后，我们将双孔式铜抱杆线夹充分旋入电流互感器螺杆，再将线夹的紧固螺丝拧紧。既能保证双孔铜抱杆线夹与螺杆有足够的接触面，又能保证连接牢固，减小接触电阻。我们对大东坝变电站全站进行试验，改良户外电流互感器桩头与铜排连接状况。
五、效果检查
我们在通过对大东坝变电站全站10kV户外电流互感器桩头加装该双孔式抱杆线夹，效果图如下：
半年时间的实际运行和观察分析后得出以下结论：
1.在加装了改良后的线夹之后，电流互感器柱头与铜排的接触面积得到了充分的扩大：原来未进行改良时的接触面的面积为2.26cm3，现在进行改良之后的接触面的面积为15cm3，电流互感器接线柱头与铜排的接触面面积扩大百分比达到563.7%。
2.我们用回路电阻测量仪测量，发现接触电阻的下降幅度达到24.3%。原来未进行改良桩头直接固定铝排时的接触电阻为608Ω，现在桩头使用双孔式铜抱杆线夹固定铝排进行改良之后的接触电阻为460Ω，电流互感器接线柱头与铜排的接触电阻减小百分比达到24.3%。
3.我们还利用红外成像测温装置，对桩头与线夹的连接位置进行了测温。在相同的负荷（150A）条件下，原来未进行改良时的红外成像测温值为520C，现在进行改良之后的红外成像测温值为460C，温度的下降率百分比达到11.5%。
4.我们在对大东坝变电站所有安装改良后的电流互感器跟踪调查，并对其分时间段进行丰水期内故障次数统计，发现：改良前5、6、7、8四个月故障总次数为14次，平均每月3.67次，改良后故障总次数为一次。且这一次故障是6月份由于雷击引的一起户外电流互感器故障。改良后丰水期内的故障次数，已经由原来的近1.17次/月，减少到了0.25/月。经过改造的电流互感器，在实际运行过程中，除了6月份一起电流互感器由于遭雷击，绝缘损坏外。其余均未出现过发热、烧坏等故障。在其他主要一次设备故障次数与往年持平的情况下，电流互感器占主要一次设备的故障次数比例降低到15%以下。