电流互感器的虚拟检测系统

1、艾欣郝玉山杨以涵宋家骅摘要：应用虚拟仪器技术，研制出一套适用于电流互感器稳态准确度和暂态饱和特性的检测系统。这套虚拟检测系统具有测量、显示和分析等功能，可以通过数字和图形方式自动给出测量和分析的结果，适用于二次额定电流为5A及以下各种类型电流互感器的检测。 关键词：电流互感器,虚拟仪器,检测,稳态,暂态 1 引言 电力系统中的电流互感器根据应用可分为两类。一种叫测量用或仪用电流互感器，它最重要的性能指标是稳态测量的准确度；另一种叫保护用电流互感器，其主要的质量指标为暂态特性的优劣。在一些测控系统及仪器仪表等装置中使用的电流互感器(也叫电流传感器)，既要求有稳态准确度，同时也应暂态特性好、抗饱和

2、能力强。不论做何种用途的电流互感器，它们的主要功能都应是能准确地传输、变换电流信号。电流互感器的准确度等级是根据其误差大小来确定的。稳态用和暂态用电流互感器的误差的定义是不同的，它们的准确级也有不同的分类。电流互感器的检测一般也分为稳态特性检测和暂态特性检测。目前对电流互感器的稳态特性的检测主要是测量它的幅值差(比差)和相位差(角差)。但对非计量用电流互感器至今没有专门的检测仪器，而且现有的传统校验仪在功能上还很不完善，校验过程既费时又费力，使用很不方便。现在对电流互感器暂态特性的检测，一般只能通过直接记录暂态电流波形，然后观察波形的形状是否有饱和来粗略地评价电流互感器暂态特性的好坏，而未能测

3、定电流互感器的暂态误差，并据此定量地给出其暂态特性指标，而且在检测时使用的暂态电流中包含的直流分量的时间常数达不到实际要求。 请登陆:输配电设备网 浏览更多信息本文介绍的这种基于虚拟仪器技术的电流互感器检测系统，充分发挥了其灵活、自定义和具有分析功能等特点，为电流互感器准确度校验及暂态性能检测提供了一种新的手段和方法。 2 稳态检测系统 按照国家标准，测量用电流互感器的稳态准确度是用复合误差定义的，即 来源:(1) 式中Kn额定电流比 Ip一次电流平均根值 ip一次电流瞬时值 is二次电流瞬时值 T一个周波的时间 复合误差c包括比差f和角差，它们的表达式分别为 (2) (3) 式中 Im,Ip

4、电流互感器的励磁电流及一次电流(归算到二次侧)的有效值 二次电流相量s与励磁电流相量 m的夹角3 2.1 检测系统的构成 稳态检测系统的功能是测量电流互感器的误差，首先是由升流器向标准电流互感器和被测电流互感器提供一次电流。此系统使用的是0200A的自制升流器。两个电流互感器的二次侧分别接到较差采样电路。采样电路由电阻构成，通过它将二次电流转变成电压信号；然后再将这个电压信号送入虚拟校验仪(计算机)，通过计算机显示出全部校验结果。 来源:输配电设备网2.2 虚拟校验仪 在电流互感器的准确度校验中，虚拟校验仪是主要设备，它是采用测差法原理4，在较差电路中由数据采集卡采样一个误差电流和一个标准电流

5、两个信号，然后全部通过软件进行数据处理(包括数字滤波等)并显示结果。 虚拟校验仪的软面板上由控制器、显示器和运行开关三个部分组成，其中运行开关可操纵虚拟校验仪工作的开始和结束。 控制器的作用是在校验仪开始工作之前，给出必要的初始值，它包括：两个采样(模拟输入)通道的设定。较差电路中采样电阻大小的设定。被测TA二次额定量程的设定。误差曲线采样点数的设定。 显示器的作用是给出有关测量和分析计算结果，包括数字、曲线和图表，它包括：比差、角差和负载率的数字显示。比差、角差和负载率的曲线及图形显示，其中比差和角差曲线包括实际测量的误差点和拟合后的误差曲线。负载率从10%120%各量程的比差、角差。标准电

6、流和误差电流波形显示、幅值数字显示。标准电流和误差电流有效值的数字显示。较差电路中TA的极性显示。 从以上可以看出，电流互感器虚拟校验仪比传统的校验仪在功能上大大扩充了，这不仅给它的使用带来方便，而且从总体性能上也得到提高。例如，可通过具有示波器功能的波形显示，直观地看到电流是否有干扰，以便采取措施抑制干扰，保证测量的正确性，这是传统校验仪无法做到的。 来源: 2.3 稳态特性检测实验 (1)标准TA的参数 匝数比：11000匝；电流比：100A100mA;二次绕组内阻：8.5；铁心尺寸：内径外径高=29mm46mm25mm;铁心材料：坡莫合金；精确度：0.01级。 (2)被测TA的参数 匝数

7、比：11000匝；电流比：100A100mA;二次绕组内阻：30；铁心尺寸：内径外径高=20mm40mm15mm;铁心材料：硅钢片；负载：Rb=35。 图1和图2分别为虚拟校验仪显示的被测电流互感器的比差和角差曲线，包括各误差采样点和拟合曲线。同时，根据拟合曲线计算出各量程的误差并由表1给出，从其中的校验结果确定被测0.1A的电流互感器的准确度为0.5级。 请登陆:输配电设备网 浏览更多信息 图1比差曲线 来源: 图2 角差曲线 表1 电流互感器误差测量结果 来源:负载率(%)比差(%)角差/()负载率(%)比差(%)角差/()10-0.4756818.0570-0.3236013.2320-

8、0.4461017.1480-0.3034712.5630-0.4183616.2890-0.2846011.9240-0.3923415.45100-0.2669011.3250-0.3679414.67110-0.2503010.7560-0.3450613.93120-0.2347310.21由式(1)得磁场强度为 (9) 式中 l铁心的平均磁路长度 由电磁感应定律，可得电流互感器的二次感应电动势为 (10) 由式(10)可得磁通密度为 (11) 式中 A铁心截面积 将式(9)、(11)联合考虑即可绘制出B-H曲线。 3.3 暂态特性检测实验 一次系统的参数：220V工频电源，电抗器的电

9、感为200mH。合闸后的交流分量有效值为 暂态冲击电流为 请登陆:输配电设备网 浏览更多信息 实际检测时，电流互感器的一次侧绕4匝，如此，以上电流对电流互感器来说都放大了4倍，即有效值为14安匝，冲击电流约为36安匝。 二次系统中使用的标准电流互感器为LEM的霍尔电流模块，型号为：BLT100P，主要参数为：匝数比：11000T；电流比：100A100mA；负载：Rb=35；精确度为0.1级。实际一次线圈绕4匝。 被测TA的参数为：匝数比：11000匝；电流比：100A100mA；二次绕组内阻：25；铁心尺寸：内径外径高=18mm30mm10mm；铁心材料：坡莫合金(无开口)；负载：Rb=35

10、。实际一次线圈绕4匝。 一次电压采样使用的是IEM电压模块BLV10-P。检测结果如图4所示。其他显示结果有：冲击电流10.04A；周期分量电流有效值3.25A；周期分量电流幅值4.6A；峰值瞬时误差()31.41%；时间常数12.56ms；一次回路的功率因数cos=0.25；电流滞后电压角度75.60；饱和磁通密度(有剩磁)为100010-4T。 请登陆:输配电设备网 浏览更多信息 图4 波形图 请登陆:输配电设备网 浏览更多信息4 结论 电流互感器稳态准确度的校验和暂态饱和特性的检测，对电流互感器的优化设计及其性能指标的鉴定都是很重要的。本文采用虚拟仪器技术研制的电流互感器检测系统，可以全

11、面、准确地检测、分析和评价电流互感器的各种性能指标，是电流互感器生产者和使用者都需要的、实用的系统。所研制的稳态校验仪的主要特点如下： (1)可以对标准和非标准额定值的各种电流互感器进行精确度校验。 (2)通过示波器窗口可以看到被采样的电流波形，由此可以判断检测过程中是否有干扰。 (3)可以直接绘制出比差、角差曲线及函数拟合曲线，并可给出各量程的误差。 所研制出的暂态测试系统的主要特点如下： (1)可以产生符合实际要求的暂态冲击电流，为准确检测电流互感器的暂态特性提供了必要的条件。 (2)暂态特性分析仪除了可以记录暂态波形以外，还可以计算IEC标准定义的三种电流互感器 暂态误差，并由此可以定量给出暂态指标。 (3)可以绘制电流互感器的磁化曲线，算出饱和磁密。 作者单位：艾欣（华北电力大学100085） 郝玉山（华北电力大学100085） 来源: 杨以涵（华北电力大学100085） 宋家骅（东北电