火电厂电流互感器误差补偿方法研究

方 欣

（浙江大唐乌沙山发电有限责任公司，浙江 宁波 315000）

0 引 言

目前，国内有关电流互感器误差补偿问题的研究主要集中在变压器中性点安设附加装置，以消除流经变压器中性点直流电流为目的，有效抑制直流偏磁的问题[1]。电流互感器的误差补偿方法主要有数字算法误差补偿和模拟电路误差补偿。其中，数字算法误差补偿是利用存储在存储器中的电流互感器励磁特性数据来实时计算电流的大小，在将励磁电流与折回原边的实时副边电流相加，得到误差补偿后的电流，即实际原边电流。但该方法计算结果会产生较大偏差，因此提出了基于数字算法的电流互感器误差补偿方法。

1 基于数字算法的电流互感器误差补偿方法设计

1.1 测量电流互感器的比差

为得出直流偏磁存在时测量用电流互感器的具体变化规律，需先测量电流互感器的比差[2]。在直流偏磁电流流经回路以及电流互感器等值电路的基础上，设计完整的实验方案，并对直流偏磁和测量用电流互感器误差特性进行详细分析和研究。根据电流互感器的等值电路，得到公式（1）：

其中，I1表示励磁电流，ie表示一次电流，i21表示折算到一次的二次电流，N1表示电流的一次绕组，N2表示二次绕组的匝数。根据式（1）可知，励磁电流是测量用电流互感器产生误差的主要原因，一旦发生变化，就会直接影响电流互感器的转变精度[3]。

电流互感器需将一次绕组转接到高压线路上，通常一次侧电流为高压线路中所流过的电流，二侧电流接到不同负载，不同用途的电流互感器所接负载不同，所以实际工作中要按照图1直流偏磁电流流经回路原理，应用继电保护好设备的前端电流互感器，合理安装达到测量电流的目的[4]。需注意，通过一次绕组连接的设备正常运行时需要闭合，电器应以安全可靠性能指标为主；使用低压设备时，要保证电力线路与其他两个绕组有固定的标准电流。应用式（1）比差后，要确定结果绝对收敛，保证在不同偏磁条件下测量用电流互感器比差结果的准确性。

图1直流偏磁电流流经回路原理

1.2 改变直流偏磁的方向

励磁特性实验是检验电流互感器性能最有效的方法。当继电保护装置对保护用电流互感器励磁特性有要求时，应进行励磁特性实验。数字算法补偿方法对测量用电流互感器励磁特性没有要求，导致测量用电流互感器的仪表保安电流无法满足计量仪器保安系数的要求，因此本设计搭建实验电流，对直流偏磁不存在时与存在时的测量励磁特性进行分析[5]。

调整电磁场域时不能直接由单个方程完成，必须有一套Maxwell方程组来完成。该方程组有四个定律，本设计采用安培环路定律表明了不仅传导电流能产生磁场，变化电场也能产生磁场。Maxwell微分公式表示为：

其中，H表示电磁场强度矢量，J表示为总电流密度矢量，d表示感应电流密度矢量，T表示磁感应强度适矢量。

分析场域问题时，通常要引入磁矢量位的方法来计算电磁场。为使误差最小化，需根据变分原理确定能量泛函，求泛函系数为零的偏导数，确定待定系数，构造函数方程为：

其中，F(A)要取极小值，S表示磁通列向量，D表示匝数，每个方程最终都需要变换成多元方程组的形式，各矢量磁位值都是未知量。求解各相关数值，得到矢量磁位数值，求解不同点的参量，公式为：

其中，Bx表示有限数量的单元，Ax表示无力场域，表示所有单元的能量泛函总和，A上线性差值的形y状函数，为某个单元的能量泛函。此方程组表明变化电厂与变化磁场间相互联系，形成统一的电磁场，达到改变直流偏磁的问题。

1.3 实现电流互感器误差补偿

电流互感器由三部分组成。铁芯的制造材料决定了通电后造成的铁磁损耗情况，如果电磁发生变化，说明部分电流没有用于产生二次电流，而是变成了励磁电流，由于励磁电流的存在，铁芯会发生变化，这两个误差是向量。现实运行中，励磁电流无法避免。

由于电流互感器无法一直保持在额定条件下不变，所以应用补偿算法进行补偿时，需要采用大量的励磁特性数据。这些数据是在电流互感器投入前对其进行实验获得的。实验中获得的每个数据都要标明，实验时对应的直流偏磁电流大小是与铁芯交流工作磁通的，这样方便应用补偿算法进行数据提取。数据提取时需注意，励磁特性实验中存在变比系数，所以需要调整二次侧流所加的直流偏磁电流与实际一次侧流入之间的关系。为实现对运行中电流互感器直流偏磁问题的误差补偿，必须对互感器铁芯磁通进行实时检测，方便与已存储的励磁特性实验数据进行对比，铁芯的交流工作可通过对测量用电流互感器等效电路进行分析求得，计算公式为：

其中，e2表示二次电流离散值，N2表示直流偏磁电流。理论上，前期准备工作中，通过励磁特性实验获得的铁芯磁滞回线数据越多，最终补偿精度就越高。但由于前期准备工作量太大，需要提高运行补偿算法中处理器的要求，按照测量用电流互感器的实际工作环境来对存储的数据进行适当调整。如果某电流互感器长期工作在额定情况下，需要记录额定工作条件附近的数据，并对最终得到的数据进行补偿。。

2 实验结论

为对本文提出的基于数字算法的电流互感器误差补偿方法进行分析和验证，实际测试中采用直流采样法，采样中要选择经过变换后的直流量。此方法软件设计简单，对采样值要求不高，只需要作比例变换即可得到被测量的数值。实验设备包括DDG变压器（额定功率为10 kVA、输入电压为220 V）、接触调压器（额定容量为10 kVA、额定输入电压为220 V）、日立恒温恒湿箱（温度范围为-40～+80 ℃、湿度范围为10%～95%）、日本日置温度记录仪（最大输入电压分别为DC 60 V和DC -5～10 V）及FLUKE福禄克F319钳型电流表（交流量程分别为40.00 A、600.00 A及1 000.00 A）。

为对提出方法进行先行性和可靠性验证，在实际测试中，将本文方法与传统方法进行对比分析，实验结果如图2所示。

图2 实验结果

由图1可知，采用传统方法测试的数据，高压部分出现了较大误差。分析误差变化趋势，误差是从正误差变为负误差，重复性较差，无法满足精度的要求。采用本文设计方法的测试数据更接近理想数值，降低了直流偏磁造成的误差，提高了电流互感器的准确性。

3 结 论

本文主要针对直流偏磁问题基于数字算法提出了电流互感器误差补偿方法。通过公式推导等方式阐述了各种因素对电流互感器测量精度的影响。运用数字算法运算嵌入式电流互感器的电场，得到电流互感器长时间运行后的二次侧电流输出值。通过实验证明，基于数字算法的电流互感器误差补偿方法的测量精度较高。