互感器励磁特性试验（电流互感器励磁特性试验分析计算方法）

基础理论——TA数学模型

必须理解的几个重要概念：

励磁电流是电流互感器存在误差的原因；

励磁电流就是误差电流；

励磁阻抗Zm’虽然不是线性阻抗，但是只要其两端电压相同，通过Zm’的励磁电流Im’就是相同的；

通过在二次加压的方法，使得Zm’上的电压与某种运行状态的电压相同，即可模拟这种运行状态，测量此励磁电流，通过计算就能得到电流互感器在所模拟的运行状态下的复合误差。

举例说明：

对于一台额定电流比为500A/1A的TA，通过试验后，证明TA极性、变比均正确；测得ZII＝1欧，ZF＝5欧（假设功率因素均为cosφ＝1），运行二次电流为2A，计算可到此状态下Um’ ＝E2 ＝12V；

对此台TA进行励磁特性试验，当励磁电压为12V时，励磁电流为0.05A，即可计算得到上述状态下：TA一次电流为1000A，二次负载5欧时，电流互感器的复合误差为100×0.05/2＝2.5％。

当互感器运行在铁心的线性区以内，励磁阻抗Zm’非常大，励磁电流很小，复合误差也小。

若发生短路，一次电流很大，铁心饱和，Zm’大幅下降，励磁电流剧增，且二次电流产生畸变。

另外，这个过程还与二次负载密切相关，在相同一次电流下，二次负载越大，越容易饱和、饱和程度越深，波形畸变越严重。

一般分析时，对已定型的互感器可以认为复合误差是一次电流和二次负载的函数。

通过励磁特性及相关参数，计算各种运行状态下（一次电流、二次负载的组合）的复合误差，保证复合误差满足要求， 最终确保继电保护正确动作，二次仪表安全运行就是TA特性试验的目的。

复合误差的测量方法——验证铭牌等级

先回顾一个技术术语：二次极限感应电势

含义：铭牌规定的电流互感器能够适应的运行状态的极限值。此状态下二次绕组的感应电势E2的值就等于二次极限感应电势。

举例：一台220kV独立结构的TA参数为：额定电流比500A/5A，5P10级，I2n＝5A，S2n＝50VA、cosφ＝0.8。

铭牌要求TA一次通过5000A，二次带2欧阻抗时，（折算到二次的）励磁电流Im’≤5A。

试验方法：

（1）首先测量直流电阻，（假设测得R2＝0.1欧）；

（2）计算额定二次负荷与二次绕组阻抗的矢量和，经计算得2.2欧（具体计算方法参见GB 50150附录E ）；

（3）计算二次极限感应电势，E2’＝10×5×2.2＝110V；

（4）对二次绕组施加110V电压（方均根值），测量励磁电流（方均根值）Im’；或者在励磁曲线上查找相应值；

（5）若Im’ ≤5A，TA满足等级5P10的要求；若Im’>5A，则不满足要求。

说明：上述方法是完全满足现有标准的方法，下面介绍两种更简便的方法。

辅助判断方式：

方式1：

（1）根据铭牌参数估算额定二次负荷与二次绕组阻抗的矢量和：用额定二次阻抗乘以1.2的经验系数得2.4欧；

（2）计算二次极限感应电势，E2’＝10×5×2.4＝120V；

（3）对二次绕组施加110V电压（方均根值），测量励磁电流（方均根值）Im’；或者在励磁曲线上查找相应值；

（4）若Im’ ≤5A，TA满足等级5P10的要求。

辅助判断方式：

方式2：（1）忽略二次绕组漏抗并假设二次负荷cosφ＝1，

（2）计算感应电势，E2＝10×5×2.1＝105V；

（3）在励磁曲线上查找拐点电势，若拐点电势大于105V，可判

断TA满足要求；

说明：

两种辅助方式计算简单，判断结果一般高于标准规定。采用这两种方式进行判断时，若测试结果明显高于（或低于）判据要求，可判断被试TA满足（或不满足）要求；若测试结果与判据要求很接近，还需要按GB 50150的要求进行判断。

Ø前面说过：对已定型的电流互感器，其复合误差是一次电流和二次负荷的函数。ØØ验证运行要求需要两个参数：•最大短路电流（Ipm）——经理论计算得到，有一些仿真软件可以应用•实际二次阻抗（ZF）——根据现场（带电/不带电）测量得到

注意：微机型继电保护装置运行时将产生1～2VA的负荷；对实际二次阻抗测量时还需要考虑长期运行后二次回路腐蚀等原因，导致二次阻抗增大。

Ø验证方法：

要求:K(Ipm/Ipn）×Isn×（R2＋|ZF|）<Ek（拐点电势）

K为继电保护要求的系数

利用励磁特性曲线推算准确限制系数与二次负荷的关系曲线

*准确限制系数与二次负荷的关系曲线过去通常称为10％误差曲线

由于电流互感器复合误差是一次电流和二次负荷的函数，若将复合误差视为不变量，则准确限值系数是二次负荷的函数。

需要的计算公式：

以复合误差为5％（5P级）进行说明，由于复合误差为5％，可得：

Im’＝0.05 Ip’ （1）

Is≈19 Im’ （2）

ZF＝E2/19 Im’－ZII （3）

根据励磁特性试验方法，可得：

E2＝U2－Im’ZII （4）

曲线绘制方法：

（1）测量计算得到ZII；

（2）进行试验，并记录Im’、U值；

（3）按式（4）计算得到E2；

（4）按式（1）、式（3）计算得到相应的二次负荷值及一次电流（应将Ip’乘以额定电流比）；

（5）以二次负荷为横坐标、绘制准确限值系数为纵坐标绘制曲线。

仪表保安系（FS）数验证方法

试验方法：

（1）首先测量二次绕组直流电阻；

（2）计算额定二次负荷与二次绕组阻抗的矢量和；

（具体计算方法参见GB 50150附录E ）

（3）计算二次极限感应电势；

（4）对二次绕组施加二次极限感应电势；

（5）若Im’ 大于规定值，则满足要求，否则不满足要求。

说明：

（1）用FS这一参数限制二次电流，保护二次仪表；实际是将TA拐点限制在较低水平；

（2）二次能否出现大电流不只取决于一次电流大小，还取决于二次负荷，当实际二次负荷较小时，往往也起不到保护二次仪表的作用；

（3）目前的验收标准、预试规程均不要求进行此项试验；

（4）根据试验情况，目前大量的TA仪表保安系数不满足规定；

（5）从厂家制造角度看，对于多抽头式TA难以使各个电流比均满足FS的要求。

举例说明

例1.验证测量用电流互感器仪表保安系数

被试电流互感器规格：

型号：LMZ1-0.5 准确等级：0.5SFS10 电流比：400A/5A 额定二次负荷：5VA

例2.测量保护用互感器复合误差、绘制准确限值系数与二次负荷关系曲线

被试电流互感器规格：

型号：LRZB 准确等级：5P30 电流比：12000A/5A 额定二次负荷：60VA（2.4Ω）

试验过程：

（1）根据互感器铭牌参数，得到二次绕组阻抗为ZII＝0.48Ω；

（2）计算出二次极限感应电势为：1.2•2.4•5•30＝432V；

（3）励磁特性试验，调节电压值至432V，记录电流值。计算该电流值与额定二次电流和准确限值系数之积的比值的百分数，即：[0.17/(5•30)]×100%＝0.11％，由于0.11％＜5％，可判断互感器复合误差合格。

（4）计算得到Ip’（Ip’乘以电流比2400，再除以额定电流12000，及为准确限值系数）、E2、ZF；

（5）以准确限值系数为纵坐标，允许二次阻抗为横坐标，将各点用曲线连接，该曲线即为准确限值系数与二次负荷关系曲线；

（6）试验过程中，第三步骤也可以用下述方法判断复合误差是否合格，将电流升到7.5A，记录电压值为620V，由于620V＞432V（二次极限感应电势），就是说二次极限感应电势下的电流小于7.5A，即：当互感器二次绕组接额定二次负荷，一次电流为额定准确限值一次电流时的复合误差小于5％，则该互感器复合误差合格。

本章的分析计算方法原则上只适用于低漏磁型电流互感器，对于高漏磁型互感器，也可采用这些方法，但必须对测量结果乘以一个校准系数，该校准系数等于同型互感器直接法所得结果与间接法所得结果的比值。

*满足下述条件的可以认为是低漏磁型互感器：具有连续环形铁心，二次绕组均匀分布，一次导线为中心排列或一次绕组均匀布置的电流互感器。

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