剩磁对测量用电流互感器的影响

李海荣，何东莹，马金才，彭平，雷岩团哏

(1.云南电网有限责任公司迪庆供电局，云南迪庆 674400；2.云南电网有限责任公司临沧供电局，云南临沧 677000；3.寻甸供电有限公司，云南寻甸 655200；4.建水供电有限公司，云南建水 654300；5.云南电网有限责任公司德宏供电局，云南芒市 678400)

0 前言

在电力系统中，电流互感器是一种电流转换设备，可将交流电路中的大电流按比例转换为小电流。以供测量仪表、继电保护及指示电路用，其性能直接影响着电网的稳定可靠运行。当运行中的电流互感器发生短路故障、重过载、强雷电瞬时性冲击等情况时，会形成大量的剩磁。一旦剩磁存在，它不会自动消失，并且剩磁的存在会导致电流互感器在激励曲线上的起始点发生变化。这将增加铁芯线圈的饱和度，导致保护拒动、误动以及计量失准。根据规程要求，电流互感器进行误差试验时，应先进行退磁处理，再进行误差测量，并以退磁后的测量结果作为判断合格与否的依据，然而，在实际工作过程中，剩磁对测量互感器的影响通常被忽略。从以往测试结果来看，常用的0.2 S级电流互感器，剩余磁化强度会导致测量误差在负方向发生偏移，导致实际测量值偏小。因此，剩磁对电流互感器的影响需引起重视，本文通过对剩磁影响的分析，提出减少剩磁的措施。

1 电流互感器剩磁产生的原因

电流互感器剩磁的根本原因是磁体材料固有的磁滞现象。当电流瞬时变为零时，其磁通量并不为零，这会导致剩磁的存在。具体过程可以通过图1所示的激励电流的磁通量变化来说明。图1是铁芯的磁化曲线图，从图中可以看出，当激磁电流Im从0上升到Ia时，磁芯沿着oa曲线磁化，当激磁电流Im从Ia下降到0时，铁心的磁化沿ab曲线减小。磁通量Φ（或磁场密度 B）不是 0，而是约等于 Φr，Φr（或 Br）就是我们所说的剩磁。理论上，如果磁化电流Im以不是从零变到大的方式磁化磁芯，则会引起剩磁。当铁芯中的磁通量达到饱和时，磁通量达到峰值，并且如果激励电流中断，此时残留在铁芯中的磁通被称为剩余磁通量。

K=Br/Bs×100% Bs为铁心饱和磁场密度。

图1 磁化曲线

根据剩磁存在的原因，在使用过程中下列情况电流互感器会出现剩磁：

1）电流互感器在运转中接通和断开时；

2）开路运行过的电流互感器；

3）系统发生短路故障时，会导致电流互感器剩余磁化较大；

4）在测试电流互感器时，例如使用直流法检测极性时，也可能存在剩磁。

2 剩磁对电流互感器的影响

电流互感器一旦产生剩磁，将处于局部小磁滞回线状态，磁化回路如图2中ab曲线所示，铁芯的原始对称磁滞回线产生偏移，磁滞回线在上半部和下半部不再对称，并且铁芯的非线性水平增加，剩磁导致铁芯的磁导率降低，并且非线性度上升。电流互感器阻抗Zm降低，磁化电流Im增大，电流互感器误差向负方向移动，将影响电流互感器的性能。

图2 局部磁化曲线

用于测量的电流互感器必需在正常条件下确保准确等级。根据误差与电流互感器参数之间的关系，见公式（1）、（2）。

其中：在公式（1）、（2），中I2为二次电流（A）；Z2为二次总阻抗（Ω）；N2为二次绕组匝数；f为电网频率（Hz）；L 为铁心平均磁路长度（cm）；S为铁心截面积（cm2）；μ为铁心材料磁导率（H/cm）；I1N2为一次绕组安匝数(A)。

下面对一台0.2S级、30 A/5 A、额定二次负荷15VA的10 kV电流互感器在磁化和退磁条件下进行误差测试。充磁方式为：一次侧开路，从被试电流互感器的二次绕组通入0.75A的直流电流，持续时间不少于2s，然后测量充磁后的误差；退磁方式为：将电流互感器二次侧串接一个大于150 VA的负载箱，一次侧逐渐通入36 A的电流并降为0，再测量退磁后的误差，充磁后误差与退磁后的误差比较，从测试结果可以看出，如果电流互感器的磁芯中存在剩磁，则电流互感器的电流互感器比值差将按负方向偏移，相位差按正方向上移动，并且通过其他规格的电流互感器多次重复上述实验也得到相同的结论。因此，当电流互感器存在剩磁时，测量结果变小，即电能计量结果偏小，剩磁越大，影响越大。

3 减少剩磁影响的措施

1）使用具有较小剩磁系数和高磁导率的铁芯材料，例如由非晶合金和坡莫合金制成的铁芯，因矫顽力小，磁导率增加进而截面积可减少，相应的直流阻抗就减少了，有利于准确级的提高。

2）研究新的铁芯制造工艺，比如采用叠片式铁心制作电流互感器的铁心来达到减少剩磁影响的目的。

3）对受到过负荷、短路故障、强雷电冲击等影响的电流互感器，应及时对其进行退磁处理，减少因剩磁对电能计量的影响。

4）进一步优化现行检定规程的有关条款，将电流互感器剩磁影响试验列入日常检定项目之内，进一步保证电流互感器的质量。

4 结束语

目前运行中的电流互感器普遍存在剩磁，实际剩磁和剩磁系数不规则地分布在铁芯内，剩磁不会主动消失，将导致电流互感器误差偏负，造成电能少计量。因此，建议采用剩磁系数小、磁导率高的材料作为铁心材料，使用新的制造工艺，并进一步加强电流互感器的管理，运行过程中受到较大干扰的电流互感器需及时去磁，从而保障电流互感器的稳定可靠运行。