抗直流偏磁电流互感器校验装置配置与应用

刘 罡，姜春阳，房 琛

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.中国电力科学研究院，湖北 武汉 430074；3.大连电力建筑工程公司，辽宁 大连 116021）

0 引言

抗直流偏磁（anti-DC Bias，DBI）电流互感器为一种新型抗直流电流互感器。和传统电流互感器相比，DBI 电流互感器具有可靠性高、铁芯不易饱和、波形不易畸变等优点，大大增强了电能计量的准确性［1］。依据国家电网有限公司营销部营销计量［2019］2 号《关于2019 年营销计量工作要点》的规定，各网省公司应加强计量检测能力建设，建立DBI 电流互感器全性能及全检验收能力。

在调研基础上，配置一套新型DBI 电流互感器校验装置，并将该装置分解为标准电流互感器、互感器校验仪和互感器负荷箱3 部分，对各部分的配置和溯源进行分析，并对装置整体进行了应用和验证试验。

1 校验装置的配置

依据JJG 313—2010《测量用电流互感器检定规程》要求，电流互感器校验装置需配置标准电流互感器、电流互感器校验仪和电流互感器负荷箱。装置配置如表1 所示。

由于被校验装置检定的电流互感器准确度等级通常为0.2 级或0.1 级，标准电流互感器须比被检电流互感器至少高两个准确度等级，故标准电流互感器准确度等级定为0.02 级较为合适。另外，近年来被检电流互感器普遍要求在1%额定电流下给出误差值，要求标准电流互感器在1%额定电流下仍然具有0.02 级等级，故选择宽量程s 级电流互感器，最终标准电流互感器等级定为0.02 s 级。标准电流互感器功率因数的选择既要考虑现场变电站或发电机出口用0.8 功率因数的电力电流互感器，又要考虑计量箱中和电能表配合使用的1.0 功率因数计量用电流互感器，故标准电流互感器功率因数选择为0.8和1.0。标准电流互感器一次电流测量范围按照常用被检电力电流互感器最大电流5 000 A 和被检计量用电流互感器最小电流0.1 A 配置。二次电流测量范围按照常用被检电流互感器二次电流5 A 和1 A 配置。综上，电流互感器选用HL-16A 型标准电流互感器。

电流互感器校验仪为接在标准电流互感器和被检电流互感器之间的测量仪器，其作用为显示两者之间的误差，故校验仪本身准确度等级无须过高，考虑成本因素定为2 级。功率因素和额定电流同标准电流互感器保持一致。综上，校验仪选用HEC-H 型电子式电流互感器校验仪。

互感器负荷箱为串联接在被检电流互感器二次的测量设备。规程［2］要求需要对额定负荷和下限负荷分别进行测量。5 A 计量用电流互感器额定负荷为5 VA，下限负荷为2.5 VA，常见5 A 电力电流互感器最大额定负荷为80 VA，故5 A 二次负荷测量范围为2.5～80 VA。1 A 计量用电流互感器额定负荷为0.2 VA，下限负荷为0.1 VA，常见1 A 电力电流互感器最大额定负荷为3.2 VA，故1 A 二次负荷测量范围为0.1～3.2 VA。综上，负荷箱选用FY98-5HI 型全自动程控电流互感器负荷箱。

表1 校验装置配置

2 校验装置的溯源

为保证校验装置整体误差满足要求，对影响误差的主要设备标准电流互感器、电流互感器校验仪和电流互感器负荷箱送至某省级计量中心进行溯源。

2.1 标准电流互感器的溯源

检定0.02 s 级标准电流互感器的标准器须比其高至少2 个准确度等级，某省级最高标准BL2572H型和BL2112H 型双级电流互感器准确度等级为0.002 s 级，满足检定条件。BL2572H 型一次电流测量范围为5～5 000 A，BL2112H 型一次电流测量范围为0.1～120 A，两者整体测量范围恰好满足HL-16A 标准电流互感器要求［3］。以BL2572H 型和BL2112H 型双级电流互感器为标准器，对HL-16A 标准电流互感器所有变比进行检定，100%额定电流下典型变比额定负荷和下限负荷比值误差和相位误差值如表2所示。依据JJG 313—2010《测量用电流互感器检定规程》 要求，0.02 s 级电流互感器比值误差应小于0.02%，相位误差应小于0.6′，表2 所有变比误差值均满足要求，HL-16A 型标准电流互感器合格。

表2 典型变比误差值

2.2 电流互感器校验仪的溯源

2 级互感器校验仪采用省级最高标准0.2 级HESH 型互感器校验仪及负荷箱检定装置检定。依据JJG 169—2010《互感器校验仪检定规程》要求，对极性指示器、绝缘电阻、仪器分辨力、误差测量等项目进行逐一检验［4］，所有项目均满足要求。HEC-H 型校验仪检定结果合格。

2.3 电流互感器负荷箱的溯源

3 级互感器负荷箱同样采用省级最高标准0.2级HESH 型互感器校验仪及负荷箱检定装置校准。依据JJF 1264—2010 《互感器负荷箱校准规范》要求，计算得出校准结果不确定度U95=8.2×10-3，按照U95小于最大允许误差的1／3 即8.2×10-3＜（1／3）×3%进行校准结果评审［5］，满足3 级负荷箱使用要求。

3 校验装置的应用

利用校验装置对一0.2 级DBI 电流互感器进行检定。接线如图1 所示，标准电流互感器和DBI 电流互感器一次侧极性端相连，一次侧非极性端接升流器输出端。标准电流互感器和DBI 电流互感器二次侧极性端分别与校验仪的对应端子相连。DBI 电流互感器额定负荷为5 VA，下限负荷为2.5 VA，功率因数为1.0，变比为100 A／5 A。将互感器校验仪额定电流设置为5 A，互感器负荷箱二次负荷分别设置为5 VA 和2.5 VA，在100%额定电流条件下对该DBI 电流互感器进行检定，得到比值误差值和相位误差值如表3 所示。依据JJG 313—2010《测量用电流互感器》 要求，0.2 级电流互感器比值误差应小于0.2%，相位误差应小于10′，表3 变比误差值满足要求，被检DBI 电流互感器合格，本装置应用良好。

图1 DBI 电流互感器检定接线

表3 DBI 电流互感器100%额定电流下误差值

4 试验分析

为验证该DBI 电流互感器检定数据的可靠性，采用省级最高标准BL2572H 型双级电流互感器对DBI 电流互感器检定，将两者数据进行比对，采用归一化偏差方式进行结果验证［6］。检定线路与图1 相同，将标准电流互感器改为BL2572H 型双级电流互感器。在100%额定电流下得到省级最高标准检定误差值如表4 所示，依据JJG 313—2010《测量用电流互感器检定规程》 要求，0.2 级电流互感器比值误差应小于0.2%，相位误差应小于10′，表4 中所有误差均满足要求，省级最高标准检定该DBI 电流互感器合格。

表4 100 A／5 A 最高标准检定误差值

对表3 和表4 数据按照归一化偏差En值进行验证，比对结果En值计算模型为

式中：Yj为本校验装置检定结果，在5 VA 条件下，比值误差Yj比=-0.06%，相位误差Yj相=3′，在2.5 VA 条件下，比值误差Yj比=-0.04%，相位误差Yj相=2′；Yr为最高标准检定结果，在5 VA 条件下，比值误差Yr比=-0.04%，相位误差Yr相=2′，在2.5 VA 条件下，比值误差Yr比=-0.04%，相位误差Yr相=1′；k 为包含因子，此处取k=2；u 为Yj-Yr的标准不确定度。

式中：uj为本校验装置的标准不确定度。经不确定度评定计算，取5 VA 和2.5 VA 条件下最大值，得到uj比=-0.015%，uj相=0.5′；ur为最高标准的标准不确定度。经不确定度评定计算，取5 VA 和2.5 VA 条件下最大值，得到ur比=-0.01%，ur相=0.4′。

当|En|≤1 时，比对结果在合理预期范围内，可以接受，DBI 电流互感器检定数据可靠。反之，DBI 电流互感器检定数据不可靠。经计算，得到不同负荷条件下En值如表5 所示，由表5 可得，所有数据均满足|En|≤1，DBI 电流互感器检定数据可靠。

表5 100 A／5 A 比值误差和相位误差归一化偏差值

5 结语

对DBI 电流互感器校验装置进行分析，将校验装置中的标准电流互感器、互感器校验仪、互感器负荷箱3 部分参数配置和溯源方法逐一进行研究，证明装置本身计量特性合格。将校验装置实际应用于DBI 电流互感器检定中，并采用某省级最高标准再次检定同一DBI 电流互感器，采用归一化偏差方式分析两组检定数据，证明DBI 电流互感器检定数据可靠。本次研究为新型DBI 互感器校验装置的配置和应用积累宝贵经验，为今后开展DBI 互感器全性能检测及全检验收工作奠定了良好基础。