高压电流互感器泄漏电流测量及消除方法分析

2020-11-29

科技与创新 2020年11期

（国网吉林省电力有限公司吉林省电力科学研究院，吉林长春 130000）

电力运行安全是关系着人们日常生活和国民经济发展的重要问题，为了保证电力安全，有时需要对高压电流进行泄漏电流方面的测量。然而，在当前的高压电流测量设备中，均存在着电流测量结果误差较大的问题，但也有比较优秀的测量装置，例如零泄漏电流高压电能标准装置，在一定程度上具有较高的准确性。

1 电流泄漏的发生原理

电流互感器把一次高电压与大电流依据一定的比例转换为二次标准信号，通过这种方式，可以求得电能量的数值。电流互感器的制造工艺是把一次绕组和二次绕组先进行绝缘处理，然后在同一个磁芯上均匀地缠绕绝缘的一次绕组和二次绕组。利用该种方法计算电能量，漏电抗和分布电容的问题就无法规避，在这种情况下就会发生电流泄漏，而且产生的泄漏电流会对互感器校验仪的测量回路起到叠加作用，使附加误差呈现，导致测量结果失去准确性。

2 电流互感器的工作原理

电流互感器通过把交流电路里流动的大电流转换为小电流的方式，来实现泄漏电流测量和提供继电保护。因为在电力运营，例如变电、配电、发电或者输电的过程中，所使用的用电设备存在一定的差异，所以电流的强度也各不相同，有的电流强度可能低至几十安培，有的电流强度可能高达几万安培。

在电力工程维护中，经常需要使用电流传感器监控和测量电路中的电压，避免因为高压和高电流而引起安全事故。例如钳形表中的钳，就是一种穿心式的电流互感器。电磁感应原理是电流互感器的应用原理，电流互感器在工作时，其状态类似于电流短路。电流互感器的保护回路的串联线圈以及测量仪表的阻抗比较小，这是因为电流互感器有2 条回路，而且这2 条回路一直处于闭合状态。在电流互感器状态正常下，时常会出现所有电流流过一次绕组的情况[1]。

理论上，在应用电流互感器时，假设空载电流I0=0，则总磁动势I0N0=0，依照能量守恒定律进行运算，二次绕组磁动势和一次绕组磁动势数值相同，则I1NI=-I2N2，即电流互感器的电流和电流传感器的匝数成反比，电流互感器的电流比就是一次电流和二次电流的比值，即I1/I2。如果能够测算出二次电流，利用该电流比就可以求出一次电流的强度，在此种情况下，二次电流的相量与一次电流的相量之间的差值是1 800。

3 高压电流泄漏测量及消除方法研究现状

在过去，电流泄漏测量会使用配电网中一些常见的电能测量元件，例如高压电能计量设备，该设备可对电能进行高压状态下的测量，然后结合相关理论计算电能的综合误差。这种传统的测量方式不能从整体上准确地对高压电能计量设备进行标定。

对于相关问题，许多同行业研究人员取得了一些研究成果，例如以标准互感器和电能表的计量标准为依据，搭设高压电能计量装置整体校验台，通过校验台来校验测量结果而且能够做出相应的效果评估。当前的高压电流泄漏测量研究大多着眼于避雷器的研究。国外在提升电流互感器方面也取得了一些成果，例如对泄漏电流影响电流互感器之后造成的误差特性进行总结和研究，提出应该模拟实际运行情况，并在这种模拟实验中检测电流互感器的误差。然而，该项研究对测量高压电能标准装置里的标准电流互感器泄漏电流、消除泄漏电流的技术方面并没有实际的深入研究。

4 使用零泄漏电流高压电能标准装置的必要性

4.1 提高测量准确度，减少误差

与以往的高压泄漏电流测量装置相比，零泄漏电流高压电能标准装置对泄漏电流测量的准确度得到很大的提升，在很大程度上减小了测量的误差。在以往的测量手段中，泄漏电流对标准电流互感器会产生一定的影响，使标准电流互感器测量得到的结果准确度降低；而零泄漏电流高压电能标准装置成功解决了这一问题。

4.2 创新了泄漏电流的消除方法

在过去，当高压电流发生电流泄漏的情况时，技术工人并没有行之有效的方法消除掉泄漏电流，这就给高压电路的使用安全带来了负面影响，埋下安全隐患。经过艰难探索和反复试验，零泄漏电流高压电能标准装置找到了消除泄漏电流的方法，使这一问题不再影响高压电路的运行。

5 电流互感器泄漏电流的测量方法

根据泄漏电流的测量数据可以了解到电流互感器的绝缘效果和屏蔽水平，从而为电流互感器的制造工艺方面提供一些建议，以提升电流互感器的质量，提高电流互感器的使用效果。

关于泄漏电流测量方面有一些常见的方法，方法之一就是以屏蔽双绞线作为测试线，并且使用高精度毫伏测试电压表作为测试电压表。这种测试方法的优点在于测量所用的仪器设备简单，测量方法也比较容易掌握；但也有一定的缺点，即强磁场极易干扰高精度毫伏表，影响其测量结果的准确性，而且双绞线对干扰因素的屏蔽效果也无法令人满意。此外，使用该种测量方法，无法对相量关系进行相应的研究和分析，只能得到泄漏电流的模。针对这一问题，可以采用手动型互感器校验仪测量电流互感器的泄漏电流，对于0.01级或者高于0.01 级的准确度等级的电压电流互感器和比例标准进行检定，而且电纳和电导的分辨率比较高。经过一系列的运算，可以得出所需要的标准电压互感器的额定变比。利用该种方式测量泄漏电流，可以测量出电流互感器泄漏电流正交分量和电流互感器泄漏电流同相分量，然后通过测量了解电流互感器的绝缘状态和屏蔽情况[2]。

6 零泄漏电流高压电流互感器测量和消除方法

根据众多实验的研究结果可知，标准电流互感器在运行时一定会产生泄漏电流。零泄漏电流高压电能装置包括两个电压区间，一个是低压区间，一个是高压区间，还需要双二次绕组双级电压互感器PTG和模数转换AD 以及中央处理器，还有通信模块、后台计算机以及必备的电源装置以及标准电流互感器等，这些部分构成了零泄漏电流高压电流互感器。零泄漏电流高压电流互感器在进行测量工作时，先等待电压电流在高压区间完成采样，根据采样得出电能数据；把电流互感器二次、中央处理器、AD 采样单元和通信模块的公共端以及直流电源等，与一次高电压进行等电势处理，消除一次绕组与二次绕组之间的电压差，就可以消除掉电流互感器的泄漏电流。低压区间负责进行电能量脉冲输出和显示，是显示零电位状态的模块。低压区间和高压区间通过无线或光纤与计算机相连，通过这种方式使零电位数据传输和高电压之间不再隔离。零泄漏电流高压电能装置计算电能时，需要在高压电位状态下，对单相电流和电压进行采样，如果想构建三相高压电能标准装置，只需要使用三个单相装置。采用时间同步的方法，零泄漏电流高压电能装置可以单独监测电流互感器和电压互感器。使用零泄漏电流高压电能装置测量泄漏电流，不仅能够降低制造装置方面的经济成本，而且还可以使测量设备的重量减轻，优化后的测量设备仅为原来设备质量的15%左右，这是因为标准电流互感器无需高压绝缘，更加智能和高效。在零泄漏电流高压电能装置中，高压部分的双级电压互感器PTG和电能计算单元、标准电流互感器处于装置龙门架顶上，在龙门架下，使用低压部门和环氧树脂实现隔离效果。装置中还设计了误差计算单元以及低压程控电源，并且采用光纤来隔离高低压区间。根据相关装置的使用情况进行相关实验，可以了解到泄漏电流影响电流互感器的方式。实验结果表明，20%额定电流以下的电流互感器测量误差是泄漏电流的主要影响对象，而且表现出方向性的影响效果。零泄漏电流高压电能装置解决了标准电流互感器准确性受到泄漏电流影响的问题，是这一领域的一项突破性技术研究成果[3]。