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零磁通电流互感器_大型电力变压器短路试验的理想选择

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  • 发布时间:2013/11/18 11:18:28
  • 作者:AnyWay中国

电力变压器短路试验

  电流互感器的应用非常广泛,不同场合对其要求的重点也不相同。本文探讨一种适用于电力变压器短路试验测试的零磁通电流互感器
  电力变压器的短路阻抗在变压器短路时起到限制短路电流的作用,为了避免电力变压器短路时给电网造成过大的冲击,电力变压器的短路阻抗比普通变压器的短路阻抗要大。电力变压器的短路阻抗必须满足相关标准的要求。例如:“GB/T6451-2008油浸式电力变压器的技术参数”规定,31,500kVA的三相三绕组有载调压电力变压器的短路阻抗不得低于23%。
  图1为电力变压器的T型等效电路、近似等效电路及简化等效电路。
电力变压器等效电路
图1 电力变压器等效电路
  短路阻抗由短路电阻和短路电抗构成,短路电阻越大,铜损越大,因此,必须限制短路电阻,这样就只能提高短路电抗。也就是说,相同短路阻抗时,电路电阻越小,就要求短路电抗越大,结果就导致电力变压器短路运行功率因数非常低。大型电力变压器的短路功率因数通常在0.01~0.05之间。
  电力变压器短路试验的功率约等于变压器的铜损,是计算变压器铜损的重要参数,功率测量不准确,变压器的铜损就不准确,变压器的效率计算也就不准确。
  因此,低功率因数下有功功率测量准确度是电力变压器短路试验的重要技术指标。
  电力变压器短路试验通常采用功率表和电压、电流互感器构成的测试系统测量变压器的原边输入功率。
  低功率因数下有功功率测量准确度主要取决于测试系统的角差,而测试系统的角差取决于功率表角差和电压、电流互感器角差。功率因数为0.01时,0.2级电流互感器的角差(10′)将导致功率测量误差高达30%!(详见“不同功率因数下相位误差对功率测量准确度的影响”)
  因此,电力变压器短路试验除了采用低角差功率表之外,还应采用低角差电压互感器和低角差电流互感器。

零磁通电流互感器工作原理

  电磁式互感器的误差包括比差和角差,产生比差和角差的主要原因是一次绕组中的电流有一小部分用于铁芯励磁,这部分电流不会按照变比传递到二次绕组,造成二次绕组与一次绕组的安匝数不相等。用于铁芯励磁的电流成为励磁电流,如果有一种办法,可以让电磁式电流互感器的励磁电流等于零,那么,电流互感器将不存在理论误差,作为工程应用,可以将电磁式电流互感器的比差和角差控制在非常小的范围内。
  本文提出的零磁通电流互感器就是一种这样的低角差电流互感器
  如图2所示,零磁通电流互感器具有四个绕组和两个闭合铁芯,四个绕组分别为一次绕组NP、二次补偿绕组NC、二次测量绕组NS、检测绕组ND。两个铁芯分别为Core1和Core2。
  一次绕组NP和二次测量绕组NS同时绕在Core1和Core2上,补偿绕组NC绕在Core1上,检测绕组ND绕在Core2上。
  检测绕组ND连接高阻抗电压表,绕组电流可以忽略。
  补偿绕组NC连接一个与被测一次电流频率相同的可控交流电压源(自动闭环控制或手动控制均可)。
零磁通电流互感器工作原理
图2 零磁通电流互感器工作原理
  互感器工作时,一次绕组NP在Core1和Core2中均产生磁通,补偿绕组NC只在Core1中产生磁通。
  检测绕组ND只与Core2磁通铰链,并且自身负载阻抗很大,电流可忽略不计,不产生磁通。
  调节补偿绕组NC的电压源,二次测量绕组的电流会发生微小的变化,检测绕组ND输出电动势也会发生变化。当检测绕组ND的电压表读数为时,铁芯Core2中磁通为零。
  由于一次绕组NP和二次测量绕组NS均与铁芯Core2铰链,此时,对于铁芯Core2而言,一次绕组NP和二次测量绕组NS的在Core2中产生的磁通相同,即一次绕组NP和二次测量绕组NS的安匝数相等:
  NP×IP=NS×IS
  零磁通电流互感器的理论误差等于零,不存在比差和角差。之所以称为零磁通电流互感器,就是因为铁芯Core2中的磁通为零,一次绕组NP和二次测量绕组NS的磁通在铁芯Core2中达到了平衡,因此,也可以称为磁平衡式电流互感器
  上述零磁通电流互感器,并非不需要励磁,其励磁电流由补偿绕组NC产生,励磁磁通建立在铁芯Core1中。
  零磁通电流互感器的补偿电压源可采用手动调节或自动调节,补偿绕组的产生的励磁磁场,必须与一次电流频率相同,波形相同。手动调节零磁通电流互感器的电压源通常由另一个互感器连接一次电流获取。自动调节零磁通电流互感器原理与闭环霍尔电流传感器非常相似,不同之处在于前者采用线圈检测零磁通,而后者通过霍尔元件检测零磁通,前者的铁芯为闭合铁芯,受外部磁场的影响小,后者的铁芯为开口铁芯,较容易受外部磁场的影响。

零磁通电流互感器的角差溯源

  就工作原理而言,零磁通电流互感器与闭环霍尔电流传感器较类似,但是,闭环霍尔电流传感器通常不提供角差指标,并且由于标准和规范的缺失,一般只能通过直接比对的方法进行角差溯源,角差溯源的不确定度较大。
  电磁式电流互感器发展历史较长,产品标准和检定规程较完善,角差溯源装置技术成熟,角差溯源标准装置的不确定度较低,相比之下,零磁通电流互感器的可溯源性较强。