电流互感器伏安特性测试方法的研究(1)

摘要： 依据电力系统电压等级不断提高的工程背景下，采用变频测量保护用电流互感器伏安特性的方法，为电流互感器的现场检验提供了可能。通过研究铁心磁化过程的功率损耗，进而得出激磁频率与功率损耗的内在关系。针对涡流损耗和额外损耗对测量结果的影响，提出了伏安特性变频测量的损耗补偿方法，即在“频率比折算”的前提下，再进行损耗的补偿修正。研究结果表明，改进后的变频测试方法与直接在工频下测得伏安特性具有较高的一致性。

0 引言

保护用电流互感器是继电保护的主要设备之一，其性能优越直接影响电力系统的安全运行。电流互感器产品运行性能主要取决于它的励磁特性，因此，在出厂或运行投运期间，必须对其励磁特性进行检测[1]。在工程应用中，保护用电流互感器励磁特性通常采用伏安特性来表征，所以，电流互感器伏安特性测试是生产厂家、用户必须做的例行检测之一。伏安特性测试常规方法是在工频下进行测量，该方法的不足是测试电源容量大、体积重，对于伏安特性电压值高达2 万伏以上高安匝数的保护用电流互感器以及有暂态保护用的TPY 级电流互感器，工频下电源测试将致使互感器线圈绝缘击穿损坏; 随着互感器电压和电流等级的不断提高，工频法的局限性越显突出。

采用变频技术，可以有效地解决上述问题。变频技术就是根据电流互感器励磁饱和电压的不同，调节输出频率，从而能够在较低频率下测得饱和电压较高的保护用电流互感器伏安特性[2]。这种变频法测量电流互感器伏安特性已被纳入国标规定中，很多学者也已通过试验研究证明了该方法的可行性[3-9]。但是，在低频下的实验结果与工频下直接测得的实验结果仍然存在着一定的差异，为了使低频测量方法能够完全替代工频测量法， 笔者提出了1种损耗补偿方法使得低频下与工频下测得的结果有较高的一致性。

1 变频测量的试验方法及存在的问题

JB/T 5356—2002 《电流互感器试验导则》[10-11]：电流互感器伏安特性试验方法是在互感器一次绕组开路的情况下，在二次绕组上施加实际正弦波交流电压，测量相应的励磁电流，试验可以在降低的频率下进行， 避免二次绕组承受不能容许的电压。电流互感器伏安特性试验接线图见图1。

试验频率f′下实测电压的方均根值U′与额定频率f 下的等效电压方均根值U 的关系为

U= f/f′ ×U′ (1)

因此，对于拐点电压较高的电流互感器，可使用低频电压对电流互感器进行试验。在低频下试验时，将测得的电压值按照式(1)转化为额定频率下的电压值即可。

但是这种简单的利用“频率比折算”，将低频测得结果替代工频下的测试结果的方法，忽略了很多因素。其中，铁心磁化过程的功率损耗是影响变频测量法准确度的主要因素。功率损耗包括磁滞损耗、涡流损耗、额外损耗[12]。

1)磁滞损耗。磁滞损耗归因于在交变磁场下，铁磁体存在不可逆的磁化过程，使磁感应强度落后于磁场强度的变化，即产生磁滞效应。所谓磁滞损耗是指在不可逆跃变的动态磁化过程中，克服各种阻尼作用所损耗的外磁场供给的一部分能量。

2)涡流损耗。涡流损耗的定义是：当穿过铁心的磁通随时间变化时，铁心中产生感应电势，从而产生电流，这些环流在铁心内绕磁通做旋状流动成为涡流，涡流在铁心中引起损耗称为涡流损耗。涡流的存在，对铁心磁通回路产生的影响。