零磁通電流互感器_大型電力變壓器短路試驗(yàn)的理想選擇
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- 發(fā)布時(shí)間：2013/11/18 11:18:28
- 作者：AnyWay中國(guó)
一電力變壓器短路試驗(yàn)
電流互感器的應(yīng)用非常廣泛，不同場(chǎng)合對(duì)其要求的重點(diǎn)也不相同。本文探討一種適用于電力變壓器短路試驗(yàn)測(cè)試的零磁通電流互感器。
電力變壓器的短路阻抗在變壓器短路時(shí)起到限制短路電流的作用，為了避免電力變壓器短路時(shí)給電網(wǎng)造成過(guò)大的沖擊，電力變壓器的短路阻抗比普通變壓器的短路阻抗要大。電力變壓器的短路阻抗必須滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。例如：“GB/T6451-2008油浸式電力變壓器的技術(shù)參數(shù)”規(guī)定，31,500kVA的三相三繞組有載調(diào)壓電力變壓器的短路阻抗不得低于23%。
圖1為電力變壓器的T型等效電路、近似等效電路及簡(jiǎn)化等效電路。
圖1 電力變壓器等效電路
短路阻抗由短路電阻和短路電抗構(gòu)成，短路電阻越大，銅損越大，因此，必須限制短路電阻，這樣就只能提高短路電抗。也就是說(shuō)，相同短路阻抗時(shí)，電路電阻越小，就要求短路電抗越大，結(jié)果就導(dǎo)致電力變壓器短路運(yùn)行功率因數(shù)非常低。大型電力變壓器的短路功率因數(shù)通常在0.01～0.05之間。
電力變壓器短路試驗(yàn)的功率約等于變壓器的銅損，是計(jì)算變壓器銅損的重要參數(shù)，功率測(cè)量不準(zhǔn)確，變壓器的銅損就不準(zhǔn)確，變壓器的效率計(jì)算也就不準(zhǔn)確。
因此，低功率因數(shù)下有功功率測(cè)量準(zhǔn)確度是電力變壓器短路試驗(yàn)的重要技術(shù)指標(biāo)。
電力變壓器短路試驗(yàn)通常采用功率表和電壓、電流互感器構(gòu)成的測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量變壓器的原邊輸入功率。
低功率因數(shù)下有功功率測(cè)量準(zhǔn)確度主要取決于測(cè)試系統(tǒng)的
角差，而測(cè)試系統(tǒng)的角差取決于
功率表角差和電壓、電流
互感器角差。功率因數(shù)為0.01時(shí)，0.2級(jí)電流互感器的角差（10′）將導(dǎo)致功率測(cè)量誤差高達(dá)30%?。ㄔ斠?jiàn)“
不同功率因數(shù)下相位誤差對(duì)功率測(cè)量準(zhǔn)確度的影響”）
因此，電力變壓器短路試驗(yàn)除了采用低角差功率表之外，還應(yīng)采用低角差電壓互感器和低角差電流互感器。
二零磁通電流互感器工作原理
電磁式互感器的誤差包括比差和角差，產(chǎn)生比差和角差的主要原因是一次繞組中的電流有一小部分用于鐵芯勵(lì)磁，這部分電流不會(huì)按照變比傳遞到二次繞組，造成二次繞組與一次繞組的安匝數(shù)不相等。用于鐵芯勵(lì)磁的電流成為勵(lì)磁電流，如果有一種辦法，可以讓電磁式電流互感器的勵(lì)磁電流等于零，那么，電流互感器將不存在理論誤差，作為工程應(yīng)用，可以將電磁式電流互感器的比差和角差控制在非常小的范圍內(nèi)。
本文提出的零磁通電流互感器就是一種這樣的低角差電流互感器。
如圖2所示，零磁通電流互感器具有四個(gè)繞組和兩個(gè)閉合鐵芯，四個(gè)繞組分別為一次繞組NP、二次補(bǔ)償繞組NC、二次測(cè)量繞組NS、檢測(cè)繞組ND。兩個(gè)鐵芯分別為Core1和Core2。
一次繞組NP和二次測(cè)量繞組NS同時(shí)繞在Core1和Core2上，補(bǔ)償繞組NC繞在Core1上，檢測(cè)繞組ND繞在Core2上。
檢測(cè)繞組ND連接高阻抗電壓表，繞組電流可以忽略。
補(bǔ)償繞組NC連接一個(gè)與被測(cè)一次電流頻率相同的可控交流電壓源（自動(dòng)閉環(huán)控制或手動(dòng)控制均可）。
圖2 零磁通電流互感器工作原理
互感器工作時(shí)，一次繞組NP在Core1和Core2中均產(chǎn)生磁通，補(bǔ)償繞組NC只在Core1中產(chǎn)生磁通。
檢測(cè)繞組ND只與Core2磁通鉸鏈，并且自身負(fù)載阻抗很大，電流可忽略不計(jì)，不產(chǎn)生磁通。
調(diào)節(jié)補(bǔ)償繞組NC的電壓源，二次測(cè)量繞組的電流會(huì)發(fā)生微小的變化，檢測(cè)繞組ND輸出電動(dòng)勢(shì)也會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)檢測(cè)繞組ND的電壓表讀數(shù)為時(shí)，鐵芯Core2中磁通為零。
由于一次繞組NP和二次測(cè)量繞組NS均與鐵芯Core2鉸鏈，此時(shí)，對(duì)于鐵芯Core2而言，一次繞組NP和二次測(cè)量繞組NS的在Core2中產(chǎn)生的磁通相同，即一次繞組NP和二次測(cè)量繞組NS的安匝數(shù)相等：
NP×IP=NS×IS。
零磁通電流互感器的理論誤差等于零，不存在比差和角差。之所以稱為零磁通電流互感器，就是因?yàn)殍F芯Core2中的磁通為零，一次繞組NP和二次測(cè)量繞組NS的磁通在鐵芯Core2中達(dá)到了平衡，因此，也可以稱為磁平衡式電流互感器。
上述零磁通電流互感器，并非不需要?jiǎng)?lì)磁，其勵(lì)磁電流由補(bǔ)償繞組NC產(chǎn)生，勵(lì)磁磁通建立在鐵芯Core1中。
零磁通電流互感器的補(bǔ)償電壓源可采用手動(dòng)調(diào)節(jié)或自動(dòng)調(diào)節(jié)，補(bǔ)償繞組的產(chǎn)生的勵(lì)磁磁場(chǎng)，必須與一次電流頻率相同，波形相同。手動(dòng)調(diào)節(jié)零磁通電流互感器的電壓源通常由另一個(gè)互感器連接一次電流獲取。自動(dòng)調(diào)節(jié)零磁通電流互感器原理與閉環(huán)霍爾電流傳感器非常相似，不同之處在于前者采用線圈檢測(cè)零磁通，而后者通過(guò)霍爾元件檢測(cè)零磁通，前者的鐵芯為閉合鐵芯，受外部磁場(chǎng)的影響小，后者的鐵芯為開(kāi)口鐵芯，較容易受外部磁場(chǎng)的影響。
三零磁通電流互感器的角差溯源
就工作原理而言，零磁通電流互感器與閉環(huán)霍爾電流傳感器較類似，但是，閉環(huán)霍爾電流傳感器通常不提供角差指標(biāo)，并且由于標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的缺失，一般只能通過(guò)直接比對(duì)的方法進(jìn)行角差溯源，角差溯源的不確定度較大。
電磁式電流互感器發(fā)展歷史較長(zhǎng)，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和檢定規(guī)程較完善，角差溯源裝置技術(shù)成熟，角差溯源標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度較低，相比之下，零磁通電流互感器的可溯源性較強(qiáng)。
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