电力互感器规程宣贯0712

JJG1021——2007《电力互感器》宣贯材料第1页共36页国网武汉高压研究院王乐仁电话：[phone]电子邮箱：[e-mail]1021—2007《电力互感器》宣贯材料一、编写电力互感器检定规程的必要性安装在电力系统中用于计量和测量的电流、电压互感器，包括电容式电压互感器，过去一直沿用SD109-1983《电能计量装置检验规程》检验。这个规程原则上与JJG313-1983《测量用电流互感器》和JJG314-1983《测量用电压互感器》等效。而测量用互感器检定规程主要用于仪用互感器的实验室检定，对安装在现场的电流、电压互感器检定会遇到的特殊情况，例如环境条件，运行工况，高电压大电流的标准器和电源，检定周期等问题没有进行专门的考虑。随着电力行业体制改革的进行和深入，发电厂和电网，电网和供电公司，供电公司和高压用户之间的电量结算，都通过高压电能计量装置进行。根据《中华人民共和国计量法》，对关系到贸易结算的计量器具必须由计量技术部门进行强制检定。由于高压电流、电压互感器属于安装式设备，大多数情况下只能使用现场检定的方法，同时还要从技术上解决电力互感器在实际运行条件下计量准确度控制的问题。这就使得JJG313《测量用电流互感器》和JJG314《测量用电压互感器》两个规程不能满足电力互感器检定的需要，必须编写新的检定规程。国家高电压计量站在2001年向全国交流电量计量技术委员会提出了编写JJG×××－200×《电力互感器》的项目申请，2002年由国家质量技术监督局批准并把任务下达给国家高电压计量站，2003年在杭州举行的全国电磁计量技术委员会组织的审定会议上原则通过。2007年2月经国家质检总局批准并发布，2007年5月正式在全国施行。二、电力互感器检定规程的适用范围电力互感器在电力系统中起着电气测量，继电保护，载波通讯等作用，作为检定规程，面对的是计量器具，在这些功能中，只能选择起着电气测量作用的电力互感器作为检定对象。保护用电流、电压互感器只起监测作用，不属于计量器具。虽然它们的误差也有要求，但与计量和测量对准确度的要求有很大区别。保护用电流互感器在额定电流下允许误差可达1%，复合误差可达5%，保护用电压互感器在额定电压下允许误差可到1%，运行电压下误差可达3%。因此没有必要把它们纳入到计量检定规程中。但是检定规程的原理和方法仍可用于保护用电力互感器的误差测量。电力系统中的高压电流、电压互感器用于高压用户，电压为6kV～750kV。低压用户主要使用额定电压380V和220V的电力互感器，通常称为低压互感器。低压互感器多安装在室内，体积小，重量轻，可以拆下检验。JJG313《测量用电流互感器》和JJG314《测量用电压互感器》两个规程对低压互感器仍然适用，事实上也一直按这两个规程进行周期检定。因此《电力互感器》检定规程对低于6kV的电力互感器，作了这样的处理：如果它们不移离现场安装位置，则参照本规程检定。如果拆下检定，则可以按JJG313《测量用电流互感器》和JJG314《测量用电压互感器》两个规程检定。低压互感器一般工作电流不超过600A，计算表明返回母线对误差的影响不会超过0.05%。低压电能的计量准确度要求不高，通常只有1级，对于0.5级的电流互感器其影响在允许范围内。两规程比较，测量用互感器规程的检定内容比较简单，对互感器的运行变差没有要求，也不考核其运行变差。因此按从简原则，作为仪用互感器检定比较合适。用于发电机出口的母线型电流互感器，额定电压有可能低于6kV，由于一次电流大，返回母线对这种电流互感器的影响不能忽略，有可能检定时合格但在现场使用时受环境磁场干扰产生比较大的附加误差，因此不宜作为低压互感器处理，应按电力互感器规程检定。事实上这种电流互感器是安装式的，只适宜现场检定。其它用途的低压互感器如果JJG1021——2007《电力互感器》宣贯材料第2页共36页国网武汉高压研究院王乐仁电话：[phone]电子邮箱：[e-mail]也存在运行工况影响大的情况，有关部门也可以根据电力互感器检定规程按电力互感器检定，因为规程并没有说低于6kV的互感器不适合拆下检定。规程在这一点是有弹性的。组合互感器是共用一个绝缘套管的电流、电压互感器组合装置，两台互感器在电气功能上彼此独立的，因此可以分别按电流和电压互感器检定。三相组合互感器也称为高压电力计量箱，通常是二台电流互感器和两台电压互感器共用一个箱体或树脂浇注模具，各台的功能仍然相对独立，可以分别地逐台检定。电力互感器检定规程适用于现场检定，也适用于高压电力互感器安装前的检定，不管这个检定在现场或是实验室进行。因为规程并没有对已安装和待安装加以限制。要注意到，电力互感器的出厂试验和型式试验与检定规程并不完全一致。特别在电压互感器的检定点和互感器绝缘试验项目上有较大区别，因此不能用检定代替出厂试验。电力互感器对应着按GB1207《电压互感器》、GB1208《电流互感器》、GB/T4703《电容式电压互感器》、GB17201《组合互感器》、JB/T10432《三相组合互感器》、JB/T10433《三相电压互感器》生产的互感器。在这些标准中，用于测量与计量的互感器准确度从0.1级到1级。事实上欧美工业国家的互感器检定规程也主要针对上述准确度等级的互感器。因为检定规程是政府强制实施的，只有与社会生产与人民生活紧密相关的计量器具才会颁布检定规程，其它标准装置则通过技术监督手段管理。三、电力互感器在实际使用中的误差JJG313和JJG314两个检定规程对于互感器在使用中的允许误差没有具体规定。原因是这两个规程的原型是仪用互感器检定规程，仪用互感器的使用条件属于实验室条件，运行工况按仪器仪表要求，因此不规定运行变差也不会发生使用上失准的问题。但是电力互感器就不同了，电力系统中的互感器，很多安装在户外，环境温度、湿度、日照等气候条件都相当严酷。电力互感器电气运行条件也很复杂，例如当断路器开断短路电流时，电流互感器铁芯将出现剩磁，剩磁在正常运行电流下能长时间保持。互感器周边的电气设备和构架产生邻近效应影响互感器的误差。有的误差是可以控制的，如温度、湿度引起的误差。但有的是难以控制的，如电网频率的变化、开关的操作，安装在互感器附近的大电流母线等。1电流导体对电流互感器误差的影响电流导体可以在邻近的电流互感器和电压互感器铁芯上产生磁场。电力互感器准确度等级最高只有0.1级，大多数铁磁材料在运行磁密下（0.01T～1.5T）的磁导率变化陡度并不是很大，磁密略有变化对误差不会产生实质性影响。因此只要外磁场对铁芯内磁场的扰动不明显，例如使铁芯磁路两侧磁通的变化只有10%，互感器的误差可认为基本不变。但是如果外磁场使铁芯磁路两侧磁通差别超过30%，则误差的变化就会明显。特别是如果一侧磁通增加到接近饱和磁密状态，误差就会失去控制，甚至使互感器绕组过热损坏。电流导体的影响有两种情况，一种是穿心母线偏离铁芯轴线，一种是返回导体与互感器铁芯过于靠近。1）偏心母线产生的不均匀磁场图1是一种母线型大电流互感器，一次电流导体一匝穿心，由于铁芯直径比较大，又没有紧固在线圈上的一次电流导体，实际穿过的电流导体容易偏离环形铁芯中心。偏心母线对铁芯磁场分布的影响可以用电流镜像法进行计算。计算偏心母线对大电流互感器误差的影响的数学模型如图2所示。实际的磁场是三维的，为了便于计算，把它近似作二维磁场分析，并取铁芯的内圆周半径为r，外圆周半径为R,一次导图1母线电流互感器25000A/5AJJG1021——2007《电力互感器》宣贯材料第3页共36页国网武汉高压研究院王乐仁电话：[phone]电子邮箱：[e-mail]体与圆心相距d（dr）。如果用一条从原点过X轴坐标为r的点的线段使圆内区域有一条割缝，则根据电磁学理论，在这个有割缝的圆域，磁场分布满足磁位的拉普拉斯方程02。是一个调和场。我们可以用复变函数的保角变换方法把这个场域变成矩形场域求解。下面我们回顾一下用复变函数保角变换求解二维拉普拉斯方程的方法。复变函数指的是形状为),(),(),(yxivyxuyxw的复函数，如果实部u和虚部v满足柯西－黎曼条件：yvxu，xvyu，则复函数w称为解析函数。解析函数的特点是它的实部和虚部函数的曲线族相互正交，恰好构成静电场的电位线和电力线，或静磁场的磁位线和磁力线。这一性质可证明如下：平面曲线Cyxu),(的切线斜率为yuxudxdy/，平面曲线'),(Cyxv的切线斜率为yvxvdxdy/。其乘积为)/(yvyuxvxu＝－1，导出上式使用了柯西－黎曼条件。把复平面z上的曲线L通过变换)(zfw映射成复平面w上的曲线L’时，曲线的线度发生伸缩，方向发生旋转。在曲线上的一点，线度变化为dzdw，旋转角为argdzdw。这样，我们可以利用保角变换，把需要求解的场域映射成有已知解的场域，求出场的解。然后计算原场域内所求的相关点在变换过程中发生的尺度上的伸缩量和角度上的旋转量，把求出的解换算到原场域。对数变换zwln1把圆内区域变换为复平面w上由实轴、与实轴平行直线v=2πi以及线段（lnr,0）,(lnr,2πi)围成的带状区间的左半部分，把圆环内部变换为复平面w上由实轴、与实轴平行直线v=2πi、直线ruln和Ruln所围矩形区域，实轴上的点dz则被变换为复平面w实轴上的点duln。由于复变函数的周期性，求解时可以把主值区域以2为周期沿上下方延拓，如图3所示。经过变换后，可以把圆环问题的求解变成对图2偏心大电流母线在铁芯中的位置图3从圆域到矩形域的变换JJG1021——2007《电力互感器》宣贯材料第4页共36页国网武汉高压研究院王乐仁电话：[phone]电子邮箱：[e-mail]铁板问题求解。对铁板问题求解可以用我们熟悉的镜象电流法。求解区间为直线v=0,、v=2πi以及直线u=lnr、u=lnR围成的矩形区间，它对应着园环内部。放置在实轴位于（lnd，0）上的电流I1对铁板的镜象电流沿实轴分布，位于左半平面的镜象电流大小为0102I，200010)(2I，…，NI200010)(2，…。位置为lnd,(lnd+2lnr－2lnR),(lnd+4lnr－4lnR),…，(lnd+2Nlnr－2NlnR)，…。位于右半平面的镜象电流大小为000102I，300010)(2I，…，1200010)(2NI，…。位置为(2lnR－lnd),(4lnR－2lnr－lnd)，…，(2NlnR－2（N-1）lnr－lnd)，…。N=0、1、2、…。圆环外的镜象电流与圆环内的镜象电流有相反方向。放置在（lnd,2πi）上的电流I1对铁板的镜象电流沿直线v=2πi分布，其大小和分布与实轴上的情况相同。现在我们再用反变换12wew把矩形域变回圆环域，镜象电流也变成实轴上的点。在圆环内部，镜象电流的坐标为：d,22Rdr,44Rdr,…，NNRdr22，…。在圆环外部，镜象电流的坐标为：dR2，24drR，…，NNdrR222，…。由于实轴上的镜象电流与直线v=2πi上的镜象电流在变换后叠加，原有镜象电流数值加倍。圆环铁芯内部的磁场就是这些镜象电流在填充了铁磁媒质的空间中在圆环区域产生的磁场，如图4所示。在圆环内部极坐标为),(的圆周上，由圆环内电流产生的磁场切向分量为：cos2cos22201nnnnnlllIH图4从矩形域到圆域的反变换JJG1021——2007《电力互感器》宣贯材料第5页共36页国网武汉高压研究院王乐仁电话：[phone]电子邮箱：[e-mail]式中：nnII200004