强磁场对电子式互感器与传统式互感器计量性能的影响

唐志涛袁卓浩泽袁李金瑾袁韦杏秋袁龙

东

渊广西电网有限责任公司电力科学研究院袁南宁530023冤

摘要院磁场环境变化对线圈类电子式互感器及传统互感器的计量准确度均有一定的影响遥通过理论分析研究不同电磁干扰下袁磁场的平行分量尧垂直分量对互感器输出计量准确度的影响袁利用所研制的电子式互感器与传统互感器计量特性定量对比测试平台袁分析其在电量累计过程中的差异袁并在50A/m尧1000A/m电磁干扰下实时测量电子式电流尧电压互感器比值差尧角度差遥试验结果表明袁电子式互感器和传统式互感器计量性能基本不受强磁场的干扰遥

关键词院强磁场曰电子式互感器曰传统式互感器曰计量性能

EffectofStrongMagneticFieldonMeteringPerformanceof

ElectronicandTraditionalTransformers

渊ElectricPowerResearchInstitute,GuangxiPowerGridCo.,Ltd,Nanning530023,China冤

粤遭泽贼则葬糟贼院Thevariationofmagneticfieldhascertaininfluenceonthemeteringaccuracyofboththecoil鄄typeelec鄄

TANGZhitao,ZHUOHaoze,LIJinjin,WEIXingqiu,LONGDong

tronictransformerandthetraditionaltransformer.Inthispaper,throughtheoreticalanalysis,theinfluencesofparallelandverticalcomponentsonthemeteringaccuracyoftransformeroutputwerestudiedunderdifferentelectromagneticin鄄terferences.Basedonthedevelopedquantitativecontrasttestplatform,whichwasusedtomeasurethemeteringcharac鄄Inaddition,undertheelectromagneticinterferencesof50and1000A/m,theratioandangledifferencesoftheelec鄄troniccurrentandelectronicvoltagetransformersweremeasuredinrealtime.Experimentalresultsshowthatthemeter鄄ingperformancesoftheelectronicandtraditionaltransformerswerebasicallynotaffectedbythestrongmagneticfield.

Keywords:strongmagneticfield;electronictransformer;traditionaltransformer;meteringperformance

teristicsoftheelectronicandtraditionaltransformers,thedifferenceintheaccumulatedelectricalenergywasanalyzed.

近年来袁在大力推进坚强智能电网建设的背景下袁电子式互感器由于在绝缘结构简单尧体积小尧质量轻尧输出数字信号等优点袁被广泛应用到智能化变电站中遥广西电网建设的35kV尧110kV及220kV电压等级的数字化变电站使用了大量的电子式互感器遥从运行情况看袁其在可靠性和稳定性上与

收稿日期院2017鄄06鄄05曰修回日期院2019鄄02鄄01

基金项目院广西电网有限责任公司科技资助项目渊GXKJXM2ProjectSupportedbyGuangxiPowerGridCo.,Ltd渊GXKJXM20151015冤

传统互感器存有差异遥与传统互感器相比袁由于电子式互感器输出信号可以直接接入数字化设备中袁而现场的电磁环境尧温度尧振动等因素易引起采集器尧合并单元等数字设备的不稳定[1鄄3]袁造成互感器误差超差遥

针对以上环境因素影响袁本文着重研究在强磁场干扰环境下线圈类电子式电流尧电压互感器与传统电磁式电流尧电压互感器计量特性的差异性袁并利用所构建的电子式互感器与传统互感器的计量对比测试平台袁分析其电量累计尧互感器比值差和角度差的差异袁从而验证电子式互感器与传统互感

0151015冤

第5期唐志涛袁等院强磁场对电子式互感器与传统式互感器计量性能的影响147

器在现场运行中计量性能受强磁场强度的影响遥

1比对测试平台框架

对比测试平台框架由标准电压互感器和标准电能表尧传统互感器和传统电能表尧电子式互感器和数字式电能表构成遥参数设置模块主要对检测设备的型号尧被试互感器的变比尧二次负荷尧电能表的常数尧通讯接口进行设置遥数据采集模块直接采集互感器二次输出的信号袁利用数据分析模块实时比对分析比对不同电磁环境下互感器的误差数据遥采集模块同时将采集的标准电能表尧传统电能表和数字式电能表的电能量数据传给数据分析模块进行电能量实时比对分析袁从侧面分析验证互感器计量准确度受强磁场干扰的影响关系袁比对测试平台框架如图1所示遥

参置数模块

设输出模块

标准互感器标准电能表数据数据数传统互感器传统电能表采集分据模析管模理电子式互感器

数字式电能表

块

块模块

图1比对测试平台框架

Fig.1Architectureofcontrasttestplatform

所研制的测试平台袁工频最大干扰磁场强度为1范围0000A/m耀400袁最小A/m干袁调节扰磁细场度达强度到为150A/mA/m袁交流袁磁场磁调节场稳定度0.05%袁磁场精度为20A/m袁试验时可实时记录电子式电流互感器和传统电流互感器计量误差数据遥

2比对测试原理及试验方法

2.1互感器准确度与强磁场变化关系

目前袁常用的电子式电流互感器主要有光学电流互感器尧低功耗电流互感器和罗氏线圈电流互感器袁结合广西电网实际情况袁仅研究线圈类电子式电流互感器袁即低功耗电流互感器和罗氏线圈电流互感器遥

外界干扰强磁场B分解为与线圈垂直的B1分量和与线圈平行的B2分量袁如图2所示遥本文主要研究两种不同干扰分量下袁强磁场对电子式电流尧电压与传统式互感器输出精度的影响袁从而明确如何削弱强磁场对电子式互感器尧传统式互感器输出精度的影响遥

BB1B2图2强磁场向量分解

Fig.2Vectordecompositioninstrongmagneticfield

2.2平衡磁场分量影响研究

干扰磁场的平衡分量与被测电流i产生的磁场在同一平面袁假设线圈外有一与被测电流i平行的电流i',i'与i的距离为L袁i'产生的磁场H'是一平行分量干扰磁场袁如图3所示遥若线圈各处n和s均匀袁则i'引起的线圈感应电势为

e'渊t冤=-dd渍t'=-ddt滋0

snH'dl=

l

矣-ddt蓸滋0snl

蔀=0

渊1冤

式中院s为线圈截面积曰矣H'dln为线圈单位长度上匝数曰滋0

为真空磁导率遥

式渊1冤表明袁n和s均匀时平行分量干扰磁场H'对线圈输出无影响遥若n和s不均匀时袁则

e'渊t冤=-dd渍t'渊滋0矣snH'cos酌dl冤=

l

-cos2滋仔0d渊琢+arctandit'乙2仔

0

sn渊L2+r2-2Lrcos琢-1/2冤窑

Lr-rsincos琢琢冤rd琢

渊2冤

式中袁r为圆环半径遥

为便于分析袁假设院s均匀袁n不均匀袁n表示为n=n0<琢<琢'则有

嗓0

琢'臆琢臆2仔

渊0<琢'臆2仔冤渊3冤

148

电

源n酌H'rr'i琢Li'

图3干扰磁场平行分量的影响Fig.3Influenceofparallelcomponentsofinterference

magneticfield

e'渊t冤=-滋0乙琢'0

渊L2

+r2

-2Lrcos琢冤-1/2

窑

cos2snr渊仔d琢+arctandit'Lr-rsincos琢琢冤rd琢

渊4冤

可见袁e'渊t冤与n的不均匀程度袁即与琢'有关遥假设n=2000m-1

袁s=3.75伊10-4

m2

0.8m袁i'=i=600姨2袁r=0.2m袁L=

得e'渊t冤的有效值E'与sin琢渊'314的关t冤袁系利袁结果用数如值图计4算所示法可遥

若n不均匀袁则平行分量干扰磁场H'产生的感应电势e'渊t冤屹0袁e'渊t冤叠加在被测电流i产生的感应电势e渊t冤上袁从而影响互感器输出的精度遥计算得袁若琢'=47仔/24袁则E'=1.225mV袁而被测电流i产生的感应电动势e渊t冤的有效值为E=173.3mV袁i'引起的误差约为0.7%遥

同理袁若n均匀袁s不均匀袁平行分量干扰磁场同样影响互感器的输出精度遥

84-40

-8012

琢3'/rad

4567

图4E'与琢'的关系曲线

Fig.4CurveofE'vs琢'

2.3垂直磁场分量的影响研究

干扰磁场的垂直分量与被测电流i产生的磁场垂直袁与每一匝空心线圈平行袁而穿过每一匝线圈的磁通为0袁不会产生相应的感应电动势遥但干扰磁场垂直分量垂直穿过空心线圈所围半径为r的大圆环时袁会在线圈的输出端产生感应电动势袁从而影响互感器的输出精度遥

假设线圈外有一个与被测电流i垂直的电流

学报

总第85期

i'袁i'与i的距离为L袁如图5所示遥i'产生的磁场H'是一垂直分量干扰磁场袁则i'产生的感应电势e'渊t冤为

e'渊t冤=-dd准t'=-乙ddt蓸滋H'dA

A

=

-滋r

蓦0蔀-r

L1-r姨r2-x2dx渊5冤

式中院e'渊t冤与仔0d干扰dit'磁场穿过线圈的面积A成正比遥

设r=0.2m袁L=2m袁i'=i=600姨2sin渊314t冤计算可得e'渊t冤=-23.7姨2sin渊314t冤mV袁e'渊t冤叠加在被测电流

i产生的感应电动势e渊t冤上袁产生的误差超过1%遥

通过以上分析可知袁干扰磁场的平行分量与垂直分量对互感器输出精度均有影响袁误差均大于0.2%遥

Li'

Ar

i

xe'渊t冤+e渊t冤dx

图5干扰磁场垂直分量的影响

Fig.5Influenceofverticalcomponentsofinterference

magneticfield

3减少强磁场影响的措施

为使互感器在强磁场干扰下仍满足0.2级要求袁必须采取适当措施以减小或消除外界干扰磁场和环境温度变化对互感器的影响遥

述分析表明渊1冤使线干圈扰匝磁数场密平度行分n和量和一截面积次s保持导体均位匀置遥变上

动对互感器的影响均是由于线圈的n和s不均匀遥绕制线圈时尽量保证线圈的n和s均匀袁可消除或有效地减小干扰磁场平行分量和一次导体位置变动对互感器的影响遥

线遥干渊2扰冤在磁骨场架垂中心直分绕量制分析表明1圈与线对圈互走感向器的相影反响的与回干扰磁场穿过线圈的面积成正比袁因此在骨架中心绕制1圈与线圈走向相反的回线袁可消除或有效减小干扰磁场垂直分量对互感器的影响袁这是由于

第5期唐志涛袁等院强磁场对电子式互感器与传统式互感器计量性能的影响

149

产生干扰感应电势的有效面积减小至接近于0遥

4实测试验结果

4.1电能量累计走数试验

图6给出了标准互感器尧传统互感器尧电子式互感器在50A/m尧1000A/m电磁环境干扰下袁走时3500s的电量曲线遥从3种不同电能表累计电量曲线可以看出袁3条曲线走势基本吻合袁这表明不同的电磁干扰袁对电量的累计基本无影响袁也从侧面验证了电磁干扰对互感器计量准确度的影响很小遥为了进一步验证该结论的正确性袁以下试验主要对不同类型的电流尧电压互感器在不同的电磁干扰环境下实时测量互感器的比值差和角度差遥

8.58.4Confidence标Band0.2s8.3电子准电能传统式式

8.28.18.0

0

500

100015002t/s000250030003500

图6磁场干扰下电量比对

Fig.6Comparisonofpowerundermagneticinterference

4.2电流互感器准确度与强磁场环境变化关系

将110kVOET711ACTG型电子式电流互感器分别置于50A/m尧1000A/m磁场下进行实验袁结果见图7和图8遥

将L渊S冤R鄄126型传统电流互感器置于50A/m尧4.31000电压A/m互感磁场下器准确度进行实验与强磁场环境袁结果见图变化关系9和图10遥

将110kVOET711AVTG型电子式电压互感器置于50A/m尧1000A/m磁场下进行试验袁结果见图11和图12遥

将JSQ鄄110型传统电压互感器置于50A/m尧1000以A/m上试磁验场下结果进表明行试袁验电子袁结果式电流见图尧13电压和图互感14器

遥

和传统电流尧电压互感器在不同干扰强磁场影响下输出精度均满足0.2%的要求袁即强磁场干扰对电子式互感器与传统互感器的输出精度基本无影响遥

0.050.040.030.020.01-0.010

t/s渊a冤比值差

321-10

-2t/s渊b冤角度差

图7

电子式电流互感器在50A/m磁场下比角差

Fig.7Ratioandangledifferencesofelectroniccurrent

transformerundermagneticfieldof50A/m

0.050.040.030.020.01-0.010.00

t/s渊a冤比值差

65432

0.51t/s渊b冤角度差

图8电子式电流互感器在1000A/m磁场下比角差Fig.8Ratioandangledifferencesofelectroniccurrent

transformerundermagneticfieldof1000A/m

150

0.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8

电源学报

0.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8

总第85期

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2.53.03.54.01.01.52.0

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渊a冤比值差

图9传统电流互感器在50A/m磁场下比角差

渊b冤角度差

Fig.9Ratioandangledifferencesofthetraditionalcurrenttransformerundermagneticfieldof50A/m

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t/渊15min冤t/渊15min冤

渊a冤比值差

图10

0.060.050.040.030.020.010

t/s渊b冤角度差

传统电流互感器在1000A/m磁场下比角差

Fig.10Ratioandangledifferencesofthetraditionalcurrenttransformerundermagneticfieldof1000A/m

2.52.01.51.00.50-0.5-1.0-1.5-2.0t/s渊a冤比值差

图11

电子式电压互感器在50A/m磁场下比角差

2.52.01.51.00.50-0.5-1.0-1.5-2.0

t/s渊b冤角度差

Fig.11Ratioandangledifferencesoftheelectronicvoltagetransformerundermagneticfieldof50A/m

0.060.050.040.030.020.010t/s渊a冤比值差

图12

渊b冤角度差

电子式电压互感器在1000A/m磁场下比角差

Fig.12Ratioandangledifferencesoftheelectronicvoltagetransformerundermagneticfieldof1000A/m

第5期

1.00.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8

唐志涛袁等院强磁场对电子式互感器与传统式互感器计量性能的影响

2.01.51.00.5

1.0

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t/渊15min冤t/渊15min冤

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图13

1.00.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8

渊b冤角度差

传统电压互感器在50A/m磁场下比角差

Fig.13Ratioandangledifferencesofthetraditionalvoltagetransformerundermagneticfieldof50A/m

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3.0

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t/渊15min冤t/渊15min冤

渊a冤比值差

图14

传统电压互感器在1000A/m磁场下比角差

渊b冤角度差

Fig.14Ratioandangledifferencesofthetraditionalvoltagetransformerundermagneticfieldof1000A/m

国电力出版社,2014.

5结语

通过对电子式电流尧电压互感器与传统电磁式电流尧电压互感器强强磁场干扰比值差尧角度差试验及电量累计试验袁详细分析了强磁场平行分量尧垂直分量对线圈类电子式电流尧电压互感器和传统电磁式电流尧电压互感器计性能的影响遥通过分析可知袁无论是电子式互感器袁还是传统电磁式互感器袁由于其在出厂时袁均充分考虑了强磁场干扰问题袁故对其采取了行之有效电磁屏蔽防干扰措施袁减小了外界工频变化的强磁场对互感器计量准确度的影响遥试验结果表明电磁干扰对电子式互感器与传统互感器输出精度基本无影响袁其计量准确度可以满足不同电压等级变电站现场复杂电磁干扰的投入使用要求遥参考文献院

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鄄作者简介院

唐志涛渊1987原冤袁男袁通信作者袁硕士袁工mail程师院袁主要从事电能计量方面研究袁E鄄卓tang_zt.sy@gx.csg.cn浩泽渊1986原冤袁男袁遥硕士袁工程师袁主

要从事电能计量方面研究袁E鄄mail院zhuo_hz.sy@gx.csg.cn李金瑾渊1987遥原冤袁男袁硕士袁工程师袁主

唐志涛

gx.csg.cn要从事电遥

能计量研究袁E鄄mail院li_jinj.sy@

韦杏秋渊1986原冤袁女袁硕士袁工程师袁主

要从事电能计量自动化研究袁E鄄mail院wei_xq.sy@gx.csg.cn龙东渊1968遥原冤袁男袁本科袁高级工程师袁

mail主要院long_d.sy@gx.csg.cn从事电力系统自动遥化技术研究袁E鄄