一種抗直流電流互感器的制作方法

本發明涉及互感器測量領域，更具體地，涉及一種抗直流電流互感器。

背景技術：

電力系統內通常使用電力電流互感器將一次的大電流轉換成5a或1a的標準小電流，與電能表共同構成電能計量裝置的電流測量回路，因此，電流互感器性能好壞直接關系到電能計量的準確度，影響電能貿易結算的公平公正。在系統正常穩態運行時，電流互感器的一次電流一般為工頻正弦波，若電流互感器的變比和額定二次負荷選擇恰當，其運行誤差能夠達到期望的目標。然而在一些特殊情況下，電流互感器的一次電流中可能會含有直流或諧波分量，甚至是經二極管整流后的正弦半波。這些非工頻成分,尤其是直流分量會對電流互感器的磁化性能造成較大影響，直流偏磁磁通和交流磁通相疊加，直流部分作用相當于勵磁，使鐵芯迅速進入飽和狀態，而誤差急劇增大超出標定的誤差限值。

例如以一臺電網中常用的普通計量用低壓電流互感器為例，其額定一次電流為500a，準確度等級0.2s級。經測試表明該電流互感器在正弦半波下，直流含量接近30％時的比值差和相位差均隨著一次半波電流有效值的增加迅速增大，在額定電流時的比值差超過-80％，相位差超過70°，導致電流互感器不能正常使用。

現有技術中為了克服上述問題，使電流互感器在含有較大直流分量的情況下仍能夠正常工作，以提高電流互感器磁芯的抗飽和能力，因此通常對磁芯的材料進行改進。一種是通過在鐵基非晶鐵芯上設置有一貫穿整個磁芯截面的氣隙，利用開有氣隙的鐵芯滿足互感器在施加直流分量條件下的精度要求，但是該種抗直流電流互感器只能適用于二次毫安級小電流互感器，對于半波直流大且二次為5a或1a標準電流時不能滿足誤差要求。

因此，需要一種技術，以解決直流含量高或半波直流大時，對電能表進行準確測量的問題。

技術實現要素：

本發明提供了一種抗直流電流互感器，以解決當直流含量高或半波直流大時，電能表能進行準確測量的問題。

為了解決上述問題，本發明提供了一種抗直流電流互感器，所述互感器包括：

抗飽和鐵芯，所述抗飽和鐵芯開有氣隙；

一次繞組，所述一次繞組用于連接被測量電路；

二次繞組，所述二次繞組用于連接測量儀器；

所述抗飽和鐵芯上依次繞制所述二次繞組、所述補償繞組和所述一次繞組；

通過所述補償繞組對所述互感器的相位誤差進行補償；

通過調整所述二次繞組的匝數對所述互感器的比值誤差進行補償。

優選地，所述氣隙開設為貫穿磁芯截面。

優選地，所述氣隙開設為兩個，所述兩個氣隙貫穿兩個鐵芯截面。

優選地，當一次電流不小于200a時，所述一次繞組采用穿心的方式繞制。

優選地，所述通過所述補償繞組對所述互感器的相位誤差進行補償；所述通過調整所述二次繞組的匝數對所述互感器的比值誤差進行補償，包括：

根據比值誤差f和相位誤差δ的計算如下式，其中：i2為二次電流，i1為一次電流，ba為勵磁電流i0投影到水平軸的值，bc為勵磁電流i0投影到垂直軸的值；

未設置所述補償繞組條件下，所述一次繞組和所述二次繞組的感應電勢有e1＝e2′，其中，e1為所述一次繞組的感應電勢，e2'為所述二次繞組的感應電勢折算到一次的值；

對于設置有所述補償繞組的所述互感器，所述一次繞組、所述二次繞組和所述補償繞組的感應電勢有如下關系式：e12＝e2'+e3',e12為設置所述補償繞組后的所述一次繞組的感應電勢，e3'為所述補償繞組的感應電勢折算到一次的值；

由于補償繞組匝數n3遠遠小于二次繞組匝數n2，則可以認為補償繞組感應電勢e2'遠遠小于所述二次繞組感應電勢e2'，則有e12≈e1，即補償后的勵磁電流i′0≈i0；

設置所述補償繞組后的比值誤差f’和相位誤差δ’的計算如下式，其中：i3為補償繞組電流，i1’為一次電流的折算值，ed為勵磁電流平移值i0’投影到水平軸的值，ef為勵磁電流平移值i0’投影到垂直軸的值；

所述補償繞組對比值誤差和相位誤差的補償量的計算如下式，其中：n3為補償繞組匝數，n2為二次繞組匝數，其他參數如本公式下所示；其中，z02為所述二次繞組內阻抗，r3為所述補償繞組內阻，ψ為鐵芯損耗角，α為z02的阻抗角，n3為補償繞組匝數，n2為二次繞組匝數；

根據磁勢平衡的關系，即可得所述二次繞組匝數補償時對比值差的補償量如下式，其中：nx為減少的所述二次繞組的匝數

優選地，工作在一次電流范圍為100a至1000a。

優選地，工作在二次電流為5a和1a的標準電流下。

本發明所提供的技術方案，通過設置補償繞組來補償相位誤差，使得互感器可以在一次直流含量為數百安級別及二次電流為5a和1a的標準電流下，能保證對電能的準確計量。

附圖說明

通過參考下面的附圖，可以更為完整地理解本發明的示例性實施方式：

圖1為根據本發明一實施方式的一種抗直流電流互感器結構圖；

圖2為根據本發明一實施方式的一種抗直流電流互感器的帶氣隙的抗飽和鐵芯的結構示意圖；

圖3為根據本發明一實施方式的計算比值誤差和相位誤差各參數示意圖。

具體實施方式

現在參考附圖介紹本發明的示例性實施方式，然而，本發明可以用許多不同的形式來實施，并且不局限于此處描述的實施例，提供這些實施例是為了詳盡地且完全地公開本發明，并且向所屬技術領域的技術人員充分傳達本發明的范圍。對于表示在附圖中的示例性實施方式中的術語并不是對本發明的限定。在附圖中，相同的單元/元件使用相同的附圖標記。

除非另有說明，此處使用的術語(包括科技術語)對所屬技術領域的技術人員具有通常的理解含義。另外，可以理解的是，以通常使用的詞典限定的術語，應當被理解為與其相關領域的語境具有一致的含義，而不應該被理解為理想化的或過于正式的意義。

圖1為根據本發明一實施方式的一種抗直流電流互感器結構圖。本發明實施方式提供的抗直流電流互感器，通過對鐵芯材料進行改進，以及在鐵芯上開設氣隙，并通過設置補償繞組，提高了電流互感器抗飽和的能力。解決了在直流含量高或半波直流大時，電能表能進行準確測量的問題。如圖1所示，互感器100包括：抗飽和鐵芯t1，抗飽和鐵芯t1開有氣隙；一次繞組w1，一次繞組w1用于連接被測量電路；二次繞組w2，二次繞組w2用于連接測量儀器；抗飽和鐵芯t1上利用漆包銅導線依次繞制二次繞組w2、補償繞組w3和一次繞組w1，通過補償繞組對互感器的相位誤差進行補償；通過調整二次繞組的匝數對互感器的比值誤差進行補償。抗直流電流互感器的補償繞組根據相位誤差設置匝數，相位差越大補償繞組匝數越多。采用銅漆包線在鐵芯上密繞二次繞組，包覆絕緣膜之后同理繞制補償繞組，一次繞組一般采取一次穿心方式。本發明的實施方式中，根據抗直流電流互感器的工作電壓等級選取適當的絕緣方式，380v以下工作互感器采用普通絕緣方式，10kv高壓互感器采用高壓絕緣方式。

優選地，可用鐵基非晶鐵芯材料的鐵芯。

優選地，抗飽和鐵芯t1上的氣隙開設為一個貫穿磁芯截面。可選擇地，抗飽和鐵芯t1上的氣隙開設為兩個，兩個氣隙貫穿兩個鐵芯截面，使抗飽和鐵芯t1分為兩個部分。抗飽和鐵芯t1如果采用開氣隙的鐵芯，開氣隙的大小根據鐵芯的截面、磁路長度和直流的大小決定，在截面和磁路長度確定情況下，直流越大則氣隙設置越大。

本發明的實施方式中，通過氣隙大小算直流大小方法如下：首先測出不同氣隙下磁化曲線，找到不同氣隙下的拐點對應的磁場強度h，根據公式hl＝ni計算相應的直流電流，其中l為鐵芯平均磁路長度，n為一次繞組的匝數，i為直流電流值；計算出磁強強度h，通過磁化曲線圖，找出對應氣隙的大小。通過氣隙的大小，反推對應直流的大小。

優選地，當一次電流不小于200a時，一次繞組采用穿心的方式繞制。

優選地，本發明實施方式的抗直流電流互感器工作在一次電流范圍為

100a至1000a。

優選地，本發明實施方式的抗直流電流互感器工作在二次電流為5a和1a的標準電流下。

以下進一步對本發明的實施方式進行舉例說明：

圖2為根據本發明一實施方式的一種抗直流電流互感器的帶氣隙的抗飽和鐵芯的結構示意圖。如圖2所示，左側為抗飽和鐵芯t1開有1個氣隙a的鐵芯。圖2右側為抗飽和鐵芯t1開有2個氣隙b1和b2的鐵芯。

為了保證抗直流互感器的抗飽和能力，本發明實施方式對抗飽和鐵芯開氣隙，使其飽和特性得到明顯的改善。氣隙越大鐵芯的抗飽和能力就越強，但不是氣隙越大就越好，因為氣隙增加其誤差也迅速增大，尤其是相位誤差。所以在選擇確定氣隙和鐵芯參數后需要采取相應的辦法對其誤差進行補償。如圖1中所示的補償繞組w3，又稱為短路匝繞組，即是用來補償相位誤差。

圖3為根據本發明一實施方式的計算比值誤差和相位誤差各參數示意圖。如圖3所示，在沒有補償繞組作用時，根據比值誤差f和相位誤差δ的計算如下式，其中：i2為二次電流，i1為一次電流，ba為勵磁電流i0投影到水平軸的值，bc為勵磁電流i0投影到垂直軸的值；

本發明實施方式在未設置補償繞組條件下，一次繞組和二次繞組的感應電勢有e1＝e2′，其中，e1為一次繞組的感應電勢，e2'為二次繞組的感應電勢折算到一次的值；

對于設置有補償繞組的互感器，一次繞組、二次繞組和補償繞組的感應電勢有如下關系式：e12＝e2'+e3',e12為設置補償繞組后的一次繞組的感應電勢，e3'為補償繞組的感應電勢折算到一次的值；

由于補償繞組匝數n3遠遠小于二次繞組匝數n2，則可以認為補償繞組感應電勢e2'遠遠小于二次繞組感應電勢e2'，則有e12≈e1，即補償后的勵磁電流i′0≈i0；

設置補償繞組后的比值誤差f’和相位誤差δ’的計算如下式，其中：i3為補償繞組電流，i1’為一次電流的折算值，ed為勵磁電流平移值i0’投影到水平軸的值，ef為勵磁電流平移值i0’投影到垂直軸的值；

補償繞組對比值誤差和相位誤差的補償量的計算如下式，其中：n3為補償繞組匝數，n2為二次繞組匝數，其他參數如本公式下所示；其中，z02為二次繞組內阻抗，r3為補償繞組內阻，ψ為鐵芯損耗角，鐵芯損耗角ψ需要通過試驗測試得出。α為z02的阻抗角，n3為補償繞組匝數，n2為二次繞組匝數；根據補償繞組補償相位差公式確定匝數，通過增加補償繞組匝數，相位差往負向變化，減少補償繞組匝數，相位差往正向變化，調整補償繞組的匝數直到相位差滿足設計的要求。

根據磁勢平衡的關系，即可得二次繞組匝數補償時對比值差的補償量如下式，其中：nx為減少的二次繞組的匝數。

本發明實施方式，可以工作在一次電流含量為100a至1000a級下及二次為5a和1a標準電流下，因此可安裝在電網中直流分量較高的線路中作為計量用電流互感器使用，并且使得電能表能夠準確計量。本發明實施方式采用常規互感器的鐵芯材料和制造工藝，結構簡單，安裝更換方便，便于維護和廣泛推廣應用。

已經通過參考少量實施方式描述了本發明。然而，本領域技術人員所公知的，正如附帶的專利權利要求所限定的，除了本發明以上公開的其他的實施例等同地落在本發明的范圍內。

通常地，在權利要求中使用的所有術語都根據他們在技術領域的通常含義被解釋，除非在其中被另外明確地定義。所有的參考“一個/所述/該[裝置、組件等]”都被開放地解釋為所述裝置、組件等中的至少一個實例，除非另外明確地說明。這里公開的任何方法的步驟都沒必要以公開的準確的順序運行，除非明確地說明。