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摘要：电流感器又是电力电能计量系统的重要组成部分，其测量误差的大小与电能计量装置测量准确度紧密相关。为此，本文对电流互感器误差对电能计量的影响进行了分析并提出相应的对策。
关键词：电流互感器；电能计量；影响及对策
中图分类号：S477+.3 文献标识码：A 文章编号：
1 电流互感器的工作原理与误差分析
1.1电流互感器的工作原理
通常我们所使用的变压器以及电流互感器不管是在运作的基本原理上还是在内部结构的构造上都是一致的，构成部分为两个绕组，也就是匝数分别为N1和N2的一次和二次绕组共同构成，这两个绕组相互之间是绝缘的，而且同时在闭合铁心上进行缠绕。将待测电路与一次绕组以及电流表当中的电流线圈与二次绕组串联起来，由于电能表当中的电流线圈造成的内阻小到可以忽略不计，因此这时电流互感器和变压器并无二异，该变压器在运行的过程中为二次短路。电流互感器的磁路会形成磁通密度，在对磁通密度进行设计的过程中，通常范围都会较低，一般会控制在0.08-0.1T之间，造成的磁损耗也很小。
1.2 电流互感器的误差分析
在实际工作过程中，电流互感器会出现一定的电流比差ΔI和相位角差。其中：比差ΔI=（Kn I2- I1）/ I1×100%:式中Kn--额定变流比；I1--一次电流值；I2--二次电流值。角差：电流互感器二次电流值I2逆时针旋转180°后，与一次电流相量间的夹角，并规定I2超前I1时，误差为正，反之为负。该误差无法消除只能尽量降低，也就是说实际产生的电流比会跟额定电流比出现一定程度的差异。
电流互感器产生的误差是由于励磁电流而引起的，只能通过有效的方法来控制励磁电流从而降低误差大小，无法彻底消除电流互感器的励磁电流，因此最终的测量结果总是会有误差。运行中的电流互感器，其误差与一次电流、频率、波形、环境温度的变化及二次负荷、相位角的大小等工作条件有关：
(1)当电流互感器一次电流增大时，误差减小；当一次电流超过额定值数倍时，电流互感器将工作在磁化曲线的非线性部分，电流的比差和角差都将增加。
(2)二次回路阻抗Z2加大，影响比差增大较多，角差增大较少；功率因数cos降低，使比差增大，而角误差减小；
(3)电源频率对误差影响一般不大，当频率增加时，开始时误差稍有减小，而后则不断增大。
因为电流互感器的主要作用原理是铁心线圈的电磁感应，所以铁心线圈磁化曲线具有的非线性也会造成一定程度的误差。在计量电能的过程中出现误差，这可以说是铁心式电流互感器的一个最致命的缺陷，当一次电流超过额定值数倍时，电流互感器将工作在磁化曲线的非线性部分，电流的比差和角差都将增加。所以在运行过程中一定不能出现TA过载的现象。
另外，剩磁也是电流互感器出现误差的一重要个原因。剩磁的具体大小跟一次电流开断瞬间铁心当中的磁通有密切关系，在发生短路之后，决定磁通的因素主要包括稳态周期性短路电流以及二次回路阻抗等，在一次電流互感器处于饱和状态之时断路器发生跳闸现象那么剩磁会达到最大。因此，对于电流互感器来说，剩磁会降低铁心的磁导率，还会呈现非线性的增加状态，与此同时，互感器励磁阻抗Z0会不断降低，而励磁电流I0则不断加大，互感器的误差逐渐开始向负方向发生变化，最终出现计量电量较少的情况。
2 对电流互感器在进行电能计量的过程中产生影响的仿真以及具体分析情况
2.1仿真模型的建立
电能计量仿真台能够导入电压、电流、功率因数等的电能数据，下面将仿真研究某输电线路产生的具体电能数据。如图1左方所示，由电能计量仿真台输出的三相电压和电流；图3右方表示的是采取两种计量方式对输电线路输送的电能进行计量：1、采用经过电流互感器的三相四线电能表来计量电量（TA变比为100/5），如图中表1接线方式所示；2、采用直通式电能表直接测量一次侧电能，如图中表2 接线方式所示。这样可以知道互感器能够对电能计量产生什么样的影响，并针对计量结果做出分析，
（图1 电能计量仿真接线图）
2.2仿真结果以及进一步的分析
整个仿真过程历时520秒，两个电能表所走的度数为：表1为31.85 kW·h，电流互感器的变比为100/5,则经过TA进行计量结果计量为31.85×20=637 kW·h；没有经过TA的直通表2计量结果为650.4 kW·h。
因此，可以知道TA的串入会少计电量，在该仿真过程中，少计的具体电量是13.4 kW·h，也就是存在-2.06%的误差。依此类推，年少计入的电量额度为812658.5 kW·h，这将是一笔巨大的损失。
3 降低电能计量误差对策分析
3.1电能计量装置误差分析
电能计量装置包括电能表、互感器、二次接线三部分，其误差亦由这三部分的误差组成差，即为电能表误差、互感器合成误差、电压互感器二次导线压降引起的误差三者的代数和示：γ= γb + γh + γd 式中γb--电能表的相对误差，γh--互感器合成误差，γd--电压互感器二次导线压降引起的误差，在实际的计量装置中，电能表的误差γb 可以在负荷点下将其误差调至误差最小，电压互感器二次导线压降误差引起的γd中也可以通过电能表、互感器的合理选择来补偿，感器合成误差γh则与实际二次回路的运行参数有关。
3.2问题对策
从上可知，要降低计量综合误差γ，其难点在于降低互感器合成误差从γh而降低计量装置误差，为此提出以下措施：
(1)根据计量规程要求，合理选择电流互感器： ①电流互感器二次容量的选择。接入电流互感器的二次负荷包括电能表电流线圈阻抗、外接导线电阻、接触电阻。所以，在选择电流互感器时，应从三方面考虑二次容量大小，通过选用电流回路负荷阻抗较小的表计，如用电子式电能表来满足二次容量的要求。还可利用降低外接导线电阻的方法。因此，当二次回路连接导线的长度一定时，其截面应按电流互感器的额定二次负荷计算确定，一般应不小于4mm2 。②电流互感器变比的选择。由互感器电流特性曲线、负荷特性曲线、误差特性可知道，二次负荷要控制在25%～100%之间，一次电流为其额定值60%左右，至少不得低于30%， 才能使电流互感器运行在最优状态，从而降低电流互感器误差。 当实际负荷电流小于30%时，应采用二次绕组具有抽头的多变比或 S 级电流互感器，或采用具有较高额定短时热电流和动稳定电流，且接近实际负荷电流的小量程电流互感器。
（2）根据电流、电压互感器的误差，合理组合配对，使互感器合成误差尽可能小。配对电流互感器和电压互感器的比差符号相反，大小相等，角差符号相同，大小相等。这样,互感器的合成误差基本可以忽略,便可最大限度降低计量装置综合误差。
（3）电流互感器二次回路导线截面积最小值为4mm2，且中间不得有接头，导线经转动部分度。在投产前，必须测量电流、电压互感器的实际二次负荷，使之在互感器标定的额定负荷电流、电压回路应不与保护、测量同回路。
（4）采用正确的计量方式，减少计量误差。对接入中性点绝缘系统的电能计量装置，应采用三相三线制电能表，其 2 台电流互感器二次绕组与电能表之间宜采用四线连线；对接入非中性点绝缘系统的电能计量装置，应采用三相四线制电能表，其 3 台电流互感器二次绕组与电能表之间宜采用六线连线。如采用四线连接，若公共线断开或某相电流互感器极性相反，会影响计量。
4 结论
(1)由于受到铁心磁阻的影响，在电流传变的过程中为了磁化铁心化，一小部分电流将会被消耗，二次线圈会同时产生二次电流，因此TA出现误差的重要原因是由于铁心对励磁电流进行了消耗而造成的。(2)由于励磁电流的存在，电流互感器产生的误差无法消除，但是通过采取过对互感器的误差合理的组合配对，对运行中的互感器根据其现场具体情况进行误差补偿和优化其工作条件等一系列方法，从而有效的降低计量装置的误差，根本上保障电能计量的准确、可靠和安全。
参考文献：
[1]陈武恝，朱永海.基于PSCAD的电流互感器饱和特性分析［J］.大功率变流技术，2009，15（1）：39-42.
[2]任先文，徐宏雷，孙楷淇，等.非周期分量对电流互感器饱和特性的影响的仿真［J］.电力系统保护与控制，2009，37（5）：6-9.
[3]孙向飞，束洪春，于继来.电流互感器暂态饱和对和应涌流传变的影响［J］.电力自动化设备，2009，29（1）：83-88.
个人简介：温新，男，广西玉林人，助理工程师，学士学位，从事电力计量工作。
关键词：电流互感器；电能计量；影响及对策
中图分类号：S477+.3 文献标识码：A 文章编号：
1 电流互感器的工作原理与误差分析
1.1电流互感器的工作原理
通常我们所使用的变压器以及电流互感器不管是在运作的基本原理上还是在内部结构的构造上都是一致的，构成部分为两个绕组，也就是匝数分别为N1和N2的一次和二次绕组共同构成，这两个绕组相互之间是绝缘的，而且同时在闭合铁心上进行缠绕。将待测电路与一次绕组以及电流表当中的电流线圈与二次绕组串联起来，由于电能表当中的电流线圈造成的内阻小到可以忽略不计，因此这时电流互感器和变压器并无二异，该变压器在运行的过程中为二次短路。电流互感器的磁路会形成磁通密度，在对磁通密度进行设计的过程中，通常范围都会较低，一般会控制在0.08-0.1T之间，造成的磁损耗也很小。
1.2 电流互感器的误差分析
在实际工作过程中，电流互感器会出现一定的电流比差ΔI和相位角差。其中：比差ΔI=（Kn I2- I1）/ I1×100%:式中Kn--额定变流比；I1--一次电流值；I2--二次电流值。角差：电流互感器二次电流值I2逆时针旋转180°后，与一次电流相量间的夹角，并规定I2超前I1时，误差为正，反之为负。该误差无法消除只能尽量降低，也就是说实际产生的电流比会跟额定电流比出现一定程度的差异。
电流互感器产生的误差是由于励磁电流而引起的，只能通过有效的方法来控制励磁电流从而降低误差大小，无法彻底消除电流互感器的励磁电流，因此最终的测量结果总是会有误差。运行中的电流互感器，其误差与一次电流、频率、波形、环境温度的变化及二次负荷、相位角的大小等工作条件有关：
(1)当电流互感器一次电流增大时，误差减小；当一次电流超过额定值数倍时，电流互感器将工作在磁化曲线的非线性部分，电流的比差和角差都将增加。
(2)二次回路阻抗Z2加大，影响比差增大较多，角差增大较少；功率因数cos降低，使比差增大，而角误差减小；
(3)电源频率对误差影响一般不大，当频率增加时，开始时误差稍有减小，而后则不断增大。
因为电流互感器的主要作用原理是铁心线圈的电磁感应，所以铁心线圈磁化曲线具有的非线性也会造成一定程度的误差。在计量电能的过程中出现误差，这可以说是铁心式电流互感器的一个最致命的缺陷，当一次电流超过额定值数倍时，电流互感器将工作在磁化曲线的非线性部分，电流的比差和角差都将增加。所以在运行过程中一定不能出现TA过载的现象。
另外，剩磁也是电流互感器出现误差的一重要个原因。剩磁的具体大小跟一次电流开断瞬间铁心当中的磁通有密切关系，在发生短路之后，决定磁通的因素主要包括稳态周期性短路电流以及二次回路阻抗等，在一次電流互感器处于饱和状态之时断路器发生跳闸现象那么剩磁会达到最大。因此，对于电流互感器来说，剩磁会降低铁心的磁导率，还会呈现非线性的增加状态，与此同时，互感器励磁阻抗Z0会不断降低，而励磁电流I0则不断加大，互感器的误差逐渐开始向负方向发生变化，最终出现计量电量较少的情况。
2 对电流互感器在进行电能计量的过程中产生影响的仿真以及具体分析情况
2.1仿真模型的建立
电能计量仿真台能够导入电压、电流、功率因数等的电能数据，下面将仿真研究某输电线路产生的具体电能数据。如图1左方所示，由电能计量仿真台输出的三相电压和电流；图3右方表示的是采取两种计量方式对输电线路输送的电能进行计量：1、采用经过电流互感器的三相四线电能表来计量电量（TA变比为100/5），如图中表1接线方式所示；2、采用直通式电能表直接测量一次侧电能，如图中表2 接线方式所示。这样可以知道互感器能够对电能计量产生什么样的影响，并针对计量结果做出分析，
（图1 电能计量仿真接线图）
2.2仿真结果以及进一步的分析
整个仿真过程历时520秒，两个电能表所走的度数为：表1为31.85 kW·h，电流互感器的变比为100/5,则经过TA进行计量结果计量为31.85×20=637 kW·h；没有经过TA的直通表2计量结果为650.4 kW·h。
因此，可以知道TA的串入会少计电量，在该仿真过程中，少计的具体电量是13.4 kW·h，也就是存在-2.06%的误差。依此类推，年少计入的电量额度为812658.5 kW·h，这将是一笔巨大的损失。
3 降低电能计量误差对策分析
3.1电能计量装置误差分析
电能计量装置包括电能表、互感器、二次接线三部分，其误差亦由这三部分的误差组成差，即为电能表误差、互感器合成误差、电压互感器二次导线压降引起的误差三者的代数和示：γ= γb + γh + γd 式中γb--电能表的相对误差，γh--互感器合成误差，γd--电压互感器二次导线压降引起的误差，在实际的计量装置中，电能表的误差γb 可以在负荷点下将其误差调至误差最小，电压互感器二次导线压降误差引起的γd中也可以通过电能表、互感器的合理选择来补偿，感器合成误差γh则与实际二次回路的运行参数有关。
3.2问题对策
从上可知，要降低计量综合误差γ，其难点在于降低互感器合成误差从γh而降低计量装置误差，为此提出以下措施：
(1)根据计量规程要求，合理选择电流互感器： ①电流互感器二次容量的选择。接入电流互感器的二次负荷包括电能表电流线圈阻抗、外接导线电阻、接触电阻。所以，在选择电流互感器时，应从三方面考虑二次容量大小，通过选用电流回路负荷阻抗较小的表计，如用电子式电能表来满足二次容量的要求。还可利用降低外接导线电阻的方法。因此，当二次回路连接导线的长度一定时，其截面应按电流互感器的额定二次负荷计算确定，一般应不小于4mm2 。②电流互感器变比的选择。由互感器电流特性曲线、负荷特性曲线、误差特性可知道，二次负荷要控制在25%～100%之间，一次电流为其额定值60%左右，至少不得低于30%， 才能使电流互感器运行在最优状态，从而降低电流互感器误差。 当实际负荷电流小于30%时，应采用二次绕组具有抽头的多变比或 S 级电流互感器，或采用具有较高额定短时热电流和动稳定电流，且接近实际负荷电流的小量程电流互感器。
（2）根据电流、电压互感器的误差，合理组合配对，使互感器合成误差尽可能小。配对电流互感器和电压互感器的比差符号相反，大小相等，角差符号相同，大小相等。这样,互感器的合成误差基本可以忽略,便可最大限度降低计量装置综合误差。
（3）电流互感器二次回路导线截面积最小值为4mm2，且中间不得有接头，导线经转动部分度。在投产前，必须测量电流、电压互感器的实际二次负荷，使之在互感器标定的额定负荷电流、电压回路应不与保护、测量同回路。
（4）采用正确的计量方式，减少计量误差。对接入中性点绝缘系统的电能计量装置，应采用三相三线制电能表，其 2 台电流互感器二次绕组与电能表之间宜采用四线连线；对接入非中性点绝缘系统的电能计量装置，应采用三相四线制电能表，其 3 台电流互感器二次绕组与电能表之间宜采用六线连线。如采用四线连接，若公共线断开或某相电流互感器极性相反，会影响计量。
4 结论
(1)由于受到铁心磁阻的影响，在电流传变的过程中为了磁化铁心化，一小部分电流将会被消耗，二次线圈会同时产生二次电流，因此TA出现误差的重要原因是由于铁心对励磁电流进行了消耗而造成的。(2)由于励磁电流的存在，电流互感器产生的误差无法消除，但是通过采取过对互感器的误差合理的组合配对，对运行中的互感器根据其现场具体情况进行误差补偿和优化其工作条件等一系列方法，从而有效的降低计量装置的误差，根本上保障电能计量的准确、可靠和安全。
参考文献：
[1]陈武恝，朱永海.基于PSCAD的电流互感器饱和特性分析［J］.大功率变流技术，2009，15（1）：39-42.
[2]任先文，徐宏雷，孙楷淇，等.非周期分量对电流互感器饱和特性的影响的仿真［J］.电力系统保护与控制，2009，37（5）：6-9.
[3]孙向飞，束洪春，于继来.电流互感器暂态饱和对和应涌流传变的影响［J］.电力自动化设备，2009，29（1）：83-88.
个人简介：温新，男，广西玉林人，助理工程师，学士学位，从事电力计量工作。