测量用互感器型式评价大纲 第8部分: 抗直流电流互感器征求意见

　　上海千实精密机电科技有限公司资讯：根据国家市场总局《关于印发2022年国家计量技术规范项目制定、修订及宣贯计划的通知》(市监计量发〔2022370号)，按照《国家计量检定规程管理办法》，国家计量技术规范《测量用互感器型式评价大纲第8部分:抗直流电流互感器》经过前期研究、起草，形成了《征求意见稿》。为进一步提高国家计量技术规范质量，现向社会公开征求意见，意见反馈截止日期为2022年12月15日。
 

　　近年来，随着交直流输电工程、新型用电技术及相关电力设备的发展应用，使得交流电网的直流分量呈逐年上升趋势。随着直流分量的增加，互感器中励磁电流将呈现正负半周不对称的形状，并产生大量谐波，使得电流互感器的传变特性变差，终使铁芯饱和，导致误差增大。
 

　　作为用于贸易结算的计量器具，我国抗直流电流互感器相关标准目前只有Q/GDW 11945《抗直流偏磁低压电流互感器技术规范》已发布，《测量用互感器检定规程 第9部分：抗直流电流互感器》在编制，但上述标准主要侧重于误差试验方法的规定，缺乏对其生产制造使用质量和计量相关性能统一要求的标准。企业标准推荐的产品尺寸过大，变比覆盖不全，随着新材料和新工艺应用，现有抗直流互感器也有很大技术提升，但是现有标准在诸如偏心影响量、低直流分量下的误差等指标上没有相应规定。由于缺少相应的国家产品标准，无法统一全系列抗直流互感器产品技术要求，导致我国相关企业的产品质量参差不齐，因此该项目为国内亟需，制定抗直流电流互感器的型式评价大纲，有利于规范、统一国内产品的技术指标，使其成为评价抗直流电流互感器产品质量的技术依据。
 

　　本大纲依据JJF 1016-2014《计量器具型式评价大纲编写导则》、JJF 1015-2014《计量器具型式评价通用规范》编制而成。本大纲引用下列文件：JJG 313 测量用电流互感器；GB/T 3954 电工圆铝杆；GB/T 4208 外壳防护等级(IP代码) ；GB/T 5585.1 电工用铜、铝及其合金母线　第1部分：铜和铜合金母线；GB/T 16927.1 高电压试验技术　第1部分：一般定义及试验要求；GB/T 16927.2 高电压试验技术　第2部分：测量系统；GB/T 16927.4 高电压和大电流试验技术　第4部分：试验电流和测量系统的定义和要求；GB/T 20138 电器设备外壳对外界机械碰撞的防护等级(IK代码)；GB/T 20840.2-2014 互感器第2部分：电流互感器的补充技术要求。
 

　　本《标准》规定了抗直流电流互感器进行型式评价时需要进行的试验项目、试验方法、试验结果的处理等内容，其中法制管理要求，包含：计量单位、外部结构、标志等；计量要求，包括准确度级别、测量区间、绕组极性、误差限值等；通用技术要求，包括使用环境要求、技术要求等；型式评价项目一览表；提供样机的数量及样机的使用方式；试验项目的试验方法和条件以及数据处理和合格判据等。
 

　　范围：
 

　　本规程规定了适用于安装在电力系统中用于计量与测量的抗直流电流互感器检定，目前产品都是低压抗直流电流互感器，因此本规程的针对是0.4kV电压等级抗直流电流互感器。
 

　　术语和定义：
 

　　工作组参考GB/T 20840.2-2014和GB/T 2900.94-2015给出了抗直流电流互感器、基波含有率、直流含有率、基波含有率偏差、直流含有率偏差、数字比较法、模拟比较法等定义。其中抗直流电流互感器定义为安装于电力线路上的一种具有抗直流偏磁功能的电流互感器，直流偏磁主要是指一次交流电流中含有直流分量，而抗直流互感器此时仍然具备一定计量准确性。这种互感器的性能仍然会受到直流分量的影响，只是经过专门的设计后，其影响远小于普通互感器，可以比较准确的传变一次电流的交流分量。行业内普遍称这种互感器为抗直流互感器。英文写法按照国内外行业习惯规范为 DC immune current transformer。
 

　　计量性能要求：
 

　　通常使用的测量用电流互感器准确度有 0.2S、0.2、0.5S、0.5 级，但是在直流分量下普通电流互感器误差会增大严重超出误差限值。电力互感器励磁电流在正常情况下不大于一次电流的0.5%，但非线性的用电设备用户产生的直流分量超过1%的情况并不少见，该现象使互感器工作点接近饱和区，将显著地导致比值差往负方向移动，相位差往正方向移动，随着直流分量的增加普通电流互感器误差会变大直至严重超出误差限值，由于电流互感器的国标没有直流下准确度的规定，而不同大小的直流分量对互感器准确度的影响不同，根据IEC 62053-21《静止式有功电能表(1级和2级)》对电能表半波电流下误差限值规定分别是1级表为3%、2级表为6%，同时综合考虑目前抗直流互感器技术水平、对电能计量影响以及积累的大量试验数据，终确定电流互感器在直流分量下的准确度等级2级(比值差2%，相位差200′)。
 

　　另外，由于抗直流互感器互感器采用普通铁芯、抗饱和铁芯双铁芯原理结构，其中普通铁芯部分在10%直流分量的小测量点时已经饱和，这时由抗饱和铁芯部分起励磁作用，抗饱和铁芯的磁化曲线在饱和之前线性度很好，接近于直线。其误差曲线的线性度也较好，和直流量变化没有直接的比例关系。因此在工频叠加10%直流(除了5%测量点为过渡状态外)和半波的不同测量点误差限值统一定为比差为2%；角差为200分，这是由抗直流互感器本身励磁特性决定的，同时大量的试验数据也证明抗直流互感器在工频叠加10%直流和半波不同点低端和高端下误差变化远小于普通电流互感器，数据可见附件试验报告。
 

　　小电流误差测量点：
 

　　以普通电流互感器为例，在有直流分量情况下主磁通将会出现直流偏磁，直流磁通与交流磁通相互叠加，且直流分量全部用来励磁。由于铁芯的励磁特性是非线性，随着直流分量的增加，励磁电流将呈现正负半周不对称的形状，并产生大量谐波，使得电流互感器的传变特性变差，终使铁芯饱和，导致误差增大。通过试验项目组测量了普通电流互感器在0%～20%直流分量下误差，以直流含量来看，1%直流分量作用较小，对误差影响只有万分之五以内，但从5%开始就影响比较明显，超过千分之一，当直流含量超过10%时，铁芯进入饱和区，磁导率变化不大，因此交直流误差试验的测量点从5%开始。
 

　　抗直流电流互感器量值溯源：
 

　　针对抗直流互感器互感器量值溯源，本规程在以前相关规程的基础上增加了数字比较法的有关内容，因此本规程中的基本误差试验可以采用模拟比较法和数字比较法两种方法进行误差测量。传统上一般采用模拟比较法进行检定，数字比较法在GB/T 20840.8 《电子式电流互感器》中有简要规定，相关误差测量装置的技术要求在DL/T 1394《电子式电流、电压互感器校验仪技术条件》有规定，目前针对抗直流互感器、谐波互感器等新型互感器采用数字比较法的情况也逐渐普遍。工作组使用模拟比较法校验装置和数字比较法校验装置对不同变比电流互感器的误差进行测试(由于模拟比较法校验装置只能工作在50Hz，因此仅比对工频试验数据)，试验设备参数和结果数据见试验报告中第二部分：试验验证项目的第3项试验“基本误差测量”部分所示。对同一台试品采用两种方法的试验结果分析比较表明，两种方法试验结果的差异均不超过误差限值五分之一，在可接受的不确定度范围内，可以认为数字比较法达到了实用化条件。另外本规程在相关标准的基础上，提出了数字比较法的测量线路和仪器设备要求，并使用符合本规程要求的仪器设备进行试验验证，结果数据见试验报告中第二部分：试验验证项目的第3项试验“基本误差测量”部分所示，说明试验结果能够满足标准要求。
 

　　数字比较法误差分配：
 

　　根据传统互感器的检定规程JJG 1021，规定使用差值法测量互感器的误差，因此对校验仪准确度的要求不高，规程要求：“在检定环境条件下，误差测量装置引起的测量误差，应不大于被检互感器基本误差限值的1/10”。目前使用量大的互感器校验仪是2级，由于是误差的误差，容易满足要求。其各部分误差影响量要求如表1所示。即标准互感器和误差测量装置总误差不大于被测互感器的3/10，而对于抗直流互感器校验系统，由于其采用了数字比较法测量方法需要对各部分误差进行重新分配，其误差测量装置佳的准确度等级为0.02级，即满足优于0.2级互感器的1/5。因此要求标准互感器误差不超过被测互感器1/10，即优于0.02级。交直流通用电流比例标准装置作为检测电流互感器抗直流性能的参考标准器，其误差不超过被检电流互感器1/10，即被检互感器若为0.2级，交直流通用电流比例标准装置需要高于0.02级。这样不管是对误差测量装置还是标准交直流通用互感器技术上都是便于实现的。
 

　　交直流参考标准器的量值溯源：
 

　　数字比较法校验装置中的交直流标准器分别在交流和直流下进行溯源，为了验证交流电流和直流电流是否互相干扰测量准确度，试验在交流测量下施加10%直流分量，在直流测量下施加相同交流电流有效值，试验设备参数和结果数据如试验报告中第二部分：试验验证项目的第10项试验“参考标准器交直流相互影响”部分所示，可以看出交流和直流条件下校验误差，都不超过限值，且相互之间干扰很小，可以满足计量性能要求。
 

　　为了进一步证明交直流标准器在半波下计量性能，选用100A精密分流器(A40B)和500A精密分流器(TH0420)作为参考标准器在半波下进行误差试验，测试变比为100/1和1500/1交直流标准器半波性能，其中测试变比1500/1时交直流标准器穿心3匝，试验设备参数和结果数据如试验报告中第二部分：试验验证项目的第11项试验“参考标准器半波下的测量性能验证”所示。可以看出在半波下，交直流标准器的误差不超过0.2%，完全满足检定半波准确度等级为2级的抗直流电流互感器计量要求。