电流互感器中剩磁的试验电路的制作方法

本实用新型涉及通信领域，具体而言，涉及一种电流互感器中剩磁的试验电路。

背景技术：

电流互感器是电力系统的重要组成部分，其传变特性影响测量的准确性和保护装置动作的可靠性。由于铁芯材料的磁滞特性，当系统发生短路时，原边电流激增，最大可达到额定运行电流的几十倍，同时短路电路中可能存在比较大的直流分量，故障切除时，原边电流过零停止，此时铁芯中将产生较大的剩磁，会对保护用电流互感器的暂态特性及计量用电流互感器的稳态特性产生不良影响，且由于电流互感器正常工作时激磁电流很小，对短路时产生的剩磁基本没有退磁作用，因而剩磁的存在时间可以超过几个月，运行中的电流互感器普遍存在剩磁，剩磁一旦产生，不会自动消失，正常运行条件下将长期存在。剩磁的存在使电流互感器在励磁曲线上的起始工作点发生了变化，加重了铁芯的饱和程度及饱和时间，是产生不平衡电流和导致差动保护误动的重要原因，对继电保护以及电力计量产生严重影响，不利于电力系统的安全、稳定运行。因此，对铁芯剩磁研究已成为工程实际中亟待解决的问题。

目前，对剩磁的研究以变压器居多，对电流互感器铁芯中剩磁的研究，主要集中在剩磁测量及剩磁在线抑制方面。现有的研究电流互感器剩磁的试验方法，不管是直流法还是交流法，都要对电流互感器正向或反向充电至饱和，如此破坏了互感器的原始剩磁，并且通常不考虑互感器本身是否已经饱和，由于实验原理的局限性及部分不可测量参数的影响，导致目前对于铁芯剩磁的研究无法便捷、高效地运用到实际中，而且无法利用可控定量研究电流互感器剩磁等一系列课题。

针对相关技术中对电流互感器的剩磁研究的效率较低的问题，目前还没有有效地解决方案。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种电流互感器中剩磁的试验电路，以至少解决相关技术中对电流互感器的剩磁研究的效率较低的问题。

根据本实用新型的一个实施例，提供了一种电流互感器中剩磁的试验电路，包括：附加绕组、退磁电路、助磁电路和误差测量电路，其中，所述退磁电路与所述附加绕组连接，所述助磁电路与所述附加绕组连接，所述附加绕组均匀缠绕在被测量的电流互感器的铁芯上，所述误差测量电路与所述铁芯上的原有绕组连接；所述退磁电路用于消除所述被测量的电流互感器上的原有剩磁，所述助磁电路用于向所述被测量的电流互感器注入电流以模拟所述被测量的电流互感器的剩磁，所述误差测量电路用于测量所述被测量的电流互感器的误差。

可选地，所述退磁电路包括：第一交流源、变压器和第一限流电阻，其中，所述第一交流源的一端接地，所述第一交流源的另一端与所述变压器的连接，所述变压器与所述附加绕组和所述第一限流电阻连接，所述第一限流电阻与所述附加绕组连接。

可选地，所述变压器为自耦变压器。

可选地，所述助磁电路包括：直流电压源和第二限流电阻，其中，所述直流电压源的负极与所述附加绕组连接，所述直流电压源的正极与所述第二限流电阻连接，所述第二限流电阻与所述附加绕组连接。

可选地，所述助磁电路还包括：阻变流线圈，其中，所述阻变流线圈连接在所述第二限流电阻与所述附加绕组之间。

可选地，所述直流电压源为可调直流电压源。

可选地，所述误差测量电路包括：第二交流源、标准电流互感器和互感器校验仪，其中，所述第二交流源分别与所述附加绕组、所述原有绕组和所述标准电流互感器耦合，所述标准电流互感器与所述互感器校验仪连接，所述互感器校验仪与所述被测量的电流互感器连接。

可选地，所述第二交流源为可调交流源。

可选地，所述标准电流互感器的准确等级为0.01S。

可选地，所述试验电路还包括：电流表，其中，所述电流表连接在所述附加绕组与所述退磁电路之间，并且所述电流表连接在所述附加绕组与所述助磁电路之间。

通过本实用新型，电流互感器中剩磁的试验电路包括：附加绕组、退磁电路、助磁电路和误差测量电路，其中，退磁电路与附加绕组连接，助磁电路与附加绕组连接，附加绕组均匀缠绕在被测量的电流互感器的铁芯上，误差测量电路与铁芯上的原有绕组连接；退磁电路用于消除被测量的电流互感器上的原有剩磁，助磁电路用于向被测量的电流互感器注入电流以模拟被测量的电流互感器的剩磁，误差测量电路用于测量被测量的电流互感器的误差，由此可见，采用上述方案通过退磁电路消除被测量的电流互感器上的原有剩磁，通过助磁电路向被测量的电流互感器注入电流以模拟被测量的电流互感器的剩磁，通过误差测量电路测量被测量的电流互感器的误差，从而能够研究剩磁对电流互感器误差的影响，从而可以利用直流电量模拟电流互感器中剩磁的过程，并且能够定量获得剩磁对电流互感器误差大小的影响，因此，提高了对电流互感器的剩磁研究的效率，从而解决了相关技术中对电流互感器的剩磁研究的效率较低的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的一种电流互感器中剩磁的试验电路的结构框图一；

图2是根据本实用新型实施例的一种电流互感器中剩磁的试验电路的结构框图二；

图3是根据本实用新型实施例的一种电流互感器中剩磁的试验电路的结构框图三；

图4是根据本实用新型实施例的一种电流互感器中剩磁的试验电路的结构框图四；

图5是根据本实用新型实施例的一种电流互感器中剩磁的试验电路的结构框图；

图6是根据本实用新型实施例的一种电流互感器中剩磁的试验电路的结构框图六；

图7是根据本发明可选实施例的直流助磁模拟电流互感器铁芯剩磁的等值电路图；

图8是根据本发明可选实施方式的试验电路的示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

在本实施例中还提供了一种电流互感器中剩磁的试验电路，图1是根据本实用新型实施例的一种电流互感器中剩磁的试验电路的结构框图一，如图1所示，该试验电路包括：附加绕组102、退磁电路104、助磁电路106和误差测量电路108，其中，

退磁电路104与附加绕组102连接，助磁电路106与附加绕组102连接，附加绕组102均匀缠绕在被测量的电流互感器100的铁芯110上，误差测量电路与铁芯上的原有绕组112连接；

退磁电路104用于消除被测量的电流互感器上的原有剩磁，助磁电路106用于向被测量的电流互感器注入电流以模拟被测量的电流互感器的剩磁，误差测量电路108用于测量被测量的电流互感器的误差。

可选地，上述电流互感器中剩磁的试验电路可以但不限于应用于电流互感器剩磁研究的场景中。

可选地，上述电流互感器中剩磁的试验电路可以但不限于应用于电流互感器剩磁试验平台，例如：对电流互感器进行剩磁试验的装置等等。

通过上述电路，通过退磁电路消除被测量的电流互感器上的原有剩磁，通过助磁电路向被测量的电流互感器注入电流以模拟被测量的电流互感器的剩磁，通过误差测量电路测量被测量的电流互感器的误差，从而能够研究剩磁对电流互感器误差的影响，从而可以利用直流电量模拟电流互感器中剩磁的过程，并且能够定量获得剩磁对电流互感器误差大小的影响，因此，提高了对电流互感器的剩磁研究的效率，从而解决了相关技术中对电流互感器的剩磁研究的效率较低的问题。

图2是根据本实用新型实施例的一种电流互感器中剩磁的试验电路的结构框图二，如图2所示，可选地，退磁电路104包括：第一交流源202、变压器204和第一限流电阻206，其中，

第一交流源202的一端接地，第一交流源202的另一端与变压器204连接，变压器204与附加绕组102和第一限流电阻206连接，第一限流电阻206与附加绕组102连接。

可选地，变压器204为自耦变压器。

图3是根据本实用新型实施例的一种电流互感器中剩磁的试验电路的结构框图三，如图3所示，可选地，助磁电路106包括：直流电压源302和第二限流电阻304，其中，

直流电压源302的负极与附加绕组102连接，直流电压源302的正极与第二限流电阻304连接，第二限流电阻304与附加绕组102连接。

图4是根据本实用新型实施例的一种电流互感器中剩磁的试验电路的结构框图四，如图4所示，可选地，助磁电路106还包括：阻变流线圈402，其中，阻变流线圈402连接在第二限流电阻304与附加绕组102之间。

可选地，直流电压源为可调直流电压源。

图5是根据本实用新型实施例的一种电流互感器中剩磁的试验电路的结构框图五，如图5所示，可选地，误差测量电路108包括：第二交流源502、标准电流互感器504和互感器校验仪506，其中，

第二交流源502分别与附加绕组102、原有绕组112和标准电流互感器504耦合(图5中虚线所示)，标准电流互感器504与互感器校验仪506连接，互感器校验仪506与被测量的电流互感器100连接。

可选地，第二交流源为可调交流源。

可选地，标准电流互感器的准确等级为0.01S。

图6是根据本实用新型实施例的一种电流互感器中剩磁的试验电路的结构框图六，如图6所示，可选地，试验电路还包括：电流表602，其中，

电流表602连接在附加绕组102与退磁电路104之间，并且电流表602连接在附加绕组102与助磁电路106之间。

需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述模块分别位于多个处理器中。

下面结合本实用新型可选实施例进行详细说明。

本实用新型可选实施例提供了一种直流助磁模拟铁芯产生剩磁试验平台，用通入铁芯的直流量作为媒介，通过测量直流量与误差的关系曲线，从而定量表示剩磁与误差的关系，即剩磁对电流互感器的影响。

图7是根据本发明可选实施例的直流助磁模拟电流互感器铁芯剩磁的等值电路图，如图7所示，i_p、i_dc分别为一次侧电流和助磁电流；i'_p、i_e、i_s为折算到二次侧的一次总电流、励磁电流和二次电流；L_e为励磁电感；Z_ct、Z_b分别为二次侧绕组阻抗、二次负荷阻抗；n1、n2、n3为电流互感器一次侧、二次侧、附加绕组匝数。

当电流互感器铁芯内存在剩磁时，剩磁会与铁芯内的交变磁通进行叠加，因为剩磁具有方向性，所以和剩磁同向的半个周期的铁芯磁通会增加，而方向相反的半个周期磁通则会减小。正是由于剩磁的作用，铁芯磁通正负半周不对称，并且容易达到饱和状态。

设0～t时间段，电流互感器二次侧的电压为u＝kcosωt，则根据电磁感应定律可求得t时刻电流互感器的励磁电流如公式(1)所示。公式(1)中L_e表示励磁电感，Φ₀表示铁芯剩磁。

由式(1)可知，由于剩磁的影响，励磁电流包含一部分恒定分量，此恒定分量会提高电流互感器的工作磁通。利用附加绕组向铁芯注入直流，由于直流磁化力的作用导致铁芯内部的磁畴整体向某一方向运动，在铁芯内部形成直流助磁，此种直流助磁虽然是人为施加，但是可以提高铁芯内交变磁通的工作点，达到与剩磁同样的效果。

假设电流互感器稳态运行时一次侧电流的表达式如公式(2)所示。公式(2)中a表示电流幅值，θ表示通入电流的相位。

i_p＝asin(ωt+θ) (2)

根据图7可知的电路基本方程为：

式中：K_n1＝n₂/n₁；K_n2＝n₂/n₃；L₂＝L_ct+L_b；R_s＝R_ct+R_b。

将公式(3)进行拉普拉斯变换求解，可得励磁电流表达式为：

i_e＝i_{e_dc}+i_{e_ac}+i_{e_dec} (4)

式中：

由式(4)可知电流互感器铁芯励磁电流分为恒定直流分量i_{e_dc}、恒定交流分量i_{e_ac}、衰减分量i_{e_dec}三部分。电流互感器稳定运行一段时间后，可视为励磁电流中衰减分量i_{e_dec}＝0，则此时励磁电流则为：

假设二次负荷为纯电阻，并忽略漏阻抗，即Tb＝0，则公式(5)可转化为：

公式(6)中：β＝arctan(ωT_s)。

对于实际中应用的电流互感器，因此励磁电流的表达式为：

根据公式(7)可知，从附加绕组注入的直流在电流互感器稳态运行时会成为励磁电流恒定的一部分，在铁芯内部形成恒定的励磁磁通。比较公式(1)和公式(7)可知，两种情况下的励磁电流表达式相近，表达式的首项均表示直流助磁和剩磁在励磁电流内形成的恒定分量，此恒定分量会加速电流互感器的饱和，表达式的第二项均为电流互感器一次电流的，因此用直流助磁模拟电流互感器铁芯剩磁是可行的。

在本可选实施例中，基于直流助磁和剩磁的等效分析设计了直流助磁模拟铁芯产生剩磁试验平台，图8是根据本发明可选实施方式的试验电路的示意图，如图8所示，AC1为380V交流源，T1为自偶变压器，R2为限流电阻，DC为可调直流电压源，R3为调节电流电阻，L1为阻交流线圈，AC2为可调交流源。

该试验平台由交流退磁电路、直流助磁电路和误差测量电路三部分组成，首先利用交流退磁电路消除电流互感器铁芯内原有剩磁；然后向电流互感器一次侧通入交流，同时利用附加绕组通入直流助磁，通入直流的大小由铁芯磁滞回线上的磁密-电流对应点推算得出；最后待电流互感器稳态运行后可测量电流互感器二次侧电流波形与测量误差。如此，可以通过测量通入的直流量与电流互感器误差的关系来研究剩磁对误差的影响，从而能够定量的研究电流互感器剩磁问题。

在本试验电路中，包括：交流退磁电路、直流助磁电路和误差测量电路。在交流退磁电路中，AC1为380V交流源、T1为自偶变压器、R2为限流电阻。实验利用开路退磁法进行退磁，保证铁芯通入直流助磁时，其内部不存在原始剩磁，消除了原有剩磁与直流助磁相互累加后对实验精确度产生的干扰。

在直流助磁电路中，DC为可调直流电压源、R3为调节电流电阻、L1为阻交流线圈。利用L1线圈可以防止误差测量电路与直流助磁电路之间的电流干扰。

在误差测量电路中，AC2为可调交流源，用以调节电流互感器稳态运行电流，附加绕组匝数可根据实际需求设计、采用便携式互感器校验仪测量电流互感器计量误差。并且为了保证误差测量的精度，使用的标准电流互感器的准确等级为0.01S，电流互感器负荷箱Z的准确度为±3％。

在本可选实施例中，上述试验平台包括如下操作步骤：

步骤1，用交流退磁电路退去被试电流互感器铁芯中的原有剩磁。

步骤2，向一次侧通入交流，同时利用附加绕组通入直流助磁，通入直流量的大小根据铁芯磁滞回线上的磁密--电流对应值推算可得。

步骤3，当电流互感器稳态运行后测量电流互感器二次侧电流波形与测量误差。

本实用新型专利所设计的试验平台，通过附加绕组向电流互感器铁芯注入直流以模拟剩磁，从而通过通入的直流量与电流互感器误差的关系来研究剩磁对误差的影响，解决了剩磁研究总的定量问题，其中，通入的直流量可根据铁芯磁滞曲线上的磁密-电流对应点推算得到。整个试验平台简便易行，可用来定量研究剩磁对电流互感器的影响。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围，本实用新型的保护范围应以权利要求所述为准。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本实用新型的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本实用新型不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。