用于在线消除电磁式电流互感器剩磁的退磁电路及方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及在线消除电磁式电流互感器剩磁的电路及方法，属于电力自动化技 术。
【背景技术】
[0002] 电磁式电流互感器是电力系统中广泛应用的标准计量和保护用测试设备。在电力 系统进行线路切合操作或在短路故障的情况下，线路电流在暂态过程中会存在相当大的直 流分量，使铁心出现剩磁现象，造成铁芯的磁导率下降从而影响互感器的性能。
[0003] 对于保护型电流互感器，大量剩磁的存在将加重铁芯的饱和程度并缩短饱和时 间，是产生不平衡电流和导致差动保护误动的重要原因。对于装有自动重合闸的电力系统 保护装置，在故障跳闸切断电路后，铁芯中保留有一定的剩磁，重合闸后如果新建立的磁通 与剩磁的极性相同，会加剧铁心的饱和，误差急剧增加，造成二次保护装置误动作。
[0004] 铁芯剩磁也会使计量型互感器误差增大，现场互感器因暂态直流分量产生的直流 偏磁效应，使得剩磁值较大，且不易退磁。剩磁的存在使铁芯磁导率下降，造成互感器的比 差偏负，角差偏正，这是造成互感器准确度等级下降的最主要原因。电流互感器误差又会造 成电能计量和贸易结算不公。
[0005] 剩磁一旦产生，不会自动消失，在正常运行条件下将长期存在，进而影响电流互感 器传变特性及准确度。为了保持电流互感器长期反复使用的测量精度和保护准确度不变， 应采取措施降低电流互感器的剩磁。目前人们对此问题进行了研究，例如：使保护型互感器 的铁芯带有气隙，可将剩磁限制到10 %以下，使暂态特性大大改善，但磁阻较大，磁路效率 降低，也将增加漏磁和降低测量准确度，制造也不方便；对计量型电流互感器，可采用闭路 或开路退磁法进行退磁，以减小误差，但一般不能在线处理，且需要升流器、控制装置等电 气设施，整套设施比较笨重而且退磁过程接线和操作相对复杂；用叠片式铁芯或者非晶或 坡莫合金材料制作的互感器绕组铁芯可以减小剩磁的影响，但这类材料的价格较高，将成 倍地增加互感器的制造成本。
[0006] 剩磁的消除具有十分重要的意义，既能帮助提高继电保护整定计算的准确度和继 电保护动作的可靠性；又能提高电能测量的精确度，保证电能计量的公平合理。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种用于在线消除电 磁式电流互感器剩磁的退磁电路及方法。该电路能使电流互感器反复使用保持其测量精度 和保护准确度不变。
[0008] 为解决技术问题，本发明的解决方案是：
[0009] 提供一种用于在线消除电磁式电流互感器剩磁的退磁电路，电流互感器的等效励 磁电感（L ni)并联于二次侧，接地的绕线等效电阻（Rb)位于二次侧的一端；所述退磁电路包 括一个由第三电阻（R 3)与电感（L)组成的串联结构，其中电感（L)两端还并接了第三开关 (K3);该串联结构与第二电阻（R2)及第一开关（K1)均并联接于电流互感器二次侧的两端； 第三电阻（R3)的外端接地，电感（L)的外端通过第二开关（K2)接至直流电源（VdJ的一端， 直流电压源（V dJ的另一端接地；第二电阻（R2)及第一开关（K1)的非接地端之间设第一电 阻（R 1)。
[0010] 本发明还提供了基于前述电路的在线消除电磁式电流互感器剩磁的方法，包括以 下步骤：
[0011] (1)在电流互感器正常运行的状态下，确认第一开关（K1)闭合，第二开关（K 2)和 第三开关（K3)打开，此时退磁电路不投入使用；
[0012] (2)确认电流互感器一次侧开路后，依次打开第一开关（K1)闭合，闭合第二开关 (K 2)，将直流电压源（Vd。）投入退磁电路中，给电流互感器和电感（L)充电，将电流互感器从 未知的剩磁值充电至饱和状态；
[0013] (3)依次闭合第三开关（K3)，打开第二开关（K2)，不考虑损耗，此时电感（L)流过 恒定电流，电流互感器的励磁电感（L ni)放电；当励磁电流降为0时，电流互感器的剩磁达到 最大饱和剩磁；
[0014] (4)打开第三开关（K3)，此时流经电感（L)的电流流过电流互感器，给电流互感器 的励磁电感（L ni)进行反方向充电；当电流互感器的励磁电流不再增大时，励磁电感（Lni)和 电感（L)同时放电；放电结束后励磁电感的磁通为0,电流互感器的剩磁消除。
[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0016] (1)本发明的退磁电路在开关断开的很短时间内将电流互感器中的剩磁消除，帮 助提高继电保护整定计算的准确度和继电保护动作的可靠性；同时能提高电能测量的精确 度。
[0017] (2)本发明的退磁方法采用了与传统方法截然不同的技术原理，可以在线退磁。本 发明的使用过程无需将电流互感器退出运行，对其正常工作没有明显影响。
[0018] (3)本发明不需要复杂的信号检测电路和控制电路，且容易实现。该方法适用于不 同材料铁芯的电流互感器和不同等级的剩磁，退磁后铁芯剩磁的误差较小，且退磁速度快。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明专利的等效电路图。
[0020] 图中左侧电路为电流互感器的等效电路，右侧电路为退磁电路。
【具体实施方式】
[0021 ] 下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
[0022] 如附图1所示，用于在线消除电磁式电流互感器剩磁的退磁电路中，电流互感器 的励磁电感L ni并联于二次侧，接地的绕线等效电阻Rb位于二次侧的一端；其特征在于，所述 退磁电路包括一个由第三电阻R 3与电感L组成的串联结构，其中电感L两端还并接了第三 开关K3;该串联结构与第二电阻R 2及第一开关K i均并联接于电流互感器二次侧的两端；第 三电阻R3的外端接地，电感L的外端通过第二开关K2接至直流电源V d。的一端，直流电压源 Vd。的另一端接地；第二电阻R2及第一开关K i的非接地端之间设第一电阻R 1<3
[0023] 上述退磁电路的具体使用方法说明：
[0024] (1)在电流互感器正常运行的状态下，确认第一开关K1闭合，第二开关K 2和第三 开关K3打开，此时退磁电路不投入使用；
[0025] 在一个周期内电流互感器的二次侧没有电流信号的情况下，可以确认一次侧开 路。
[0026] (2)确认电流互感器一次侧开路后，依次打开第一开关K1，闭合第二开关K 2，将直 流电压源Vd。投入退磁电路中，给电流互感器和电感L充电，将电流互感器从未知的剩磁值 充电至饱和状态；利用电流互感器的饱和点信息（i sat，Asat)，将这一阶段的电感近似为L1, L1的求解如公式⑴所示：
[0027]
(1)
[0028] 考虑到从负的最大饱和剩磁充电到正的饱和磁通值时所用充电时间最长，负的最 大饱和剩磁λ _ _为饱和磁通值的70 %，此时电路充电的近似最大时间常数τ 1如式（2) 所示，该参数用于确保下一开关，即第二开关K2在充电完成后打开，充电持续三到五个最大 时间常数后，可近似认为充电完成；
[0029]
(2)
[0030] 此时电流互感器的磁通值为Asat。当充电完成后，流过励磁电感Lni的电流为饱和 电流i sat，可通过该参数确定电阻R1的值；R1可限制充电回路中的电流，使互感器的励磁电 感不至于过饱和。
[0031]
C3)
[0032] (3)依次闭合第三开关K3，打开第二开关1(2，此时电感L流过恒定电流，电流互感器 的励磁电感L ni放电；当励磁电流降为0时，电流互感器的剩磁达到最大饱和剩磁；利用电流 互感器的饱和点信息（isat，A sat)和最大饱和剩磁值λ _ _将这一阶段的电感近似为L 2， L2的求解如公式（3)所示：
[0033]
(4)
[0034] 此时电路放电的近似最大时间常数τ2如式（4)所示，该参数用于确保下一开关， 即第三开关K 3在励磁电感放电完成后打开，放电持续三到五个最大时间常数后，可近似认 为放电完成；
轉
[0036] (4)打开第三开关K3，此时流经电感L的电流流过电流互感器，给电流互感器的励 磁电感Lni进行反方向充电；当电流互感器的励磁电流不再增大时，励磁电流值为i ，此 时的磁通值为λ 由下列推导公式计算得到：
[003