如何测量电流互感器
作者:路由通
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发布时间:2026-02-11 21:05:03
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电流互感器是电力系统中实现电流变换与电气隔离的关键设备,其测量准确性直接关系到计量、保护与控制系统的可靠性。本文旨在提供一份详尽实用的测量指南,涵盖测量前的准备工作、多种核心测量方法(如变比、极性、伏安特性、误差及绝缘电阻测试)、所需专业仪器、操作步骤、结果分析以及安全注意事项,旨在帮助技术人员系统掌握电流互感器的性能评估与校验技能,确保其安全、精准地投入运行。
在电力系统的庞大网络中,电流互感器扮演着不可或缺的“感知器官”角色。它默默地将高压大电流线路中的电流,按比例转换为低压小电流,为后端的计量仪表、继电保护装置以及监控系统提供既安全又准确的信号。可以毫不夸张地说,电流互感器的性能优劣,直接牵动着整个电力系统的经济结算公平性、运行安全性与控制可靠性。因此,掌握如何科学、规范地测量电流互感器,是每一位电力从业者,尤其是从事安装、调试、检修和试验工作的技术人员必须夯实的基本功。
然而,测量电流互感器并非简单地接上仪表读数那么简单。它是一套严谨的技术流程,涉及对设备内在电气特性的全面探查。从最基础的变比极性,到反映其工作性能的伏安特性曲线,再到决定其计量精度的比差与角差,每一项参数的测量都如同一次精密的“体检”,旨在确保这个“感知器官”健康、灵敏且可靠。本文将深入浅出,系统性地阐述电流互感器的测量全流程,希望能为您的工作提供一份详实可靠的参考。一、 测量前的全面准备:安全与精准的基石 工欲善其事,必先利其器。在开始任何测量之前,充分而细致的准备工作是确保后续操作安全、顺利且数据准确的前提。这一阶段的工作,往往比测量本身更能体现一名技术人员的专业素养。 首要任务是研读技术资料。务必找到被测电流互感器的铭牌和技术说明书。铭牌上清晰地标注着额定一次电流、额定二次电流、准确度等级、额定负荷、额定电压等关键参数。这些参数不仅是后续选择测量仪器量程和判断测量结果是否合格的直接依据,也是理解该设备设计性能的窗口。例如,一个标注为“0.2S级”的互感器,其用于电能计量的误差要求,就远比一个“10P级”用于保护的互感器要严格得多。 其次,进行彻底的外观与结构检查。观察绝缘外壳是否有裂纹、破损或爬电痕迹;检查接线端子是否牢固、有无氧化或松动;确认铭牌清晰可辨。对于油浸式电流互感器,还需检查油位是否正常、有无渗漏油现象。任何外观缺陷都可能预示着内部隐患,必须在测试前予以记录或处理。 接着,执行至关重要的安全措施。确认被测电流互感器已从运行电网中完全隔离,这不仅仅是断开开关,更要严格执行“停电、验电、挂接地线、悬挂标识牌”的电气安全技术措施。使用合格的验电器在设备各相及接地处验明无电压后,在可能来电的各侧装设接地线,将设备充分放电,尤其是电容型电流互感器,其内部储存的电荷可能危及人身安全。同时,在断开的一次侧和二次侧做好明显标记,防止误操作。 最后,根据计划测量的项目,准备相应的仪器仪表与工具。常用的专业设备包括:电流互感器综合测试仪(或分立的互感器校验仪)、调压器与大电流发生器(用于提供一次电流)、升流器、负载箱、绝缘电阻测试仪(兆欧表)、直流电阻测试仪、万用表等。确保所有仪器均在检定有效期内,并提前检查其功能是否正常。准备合适的测试线、接地线和个人安全防护用品,如绝缘手套、绝缘垫、安全帽等。二、 核心测量项目与方法详解 完成了周密的准备,我们便进入了实质性的测量阶段。电流互感器的测量包含多个项目,每一项都从不同维度揭示其特性。下面我们将逐一拆解这些核心项目的测量原理、方法与步骤。1. 绝缘电阻测量:评估绝缘健康状况 绝缘电阻测量是电气设备试验的“第一道关卡”,目的是检查电流互感器各绕组之间以及绕组对地(外壳)的绝缘是否良好,是否存在受潮、老化或破损等缺陷。通常使用手摇式或数字式绝缘电阻测试仪(兆欧表)进行测量。 测量时,应根据设备的额定电压选择合适的兆欧表电压等级,例如对于35千伏及以下的设备,常选用2500伏兆欧表。测量步骤如下:首先,将被测绕组的所有端子短接,非被测绕组的所有端子短接后接地(或接外壳)。例如,测量一次绕组对二次绕组及地的绝缘电阻时,将一次绕组的P1和P2端子短接,接至兆欧表的“线路(L)”端;将所有二次绕组端子短接并与接地外壳连接后,接至兆欧表的“接地(E)”端;兆欧表的“屏蔽(G)”端可根据需要接至电缆屏蔽层以消除表面泄漏影响。然后,以均匀速度摇动兆欧表手柄(或启动电子兆欧表)达到额定转速,待指针稳定后(通常为60秒),读取绝缘电阻值。 判断标准需参考设备技术条件或相关规程(如《电力设备预防性试验规程》)。一般而言,新投运或大修后的电流互感器,其绝缘电阻值不应低于出厂值的70%,且与历史数据相比不应有显著下降。对于不同温度下的测量值,有时还需换算到同一温度(如20摄氏度)下进行比较。绝缘电阻过低是严重的警示信号,必须查明原因并处理后方可进行后续试验。2. 绕组直流电阻测量:探查导电回路完整性 测量绕组(主要指二次绕组)的直流电阻,可以检查绕组内部导线连接是否良好、有无匝间短路、断线或接触不良等缺陷。虽然电流互感器正常运行时工作在交流状态,但直流电阻的异常往往能间接反映交流阻抗的问题。 使用直流电阻测试仪(如双臂电桥或数字式直阻仪)进行测量。测量前,应确保绕组与外部连接完全断开。将测试仪的电流端子(C1, C2)和电位端子(P1, P2)分别接至被测绕组的两个出线端。对于电流互感器,其一次绕组直流电阻通常很小(尤其是大电流比互感器),需要选择合适量程的高精度仪器。二次绕组的直流电阻值相对较大,但也多在欧姆级以下。 测量结果应与出厂值、铭牌值或同一批次其他相的数据进行比较。三相电流互感器各相二次绕组的直流电阻值应基本平衡,相差一般不应超过平均值的2%。若某相直流电阻明显偏大,可能存在连接松动或断股;若明显偏小,则需警惕是否存在匝间短路的可能。3. 极性检查:确保接线方向正确 极性是电流互感器一个极其重要的特性,它定义了二次电流方向与一次电流方向之间的关系。正确的极性是继电保护装置(如差动保护、方向保护)正确动作的前提,也是电能计量准确的基础。几乎所有电流互感器都采用“减极性”标注法,即当一次电流从P1端流入、P2端流出时,感应产生的二次电流应从S1端流出、S2端流入,回到负荷。 检查极性有多种方法,最经典的是直流法。使用一节干电池(1.5至3伏)和一块灵敏度较高的直流毫安表或万用表直流毫安档。将电池正极通过开关临时接在一次绕组的P1端,负极接P2端;将毫安表的正表笔接二次绕组的S1端,负表笔接S2端。在闭合开关的瞬间,观察毫安表指针的偏转方向:若指针正向偏转(向右),则说明极性正确(减极性);若反向偏转,则为加极性。试验时动作要迅速,观察要仔细,因为通电时间过长可能损坏仪表或互感器。此外,也可使用专用的互感器综合测试仪,其通常内置快速、准确的极性判断功能。4. 变比测量:验证电流变换比例 变化测量是验证电流互感器实际电流变换比例是否与铭牌标称值相符。虽然现代综合测试仪能高效完成此任务,但理解其原理至关重要。基本原理是在一次侧施加一个已知的试验电流(通常远低于额定一次电流,但需保证二次侧能产生可准确测量的信号),同时测量二次侧产生的电流,两者之比即为实际变化。 传统方法需要调压器、升流器、标准电流互感器和电流表等设备搭建测试回路,操作复杂且存在安全隐患。现在普遍采用电流互感器综合测试仪。以单电流法为例:将仪器的一次电流输出端(大电流端子)接至被测互感器的一次绕组(P1, P2);将仪器的二次电流测量端接至被测互感器的二次绕组(S1, S2),并确保二次侧其他端子可靠短路。在仪器上设定好额定一次电流和二次电流值,启动测试。仪器内部会输出一个一次电流(如额定一次电流的1%至5%),并同步测量二次电流,自动计算并显示实际变化和误差。测量应在多个电流点(如额定电流的1%, 5%, 20%, 100%, 120%)下进行,以全面评估其线性度。测量结果的变化误差应在该互感器准确度等级规定的限值之内。5. 伏安特性测量:描绘磁化曲线,评估饱和特性 伏安特性测量,即测量电流互感器二次绕组的励磁特性曲线(电压与励磁电流的关系曲线),是评估其性能,特别是保护用电流互感器性能的关键试验。这条曲线直观地反映了铁芯的磁化过程、饱和点以及拐点电压,对于判断互感器是否适用于特定保护方案(如差动保护)至关重要。 测量时,需将电流互感器的一次绕组开路,所有二次绕组除被测绕组外均应可靠短路接地。在二次绕组两端施加交流电压,从零开始缓慢升压,同时记录施加的电压值和流入绕组的励磁电流值,直至电压达到预定的最大值(通常为额定二次负荷下的饱和电压的1.3倍左右,或依据规程要求),或励磁电流急剧增大为止。使用综合测试仪可以自动完成升压、测量和绘图。 通过对伏安特性曲线的分析,可以获取多个重要参数:拐点电压(即曲线开始偏离直线时的电压)、饱和电压、计算10%误差曲线(用于校验保护用互感器在短路电流下的误差是否满足要求)。将实测曲线与出厂曲线或同类型产品曲线对比,若曲线整体下移,可能意味着铁芯存在匝间短路;若拐点电压明显降低,则说明铁芯磁性能下降,易于饱和,可能影响保护的正确动作。6. 误差测量:校验计量精度的核心 对于用于电能计量的电流互感器,其比差(比值误差)和角差(相位误差)的测量是最高精度的要求。比差是指实际二次电流与折算到二次侧的一次电流之差,占后者的百分比;角差是指二次电流相量与反转180度后的一次电流相量之间的相位差,通常以分(‘)表示。 误差测量必须在规定的负荷(阻抗)和功率因数下进行。这需要使用互感器校验仪、标准电流互感器、负载箱和调压升流设备共同构成一个比较电路。标准电流互感器的准确度等级至少要比被测互感器高两个等级。测试时,一次回路通以相同的试验电流,被测互感器与标准互感器的二次电流分别接入校验仪的比较回路。校验仪会直接显示出被测互感器相对于标准器的比差和角差值。 测量应分别在额定电流的1%(对S级), 5%, 20%, 100%, 120%等多个点进行,并在额定负荷和下限负荷(通常为25%额定负荷)两种条件下测试。只有当所有测试点的比差和角差均不超过其准确度等级(如0.2S级)所规定的误差限值时,该互感器才被认为合格,可用于精确计量。这项试验对环境、设备和操作人员技能要求最高,通常在实验室或条件完善的现场试验室进行。7. 退磁检查与处理:消除剩磁影响 电流互感器在经历大电流冲击(如短路故障)或直流电阻测试后,铁芯中可能会残留磁性,即剩磁。剩磁会改变铁芯的初始磁化状态,导致伏安特性曲线畸变,并影响误差特性,尤其是小电流下的误差。因此,在完成直流电阻测试或伏安特性试验后,必要时需对电流互感器进行退磁。 常用的退磁方法有开路退磁法和闭路退磁法。开路退磁法操作简单:将电流互感器二次绕组开路,在一次绕组(或二次绕组,视情况而定)通以工频电流,使电流从零缓慢增加到约额定电流的10%-20%,再缓慢均匀地降回零,重复此过程数次。闭路退磁法则是在二次绕组上接一个相当于额定负荷10-20倍的电阻,然后同样通入递增再递减的交流电流。退磁是否有效,可以通过比较退磁前后伏安特性曲线在低励磁区的重合度来判断。现代综合测试仪通常也集成有自动退磁功能。三、 测量结果分析与常见问题诊断 获取了各项测量数据后,科学的分析才是将数据转化为有价值信息的最后一步。我们需要将实测结果与标准、出厂报告、历史数据进行综合比对。 对于绝缘电阻,不仅要看绝对值是否达标,更要关注其吸收比(60秒值与15秒值之比)或极化指数(10分钟值与1分钟值之比)。这些比值能更好地反映绝缘受潮程度。若绝缘电阻低且吸收比小于1.3,通常表明绝缘可能受潮。 对于变比和误差,若发现变化误差普遍偏大或为负值,可能意味着二次绕组存在匝间短路(变比增大)或一次绕组匝数不符。角差异常偏大,可能与铁芯材料、结构或绕组分布电容有关。 对于伏安特性曲线,若曲线较出厂曲线整体大幅降低,拐点电压显著下降,是铁芯存在严重匝间短路或铁芯质量劣化的典型特征。这种互感器必须退出运行。 常见的问题还包括:极性接反,这通常是由于安装时疏忽所致,可通过前述直流法快速验证并纠正;二次回路开路,这是运行中的大忌,会在开路处产生危险高压,测量前必须确保所有不用的二次端子可靠短路;铁芯剩磁影响计量精度,通过规范的退磁操作可以消除。四、 测量中的安全警示与操作规范 贯穿整个测量过程的红线,永远是安全。除了开始提到的停电验电挂接地线外,在测量过程中还需特别注意:进行大电流输出试验(如变比测试)时,连接导线应足够粗,连接点必须紧固,防止发热或产生电弧。操作升流设备时,应有人监护,缓慢调节,密切监视电流值。在进行伏安特性或误差试验时,一次侧开路可能产生高电压,需确保人员远离开路点。所有测试完成后,应先将调压器归零,断开电源,再拆除接线。最后,必须拆除临时接地线,清理现场,恢复设备原有状态,并做好详细试验记录。 测量电流互感器,是一项融合了理论知识、实践技能和安全意识的技术工作。它要求我们既要懂原理,又要会操作;既要追求数据精准,又要时刻牢记安全底线。通过系统性地完成绝缘电阻、直流电阻、极性、变比、伏安特性、误差等一系列测量项目,我们就像为电流互感器进行了一次全面的“健康体检”,能够准确评估其当前状态,判断其是否满足运行要求,并为可能存在的缺陷提供诊断依据。希望这份详尽的指南,能成为您手边有价值的工具,助您在保障电力系统安全、稳定、经济运行的道路上,更加从容自信。
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