用于在線消除電磁式電流互感器剩磁的退磁電路及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及在線消除電磁式電流互感器剩磁的電路及方法，屬于電力自動(dòng)化技 術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電磁式電流互感器是電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量和保護(hù)用測(cè)試設(shè)備。在電力 系統(tǒng)進(jìn)行線路切合操作或在短路故障的情況下，線路電流在暫態(tài)過(guò)程中會(huì)存在相當(dāng)大的直 流分量，使鐵心出現(xiàn)剩磁現(xiàn)象，造成鐵芯的磁導(dǎo)率下降從而影響互感器的性能。
[0003] 對(duì)于保護(hù)型電流互感器，大量剩磁的存在將加重鐵芯的飽和程度并縮短飽和時(shí) 間，是產(chǎn)生不平衡電流和導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的重要原因。對(duì)于裝有自動(dòng)重合閘的電力系統(tǒng) 保護(hù)裝置，在故障跳閘切斷電路后，鐵芯中保留有一定的剩磁，重合閘后如果新建立的磁通 與剩磁的極性相同，會(huì)加劇鐵心的飽和，誤差急劇增加，造成二次保護(hù)裝置誤動(dòng)作。
[0004] 鐵芯剩磁也會(huì)使計(jì)量型互感器誤差增大，現(xiàn)場(chǎng)互感器因暫態(tài)直流分量產(chǎn)生的直流 偏磁效應(yīng)，使得剩磁值較大，且不易退磁。剩磁的存在使鐵芯磁導(dǎo)率下降，造成互感器的比 差偏負(fù)，角差偏正，這是造成互感器準(zhǔn)確度等級(jí)下降的最主要原因。電流互感器誤差又會(huì)造 成電能計(jì)量和貿(mào)易結(jié)算不公。
[0005] 剩磁一旦產(chǎn)生，不會(huì)自動(dòng)消失，在正常運(yùn)行條件下將長(zhǎng)期存在，進(jìn)而影響電流互感 器傳變特性及準(zhǔn)確度。為了保持電流互感器長(zhǎng)期反復(fù)使用的測(cè)量精度和保護(hù)準(zhǔn)確度不變， 應(yīng)采取措施降低電流互感器的剩磁。目前人們對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了研究，例如：使保護(hù)型互感器 的鐵芯帶有氣隙，可將剩磁限制到10 %以下，使暫態(tài)特性大大改善，但磁阻較大，磁路效率 降低，也將增加漏磁和降低測(cè)量準(zhǔn)確度，制造也不方便；對(duì)計(jì)量型電流互感器，可采用閉路 或開(kāi)路退磁法進(jìn)行退磁，以減小誤差，但一般不能在線處理，且需要升流器、控制裝置等電 氣設(shè)施，整套設(shè)施比較笨重而且退磁過(guò)程接線和操作相對(duì)復(fù)雜；用疊片式鐵芯或者非晶或 坡莫合金材料制作的互感器繞組鐵芯可以減小剩磁的影響，但這類材料的價(jià)格較高，將成 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義，既能幫助提高繼電保護(hù)整定計(jì)算的準(zhǔn)確度和繼 電保護(hù)動(dòng)作的可靠性；又能提高電能測(cè)量的精確度，保證電能計(jì)量的公平合理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種用于在線消除電 磁式電流互感器剩磁的退磁電路及方法。該電路能使電流互感器反復(fù)使用保持其測(cè)量精度 和保護(hù)準(zhǔn)確度不變。
[0008] 為解決技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的解決方案是：
[0009] 提供一種用于在線消除電磁式電流互感器剩磁的退磁電路，電流互感器的等效勵(lì) 磁電感（L ni)并聯(lián)于二次側(cè)，接地的繞線等效電阻（Rb)位于二次側(cè)的一端；所述退磁電路包 括一個(gè)由第三電阻（R 3)與電感（L)組成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中電感（L)兩端還并接了第三開(kāi)關(guān) (K3);該串聯(lián)結(jié)構(gòu)與第二電阻（R2)及第一開(kāi)關(guān)（K1)均并聯(lián)接于電流互感器二次側(cè)的兩端； 第三電阻（R3)的外端接地，電感（L)的外端通過(guò)第二開(kāi)關(guān)（K2)接至直流電源（VdJ的一端， 直流電壓源（V dJ的另一端接地；第二電阻（R2)及第一開(kāi)關(guān)（K1)的非接地端之間設(shè)第一電 阻（R 1)。
[0010] 本發(fā)明還提供了基于前述電路的在線消除電磁式電流互感器剩磁的方法，包括以 下步驟：
[0011] (1)在電流互感器正常運(yùn)行的狀態(tài)下，確認(rèn)第一開(kāi)關(guān)（K1)閉合，第二開(kāi)關(guān)（K 2)和 第三開(kāi)關(guān)（K3)打開(kāi)，此時(shí)退磁電路不投入使用；
[0012] (2)確認(rèn)電流互感器一次側(cè)開(kāi)路后，依次打開(kāi)第一開(kāi)關(guān)（K1)閉合，閉合第二開(kāi)關(guān) (K 2)，將直流電壓源（Vd。）投入退磁電路中，給電流互感器和電感（L)充電，將電流互感器從 未知的剩磁值充電至飽和狀態(tài)；
[0013] (3)依次閉合第三開(kāi)關(guān)（K3)，打開(kāi)第二開(kāi)關(guān)（K2)，不考慮損耗，此時(shí)電感（L)流過(guò) 恒定電流，電流互感器的勵(lì)磁電感（L ni)放電；當(dāng)勵(lì)磁電流降為0時(shí)，電流互感器的剩磁達(dá)到 最大飽和剩磁；
[0014] (4)打開(kāi)第三開(kāi)關(guān)（K3)，此時(shí)流經(jīng)電感（L)的電流流過(guò)電流互感器，給電流互感器 的勵(lì)磁電感（L ni)進(jìn)行反方向充電；當(dāng)電流互感器的勵(lì)磁電流不再增大時(shí)，勵(lì)磁電感（Lni)和 電感（L)同時(shí)放電；放電結(jié)束后勵(lì)磁電感的磁通為0,電流互感器的剩磁消除。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0016] (1)本發(fā)明的退磁電路在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的很短時(shí)間內(nèi)將電流互感器中的剩磁消除，幫 助提高繼電保護(hù)整定計(jì)算的準(zhǔn)確度和繼電保護(hù)動(dòng)作的可靠性；同時(shí)能提高電能測(cè)量的精確 度。
[0017] (2)本發(fā)明的退磁方法采用了與傳統(tǒng)方法截然不同的技術(shù)原理，可以在線退磁。本 發(fā)明的使用過(guò)程無(wú)需將電流互感器退出運(yùn)行，對(duì)其正常工作沒(méi)有明顯影響。
[0018] (3)本發(fā)明不需要復(fù)雜的信號(hào)檢測(cè)電路和控制電路，且容易實(shí)現(xiàn)。該方法適用于不 同材料鐵芯的電流互感器和不同等級(jí)的剩磁，退磁后鐵芯剩磁的誤差較小，且退磁速度快。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明專利的等效電路圖。
[0020] 圖中左側(cè)電路為電流互感器的等效電路，右側(cè)電路為退磁電路。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0022] 如附圖1所示，用于在線消除電磁式電流互感器剩磁的退磁電路中，電流互感器 的勵(lì)磁電感L ni并聯(lián)于二次側(cè)，接地的繞線等效電阻Rb位于二次側(cè)的一端；其特征在于，所述 退磁電路包括一個(gè)由第三電阻R 3與電感L組成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中電感L兩端還并接了第三 開(kāi)關(guān)K3;該串聯(lián)結(jié)構(gòu)與第二電阻R 2及第一開(kāi)關(guān)K i均并聯(lián)接于電流互感器二次側(cè)的兩端；第 三電阻R3的外端接地，電感L的外端通過(guò)第二開(kāi)關(guān)K2接至直流電源V d。的一端，直流電壓源 Vd。的另一端接地；第二電阻R2及第一開(kāi)關(guān)K i的非接地端之間設(shè)第一電阻R 1<3
[0023] 上述退磁電路的具體使用方法說(shuō)明：
[0024] (1)在電流互感器正常運(yùn)行的狀態(tài)下，確認(rèn)第一開(kāi)關(guān)K1閉合，第二開(kāi)關(guān)K 2和第三 開(kāi)關(guān)K3打開(kāi)，此時(shí)退磁電路不投入使用；
[0025] 在一個(gè)周期內(nèi)電流互感器的二次側(cè)沒(méi)有電流信號(hào)的情況下，可以確認(rèn)一次側(cè)開(kāi) 路。
[0026] (2)確認(rèn)電流互感器一次側(cè)開(kāi)路后，依次打開(kāi)第一開(kāi)關(guān)K1，閉合第二開(kāi)關(guān)K 2，將直 流電壓源Vd。投入退磁電路中，給電流互感器和電感L充電，將電流互感器從未知的剩磁值 充電至飽和狀態(tài)；利用電流互感器的飽和點(diǎn)信息（i sat，Asat)，將這一階段的電感近似為L(zhǎng)1, L1的求解如公式⑴所示：
[0027]
(1)
[0028] 考慮到從負(fù)的最大飽和剩磁充電到正的飽和磁通值時(shí)所用充電時(shí)間最長(zhǎng)，負(fù)的最 大飽和剩磁λ _ _為飽和磁通值的70 %，此時(shí)電路充電的近似最大時(shí)間常數(shù)τ 1如式（2) 所示，該參數(shù)用于確保下一開(kāi)關(guān)，即第二開(kāi)關(guān)K2在充電完成后打開(kāi)，充電持續(xù)三到五個(gè)最大 時(shí)間常數(shù)后，可近似認(rèn)為充電完成；
[0029]
(2)
[0030] 此時(shí)電流互感器的磁通值為Asat。當(dāng)充電完成后，流過(guò)勵(lì)磁電感Lni的電流為飽和 電流i sat，可通過(guò)該參數(shù)確定電阻R1的值；R1可限制充電回路中的電流，使互感器的勵(lì)磁電 感不至于過(guò)飽和。
[0031]
C3)
[0032] (3)依次閉合第三開(kāi)關(guān)K3，打開(kāi)第二開(kāi)關(guān)1(2，此時(shí)電感L流過(guò)恒定電流，電流互感器 的勵(lì)磁電感L ni放電；當(dāng)勵(lì)磁電流降為0時(shí)，電流互感器的剩磁達(dá)到最大飽和剩磁；利用電流 互感器的飽和點(diǎn)信息（isat，A sat)和最大飽和剩磁值λ _ _將這一階段的電感近似為L(zhǎng) 2， L2的求解如公式（3)所示：
[0033]
(4)
[0034] 此時(shí)電路放電的近似最大時(shí)間常數(shù)τ2如式（4)所示，該參數(shù)用于確保下一開(kāi)關(guān)， 即第三開(kāi)關(guān)K 3在勵(lì)磁電感放電完成后打開(kāi)，放電持續(xù)三到五個(gè)最大時(shí)間常數(shù)后，可近似認(rèn) 為放電完成；
轉(zhuǎn)
[0036] (4)打開(kāi)第三開(kāi)關(guān)K3，此時(shí)流經(jīng)電感L的電流流過(guò)電流互感器，給電流互感器的勵(lì) 磁電感Lni進(jìn)行反方向充電；當(dāng)電流互感器的勵(lì)磁電流不再增大時(shí)，勵(lì)磁電流值為i ，此 時(shí)的磁通值為λ 由下列推導(dǎo)公式計(jì)算得到：
[003