电流电压互感器原理、应用及检定

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1、中国电力科学研究院国家高电压计量站周 峰 / 高级工程师02759258308 / 主要内容主要内容2u第一章第一章 理论基础理论基础u第二章第二章 互感器原理及应用互感器原理及应用u第三章第三章 互感器检定技术互感器检定技术u第四章第四章 故障原因分析故障原因分析u第五章第五章 互感器建标考核互感器建标考核3第一章第一章 基础知识基础知识1.1 1.1 电工测量基础电工测量基础（一）测量、计量（一）测量、计量 测量的定义测量的定义（狭义） ： “ “以确定量值为目的的一组操作以确定量值为目的的一组操作”。 例：电压表测电压，温度计测温度，例：电压表测电压，温度计测温度，4测量的定义测量的定义

2、（广义） ： 测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，而且还包括对更广泛的被测对象进行定性定性、定位定位的测量。例例：故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、地震源测定、卫星定位等5 测量与计量密切相关，但又有不同测量与计量密切相关，但又有不同计量是一种特殊形式的测量，它把被测量设备与国家计量部门作为基准或标准的同类单位量进行比较，以确定合格与否，并给出具有法律效力的证书。计量计量是利用技术和法制手段实现单位统一单位统一和量值准确量值准确可靠可靠的测量测量。计量的三个主要特征三个主要特征是统一性、准确性和法制性统一性、准确性和法制性。计量包含了为达到统一和准确一致所进行的全部活动，如单位的统一、

3、基准和标准的建立、进行量值传递、计量监督管理、测量方法及其手段的研究等。 注注：计量活动 和测量活动的区别 计量与测量的关系计量与测量的关系6（二）测量（计量）过程（二）测量（计量）过程 测量包含三个重要因素：测量包含三个重要因素：测量对象测量对象，测量方测量方法法，测量设备测量设备。 计量包含五个重要因素：计量包含五个重要因素：人，机，料，法，人，机，料，法，环环。7u电气测量的内容是：电气测量的内容是：n电参量测量分电参量测量分电磁测量电磁测量和和电子测量电子测量，具体测量对象，具体测量对象包括：n电能量的测量电能量的测量 包括各种频率及波形下的电压、电流、功率、电场强度等的测量。n电路参

4、数的测量电路参数的测量 包括电阻、电感、电容、阻抗、品质因数、电子器件参数等的测量。n电信号特征的测量电信号特征的测量 包括信号、频率、周期、时间、相位、调幅度、调频指数、失真度、噪音以及数字信号的逻辑状态等的测量。n电子设备性能的测量电子设备性能的测量 包括放大倍数、衰减、灵敏度、频率特性、通频带、噪声系数的测量。8（三）测量方法（三）测量方法 按测量过程分：按测量过程分：直接测量、间接测量和组合测量。直接测量、间接测量和组合测量。 直接测量：直接测量：直接测量又称为直读式测量，被测量的量值可从仪表盘或表上直接读取。优点：优点：方法简便，读数迅速。缺点：缺点：由于仪表接入被测电路后，会使电路

5、工作状态发生变化，因而这种测量方法的准确度较低。举例：举例：电流表测量电流，电压表测量电压，功率表测量功率等。9 间接测量法（比较测量法间接测量法（比较测量法）：）：零值法零值法，差值法差值法，替代法替代法u零值法零值法：在测量过程中，通过改变标准量，使其与被测量相等（即两者差值为零），从而确定被测量数值的方法叫零值法。如用电桥测量电阻就属于这种方法。u差值法差值法：利用被测量与标准量的差值作用于测量仪表，从而确定被测量数值的方法，叫差值法。如用校验仪测量互感器误差就属于这种方法。u替代法替代法：在测量过程中，用已知标准量代替被测量，若维持仪表原来的读数不变，则被测量必等于已知标准量，这种测量

6、方法叫做代替法。u优点：优点：准确度高 缺点：缺点：设备复杂，价格较高，操作麻烦10U：标准电压源，R1和R2：标准分压电阻，D：指零仪。测量时，通过调节R1和R2的比例，使D指零，这时212RRRUUx%100nxUUU待 测 电 压 源R1R2AUxDTV0：标准互感器， TVx：被测互感器。测量时，通过调节微差源使指零仪指零，这时零值法零值法差值法差值法11替代法替代法曹冲称象12电桥平衡时必须同时满足两个平电桥平衡时必须同时满足两个平衡条件：衡条件：模平衡条件模平衡条件与与相位平衡相位平衡条件条件23ZZZZNx423123jjNjjxeZeZeZeZ23ZZZZNx23Nx阻抗电桥1

7、3xxxjwCRZ1NNjwCZ122RZ )1/(1333jwCRZNxZZZZ2332YZZZNx根据衡条件：根据衡条件： )1 (11332jwCRjwCRjwCRNxx)13232NNjwCRRCCRNxNxCRRCCCRR2332西林电桥14按测量性质分：按测量性质分：时域测量、频域测量、数据域测时域测量、频域测量、数据域测量量和和调制域测量。调制域测量。（1）时域测量：测量被测信号幅度与时间的函数关系。（2）频域测量：测量被测信号幅度与频率的函数关系。（3）数据域测量：测量数字量或电路的逻辑状态随时间变化而变化的特性。（4）调制域测量： 测量被测信号频率随时间变化而变化的特性。15

8、中中国国计计量量院院中中国国测测试试院院国国家家标标物物中中心心授授权权基基准准实实验验室室大大区区国国家家计计量量中中心心省省级级计计量量所所市市（地地）计计量量所所分分站站县县（区区）计计量量所所工工矿矿企企业业、商商店店、研研究究院院所所、医医院院、学学校校等等国国防防计计量量中中心心行行业业计计量量中中心心国国家家专专业业计计量量站站国国家家标标准准级级级级级级工工作作标标准准测量标准的传递测量标准的传递161.2 1.2 误差理论基础误差理论基础精密度：精密度：在规定条件下，对同一被测对象重复测量所得示值间的一致程度。一般用统计量描述，如标准偏差等。正确度：正确度：无穷多次重复测量所

9、得量值的平均值与一个参考量值间的一致程度。准确度：准确度：测得值与真值间的一致程度。指测量仪器的读数与被测量真值相一致的程度，可用指测量仪器的读数与被测量真值相一致的程度，可用精密精密度度、正确度正确度和和准确度准确度来表示。来表示。（一）测量仪器的精度（一）测量仪器的精度评价方法：误差、不确定度评价方法：误差、不确定度17测量误差分类测量误差分类 系统误差系统误差随机误差：偶发原因随机误差：偶发原因引起大小方向都不确引起大小方向都不确定的误差定的误差粗大误差：测量人员粗大误差：测量人员疏忽造成疏忽造成根据测量误差的性质及产生的原因，可分为：根据测量误差的性质及产生的原因，可分为： 误差：指测

10、量的结果与被测量的真实值（实际值）之间存误差：指测量的结果与被测量的真实值（实际值）之间存在的差异在的差异 。（二）误差定义及分类（二）误差定义及分类18（三）测量误差的表示方法（三）测量误差的表示方法绝对误差绝对误差 absolute error 相对误差相对误差 relative error 引用误差引用误差 quoted error 19l仪表的指示值Ax与被测量实际值A0之间的差值，叫做绝对误差。 AxA0在计算值时，通常可用标准表的指示值作为被测量的实际值。 将上式变形可得 A0AxAx+（）Ax +C 上式中的C称为仪表的修正值。绝对误差绝对误差20l绝对误差与被测量实际值A0比值

11、的百分数，叫做实际相对误差实际相对误差 ，即 l一般情况下实际值A0难以确定，用仪表的指示值Ax替代，称示值相对误差示值相对误差，即%100 xA%1000A相对误差相对误差21 绝对误差与仪表量程（最大读数）Am比值的百分数，叫做引用误差引用误差m，即 %100mmA引用误差引用误差引用误差实际上就是引用误差实际上就是仪表在最大读数时的相对仪表在最大读数时的相对误差误差，即，即满度相对误差满度相对误差。 然而，实践证明，在然而，实践证明，在仪表测量范围内的每仪表测量范围内的每个示值的绝对误差个示值的绝对误差都是不同的。都是不同的。22%100%mmAK 为此，又引入为此，又引入最大引用误差最

12、大引用误差的概念，用最大绝对的概念，用最大绝对误差误差m代替代替既能克服了引用误差的不足，又更加统一地描既能克服了引用误差的不足，又更加统一地描述了误差所对应的测量精度。述了误差所对应的测量精度。 国家标准中规定以最大引用误差来表示仪国家标准中规定以最大引用误差来表示仪表的准确度表的准确度。23误差合成误差合成),(21nxxxfy ix其中其中y、的绝对误差为的绝对误差为ixy、),(2211nnxxxxxxfyynnxxfxxfxxfyyy2211niiixxyy1niiiyyxxy1绝对误差绝对误差相对误差相对误差24实例：和函数误差实例：和函数误差2212121122122121112

13、121xxyyxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxyy或例：例：2526（四）测量不确定度（四）测量不确定度定义：定义：表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。“合理”reasonably，是指在统计控制状态下，即处 于重复性条件下或重现性条件下的测量状态。“分散性”Dispersion，指测量结果的分散性，即测量结果以一定概率落在某个量值区间。“相联系”associated with，不确定度是和测量结果一起，用来表明在给定条件下对被测量进行测量时,测量结果所可能出现的区间。 A类标准不确定度（UA） 标准不确定度 B类标准不确定度（UB） 合成标准不确定度（UC） 不

14、确定度 U（K2） 测 扩展不确定度 U（K3） 量 U95 不 U99确 定 A类相对标准不确定度（UArel）度 相对标准不确定度 B类相对标准不确定度 （UBre） 合成相对标准不确定度（UCrel） 相对不确定度 Urel （K2） Urel （K3） 相对扩展不确定度 Urel 95 Urel 99分类分类相对不确定度相对不确定度=不确定度不确定度被测量之被测量之值值扩展不确定度扩展不确定度=标准不确定度标准不确定度包含因子包含因子28注注:(1)标准不确定度：标准不确定度：用标准偏差给出的不确定度。用标准偏差给出的不确定度。(2)A 类标准不确定度：类标准不确定度：用统计方法评定出

15、的不确定度。其用统计方法评定出的不确定度。其评定方法称为评定方法称为A类评定。类评定。(3)B类标准不确定度：类标准不确定度：用非统计方法评定出的不确定度。用非统计方法评定出的不确定度。其评定方法称为其评定方法称为B类评定。类评定。(4)合成不确定度：合成不确定度：当测量结果是由若干个其他量的值求得当测量结果是由若干个其他量的值求得时，按其他各量的方差和协方差算得的标准不确定度。时，按其他各量的方差和协方差算得的标准不确定度。(5)相对不确定度相对不确定度: 不确定度除以被测量之值。不确定度除以被测量之值。(6)扩展不确定度：扩展不确定度：确定测量结果区间的量，合理赋予被测确定测量结果区间的量

16、，合理赋予被测量之值分布在指定概率内含于此区间。量之值分布在指定概率内含于此区间。29误差误差不确定度不确定度量的定义量的定义测量结果减真值测量结果的分散性、分布区间的半宽与测量结果与测量结果的关系的关系针对给定测量结果，不同结果误差不同合理赋予被测量之值均有相同不确定度。不同测量结果，不确定度可以相同与测量条件与测量条件的关系的关系与测量条件、方法、程序无直接关联，只要测量结果不变，误差也不变条件、方法、程序改变时，测量不确定度必定改变而不论测量结果如何表达形式表达形式差值，有一个符号：正或负标准偏差、置信区间的半宽，恒为正值分量的划分分量的划分按出现于测量结果中的规律分为随机误差与系统误差

17、按评定的方法划分为A类和B类，两类不确定度分量无本质区别分量的合成分量的合成代数和方和根，必要时引入协方差置信概率置信概率不存在一般，需要给出不确定度不确定度 VS 误差误差30301.3 1.3 电磁学基础电磁学基础磁力线与电流之间的右螺旋关系31 SdSB32物质物质 r r（H/mH/m）物质物质 r r（H/mH/m）空气空气1 1000 000 365000 000 365硅钢片硅钢片10103 3铝铝1 1000 214000 214坡莫合金坡莫合金10104 4主要导磁物质的相对磁导率主要导磁物质的相对磁导率 33附加磁场外磁场磁场强度H也是表征磁场强弱和方向的物理量, 单位是A

18、/m。 B=f(H) H=B/ 起始磁化曲线起始磁化曲线周期磁化曲线周期磁化曲线将一块未磁化的铁磁材料制成闭合铁芯，其上绕有绕组，调节使电流从将一块未磁化的铁磁材料制成闭合铁芯，其上绕有绕组，调节使电流从零开始逐渐增大，则铁芯中穿过横截面的磁通密度将随之增大，测得不零开始逐渐增大，则铁芯中穿过横截面的磁通密度将随之增大，测得不同同H值下的值下的B值，可绘出值，可绘出B-H曲线。曲线。35 选择不同的磁场强度H反复磁化时，可得出不同的磁滞回线,将各条磁滞回线的顶点连接起来，所得的曲线称为基本磁化曲线。近似于起始磁化曲线。基本磁化曲线基本磁化曲线铁磁材料基本磁化曲线铁磁材料基本磁化曲线36电生磁的

19、基本定律电生磁的基本定律 安培环路定律安培环路定律 磁生电的基本定律磁生电的基本定律 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律371 1、安培环路定律安培环路定律 2 2、法拉第感应定律法拉第感应定律dtddtdNeNiHL 11iNHL 22iNHL 1221NNii电流互感器基本原理11deNdt 22deNdt 2121NNee电压互感器基本原理NiidkLlH38对于均匀磁路：mmRSlBlHlNiF式中， SlRm定义为磁路的磁阻磁阻。磁阻的倒数:mmR13 3、 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律3940401.4 1.4 我国电力系统概述我国电力系统概述G M

20、 M 电力网电力网电力系统电力系统动力系统动力系统 发电厂发电厂 水轮机水轮机 发电机发电机升压变压器升压变压器输电线路输电线路降压变压器降压变压器用户用户 用电设备用电设备4142u五大发电集团HuanengDatangHuadianGuodianPIC可控装机容量可控装机容量 (GW)37.9732.2531.0930.4329.89权益装机容量权益装机容量 (GW)19.3820.9720.9220.3521.95可控资产可控资产(B RMB)1265715712733769净资产净资产 (B RMB)572441450471556员工数量员工数量 (person)37712733687

21、93317644173847占全国容量比例占全国容量比例8.63%7.33%7.07%6.92%6.79%（截止2004）年43u两大国家级电网44u四种电网类型一级输电网络 一级输电向二级输电系统输送电能。这类电网将发电厂与枢纽变电站连接起来，进而将电能输送到二级输电网络。一般采用三相架空杆塔线路联结成网。通常电力用户，即使是大型用户都不直接从该电网中取电。输电网的电压范围通常为： 220 kV 220 kV （330330）500kV 500kV （750 750 ）1000 kV1000 kV 45u四种电网类型二级输电网络二级输电网从枢纽变电站汲取电能，向大型工业用户的配电变电站 和公

22、共电网HV/MV配电变电站供电。该电网通常采用架空线形式（有时在靠近城区的地方采用电缆形式），电压范围为： (66)110kV (66)110kV - 220 - 220 kVkV。46u四种电网类型中压配电网 中压配电网从HV/MV 变电站或公共电网的配电系统取得电能，向中小型工业用户供电。 中压配电网在城区一般采用地缆形式，在乡村一般采用架空线，电压范围通常为： 6 6 kV- kV- 35 35 kVkV。47u四种电网类型低压配电网 低压配电网从公共配电变电站向各种个人用户、工厂车间等供电。 低压配电网通常采用地缆或架空线路的形式，电压一般为 380 380 V V。48B BH Ha

23、 ab bc cd d)(HfB HBuFeHuB0 铁磁材料的起始磁化曲线铁磁材料的起始磁化曲线由于外磁场较弱，磁畴由于外磁场较弱，磁畴不会产生大规模偏转，不会产生大规模偏转，磁通密度增加不快。磁通密度增加不快。外磁场增强，磁畴产生外磁场增强，磁畴产生大规模偏转，磁通密度大规模偏转，磁通密度增加较快。增加较快。外磁场继续增加，大部外磁场继续增加，大部分磁畴已完成偏转，分磁畴已完成偏转，B值增加变得缓慢。值增加变得缓慢。拐点、拐点、膝点膝点在各种电机、变压器的主磁路中，在各种电机、变压器的主磁路中，为了获得较大的磁通，但又不过分为了获得较大的磁通，但又不过分的增大励磁电流，通常把铁心内工的增大励磁电流，通常把铁心内工作点的作点的B选择在膝点附近。选择在膝点附近。49谢谢 谢谢! !