CN108333540B - 一种用于对计量用电流互感器剩磁进行评估的方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于对计量用电流互感器剩磁进行评估的方法，方法包括：根据输电线路的二次录波图获取发生短路故障时的电流结束角和短路电流的有效值；利用基本磁化曲线获取饱和磁通点的磁通值和饱和电压点的电压值；预先获取电流互感器的剩磁系数及二次负荷的阻抗；根据电流结束角、短路电流的有效值、饱和磁通点的磁通值、饱和电压点的电压值、电流互感器的剩磁系数、二次负荷的阻抗，分别计算三相中的每一相的电流互感器的剩磁；分别计算三相电流互感器的剩磁权重系数；根据三相电流互感器的剩磁和三相电流互感器剩磁权重系数，计算电流互感器的剩磁。
Description
技术领域
本发明涉及电力计量技术领域，更具体地，涉及一种用于对计量用电流互感器剩磁进行评估的方法及***。
背景技术
电流互感器是电力***中重要的一次设备，可以将一次侧的大电流、高压电气信号转变为小电流、低压信号传递到二次侧，对于电力***的稳定运行有着重要的作用。电流互感器按照用途可以分为保护用电流互感器与计量用电流互感器，计量用电路互感器的主要功能为监测电网、计量电量。当电网线路中发生短路故障时，线路中会暂态通过强大的短路电流，短路电流的瞬时值可能达到电流互感器额定电流的数十倍，在电流互感器铁心内产生巨大的感应磁通，因此会引起电流互感器的饱和现象。当故障消除后，由于电流互感器铁芯材料的磁滞特性，短路电流产生的磁通不会随着短路电流消失，而是在铁芯内形成一定的剩磁。
由于剩磁的存在，在电流互感器稳态运行时，剩磁会提高电流互感器的磁通工作点，提高了电路互感器的励磁电流，导致其二次侧电流发生畸变。因此剩磁可能会引起计量用电流互感器计量特性变差，无法精确计量电量与监测***电流，对于电力***的稳定运行产生不利的影响。
目前，对于计量用电流互感器还没有有效的剩磁评估方法，传统的电流互感器检修工作会逐一进行消磁工作，使检修人员面临巨大的工作量。然而，在检修工作前，利用剩磁评估方法对电流互感器剩磁进行评估，可以对电流互感器提出更加合理的检修方案，极大地提高了工作效率，节约人力、物力成本，提高电力***运行的稳定性。
因此，需要一种技术，以实现用于对计量用电流互感器剩磁进行评估。。
发明内容
本发明技术方案提供一种用于对计量用电流互感器剩磁进行评估的方法及***，以解决如何对计量用电流互感器剩磁进行评估的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于对计量用电流互感器剩磁进行评估的方法，所述方法包括：
根据输电线路的二次录波图获取发生短路故障时的电流结束角和短路电流的有效值；
利用基本磁化曲线获取饱和磁通点的磁通值和饱和电压点的电压值；
预先获取所述电流互感器的剩磁系数及二次负荷的阻抗；
根据所述电流结束角、所述短路电流的有效值、所述饱和磁通点的磁通值、所述饱和电压点的电压值、所述电流互感器的剩磁系数、所述二次负荷的阻抗，分别计算三相中的每一相的电流互感器的剩磁；
分别计算三相电流互感器的剩磁权重系数；
根据所述三相电流互感器的剩磁和所述三相电流互感器剩磁权重系数，计算所述电流互感器的剩磁。
优选地，所述利用基本磁化曲线获得饱和磁通点的磁通值和饱和电压点的电压值，包括：
根据伏安特性曲线中测量的电压点与磁化曲线中磁通点相对应，即
其中：U是伏安特性任意电压点，Um是伏安特性曲线饱和电压点，Bm是所述基本磁化曲线曲线饱和磁通点的磁通值，B是电压U对应磁通点的磁通值。
优选地，所述根据所述电流结束角、所述短路电流的有效值、所述饱和磁通点的磁通值、所述饱和电压点的电压值、所述电流互感器的剩磁系数、所述二次负荷的阻抗，分别计算三相中的每一相的电流互感器的剩磁，包括：
其中，I为短路电流有效值，Z为电流互感器二次侧负荷，Krw为电流互感器稳态剩磁系数，短路电流结束角为θ，Br为短路故障后的所述电流互感器的剩磁；
其中Br_phase1～Br_phase3表示第一相至第三相的所述电流互感器的剩磁。
优选地，所述分别计算三相电流互感器的剩磁权重系数，包括：
优选地，所述根据所述三相电流互感器的剩磁和所述三相电流互感器剩磁权重系数，计算所述电流互感器的剩磁，包括：
优选地，所述电流互感器包括硅钢、超微晶合金、坡莫合金材料的电流互感器。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种用于对计量用电流互感器剩磁进行评估的***，所述***包括：
第一获取单元，用于根据输电线路的二次录波图获取发生短路故障时的电流结束角和短路电流的有效值；
第二获取单元，利用基本磁化曲线获取饱和磁通点的磁通值和饱和电压点的电压值；
第三获取单元，用于预先获取所述电流互感器的剩磁系数及二次负荷的阻抗；
第一计算单元，用于根据所述电流结束角、所述短路电流的有效值、所述饱和磁通点的磁通值、所述饱和电压点的电压值、所述电流互感器的剩磁系数、所述二次负荷的阻抗，分别计算三相中的每一相的电流互感器的剩磁；
第二计算单元，用于分别计算三相电流互感器的剩磁权重系数；
第三计算单元，用于根据所述三相电流互感器的剩磁和所述三相电流互感器剩磁权重系数，计算所述电流互感器的剩磁。
优选地，所述第二获取单元还用于：
根据伏安特性曲线中测量的电压点与磁化曲线中磁通点相对应，即
其中：U是伏安特性任意电压点，Um是伏安特性曲线饱和电压点，Bm是所述基本磁化曲线曲线饱和磁通点的磁通值，B是电压U对应磁通点的磁通值。
优选地，所述第一计算单元还用于：
其中，I为短路电流有效值，Z为电流互感器二次侧负荷，Krw为电流互感器稳态剩磁系数，短路电流结束角为θ，Br为短路故障后的所述电流互感器的剩磁；
其中Br_phase1～Br_phase3表示第一相至第三相的所述电流互感器的剩磁。
优选地，所述第二计算单元还用于：
优选地，所述第三计算单元还用于：
优选地，所述电流互感器包括硅钢、超微晶合金、坡莫合金材料的电流互感器。
本发明技术方案提出一种用于对计量用电流互感器剩磁进行评估的方法及***，通过利用二次设备记录的故障电流信息对铁芯剩磁进行计算评估。本发明技术方案提出的剩磁评估方法的基础为电流互感器伏安特性与磁化特性相对应的原理。以及根据计量用电流互感器的实际用途提出了剩磁整体评估的概念，对计量点的电流互感器剩磁进行整体化评估。本发明技术方案提出电流互感器每相剩磁的权重系数的概念，提高了剩磁评估结果的科学性。本发明技术方案提出的计量用电流互感器剩磁评估方法可以有效地评估短路故障后铁芯内的剩磁，为电流互感器日常的运行维护工作提供了有力的技术支持。计量用电流互感器剩磁评估方法是电能计量的准确性重要的保障，具有较高的经济效益。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的用于对计量用电流互感器剩磁进行评估的方法流程图；
图2为本发明实施方式的用于对计量用电流互感器剩磁进行评估的***结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的用于对计量用电流互感器剩磁进行评估的方法流程图。本发明实施方式提出一种用于对计量用电流互感器剩磁进行评估的方法，通过利用二次设备记录的故障电流信息对铁芯剩磁进行计算评估。本申请提出的剩磁评估方法的基础为电流互感器伏安特性与磁化特性相对应的原理，以及根据计量用电流互感器的实际用途提出了剩磁整体评估的概念，对计量点的电流互感器剩磁进行整体化评估。本申请提出电流互感器每相剩磁的权重系数的概念，提高了剩磁评估结果的科学性。本申请提出的计量用电流互感器剩磁评估方法可以有效地评估短路故障后铁芯内的剩磁，为电流互感器日常的运行维护工作提供了有力的技术支持。如图1所示，用于对计量用电流互感器剩磁进行评估的方法100从步骤101开始：
优选地，在步骤101：根据输电线路的二次录波图获取发生短路故障时的电流结束角和短路电流的有效值。
优选地，在步骤102：利用基本磁化曲线获取饱和磁通点的磁通值和饱和电压点的电压值。
优选地，利用基本磁化曲线获得饱和磁通点的磁通值和饱和电压点的电压值，包括：
根据伏安特性曲线中测量的电压点与磁化曲线中磁通点相对应，即
其中：U是伏安特性任意电压点，Um是伏安特性曲线饱和电压点，Bm是基本磁化曲线曲线饱和磁通点的磁通值，B是电压U对应磁通点的磁通值。
优选地，电流互感器包括硅钢、超微晶合金、坡莫合金材料的电流互感器。
优选地，在步骤103：预先获取电流互感器的剩磁系数及二次负荷的阻抗。
优选地，在步骤104：根据电流结束角、短路电流的有效值、饱和磁通点的磁通值、饱和电压点的电压值、电流互感器的剩磁系数、二次负荷的阻抗，分别计算三相中的每一相的电流互感器的剩磁。
优选地，根据电流结束角、短路电流的有效值、饱和磁通点的磁通值、饱和电压点的电压值、电流互感器的剩磁系数、二次负荷的阻抗，分别计算三相中的每一相的电流互感器的剩磁，包括：
其中，I为短路电流有效值，Z为电流互感器二次侧负荷，Krw为电流互感器稳态剩磁系数，短路电流结束角为θ，Br为短路故障后的电流互感器的剩磁；
其中Br_phase1～Br_phase3表示第一相至第三相的电流互感器的剩磁。
优选地，在步骤105：分别计算三相电流互感器的剩磁权重系数。
优选地，分别计算三相电流互感器的剩磁权重系数，包括：
优选地，在步骤106：根据三相电流互感器的剩磁和三相电流互感器剩磁权重系数，计算电流互感器的剩磁。
优选地，根据三相电流互感器的剩磁和三相电流互感器剩磁权重系数，计算电流互感器的剩磁，包括：
本申请中当电流互感器在线运行时，无法对其进行灵活地操作，因此电流互感器作为一次***电气量传递的装置，本申请根据其二次侧录波图对其铁芯内剩磁进行评估。根据电流互感器感应电压与磁通的关系得知利用电压积分法可以得到铁芯内磁通的变化量，并且一定范围内，感应电压越高，积分所得磁通数值越大。伏安特性测量原理与电流互感器磁滞回线测量原理相同，因此伏安特性曲线中测量的电压点与磁滞回线中锋值点相对应，或者说伏安特性曲线中测量的电压点与磁化曲线中磁通点相对应，如公式(1)所示：
其中：U是伏安特性任意电压点，Um是伏安特性曲线饱和电压点，Bm是磁化曲线曲线饱和磁通点，B是电压U对应磁通点。
当***发生短路故障后，二次录波设备可以记录短路故障电流的信息。由短路电流录波图可以得到短路电流的周期分量值及短路电流结束角。考虑电流互感器剩磁最严重的情况为短路电流过零时切除的情况，磁通落后于电压90°，因此电流互感器铁芯内的瞬时磁通值最大。当短路电流消失后，电流互感器铁芯内还会形成剩磁，并且根据剩磁状态的研究，铁芯剩磁会有一个下降过程，剩磁最终达到稳定剩磁状态。则在短路故障后铁芯剩磁的计算如公式(2)所示：
其中：I为短路电流有效值，Z为电流互感器二次侧负荷，Krw为电流互感器稳态剩磁系数，Br为短路故障后铁芯剩磁。
假设一次***短路电流可以用正弦函数表示，并且断路器切断短路故障的角度为θ，因为电流互感器二次负荷的功率因数范围为0.8～1,所以在短路电流结束角为θ时，电流互感器铁芯剩磁的计算如公式(3)所示：
虽然剩磁具有方向性，但是正负方向的剩磁对于电流互感器计量特性影响一致，因此公式(3)中互感器剩磁评估取其绝对值，公式(3)所示剩磁为单相电流互感器铁芯剩磁评估结果。
根据《国家电网公司输变电工程设计》规定，电力***电量计量装置的电量计算过程由电流互感器与电压互感器配合完成。通常电流互感器的接线方式有三相四线制等方式，因此电流互感器的电流计量误差由三相电流互感器的误差综合构成。因此对于电能计量装置中计量特性的评估需要考虑三相电流互感器的整体剩磁评估。
由于三相电流的相位差及断路器动作非同期的影响，各相短路电流的结束角不同，在电流互感器铁心内产生的剩磁亦不同，各相线路上电流互感器的剩磁的计算如公式(4)所示：
对于第i相剩磁表达式如式(4)所示，其中Br_phase1～Br_phase3表示第一相至第三相剩磁。
由于对三相电流互感器的剩磁进行整体评估，因此评估结果需要包含所有三相电流互感器的剩磁。但是各相电流互感器的剩磁不同，对于电能计量装置的电量计量误差影响权重亦不同。因为电流互感器剩磁较小，稳态运行在线性区内时，计量误差较小。但是当电流互感器剩磁增大，稳态运行在非线性区时，计量误差迅速增大。因此对于电流互感器剩磁进行评估时，剩磁越大，其权重系数应越大。则电流互感器每相剩磁的权重系数可定义如公式(5)所示：
由电流互感器剩磁评估方法得知，评估最后可以得到剩磁的有名值如公式(6)所示：
本申请以硅钢电流互感器为例，假设发生三相短路故障后，评估短路故障后计量点的三相电流互感器铁芯剩磁：
(1)读取输电线路上二次录波设备的短路电流信息，可以得到短路电流有效值为10A，三相电流互感器的短路电流结束角分别为0°、120°、240°；
(2)调用本计量点电流互感器的基本磁化曲线得到待评估电流互感器的饱和磁通点Bm＝0.22T；
(3)调用本计量点电流互感器的伏安特性曲线得到待评估电流互感器的饱和电压点Um＝30V；
(4)调用电流互感器出厂、调试等其他资料获得电流互感器的剩磁系数为0.6，现场电流互感器的二次侧负荷阻抗为2.5Ω；
(5)利用公式(4)计算各相电流互感器铁芯的剩磁，得到
(6)利用公式(5)计算各相电流互感器剩磁的权重系数，得到
(7)利用公式(6)进行整体剩磁评估，可以得到
Br＝0.11×0.5+0.055×0.25+0.055×0.25＝0.0825T。
本发明的实施方式，可以有效评估短路故障后，不同铁心材料的电流互感器内部剩磁的计算方法。本申请可作为一种传递方式，将剩磁与误差联系起来，为准确评估计量用电流互感器的准确性提供技术支撑，有效地评估短路故障后电流互感器的剩磁。本申请的剩磁评估方法基于电流互感器伏安特性与磁化特性相对应的原理进行剩磁评估，进行剩磁评估时，首先获得电流互感器二次侧负荷在短路故障结束时刻的感应电压值，然后利用伏安特性曲线与基本磁化曲线获得铁芯的磁通值，最终结合电流互感器本身的剩磁系数得到铁芯的剩磁值。本申请的剩磁方法关注的对象为计量用电流互感器，适用于硅钢、超微晶合金、坡莫合金等不同材料的电流互感器，对于电力***中计量点的三相电流互感器进行整体评估。本申请对电流互感器剩磁评估方法操作步骤简单，可以有效地评估铁芯剩磁量，可以进行在线操作，对电流互感器的原始结构与正常工作没有不良影响，对电流互感器的精确计量有着重要的意义。
本申请提出的电流互感器剩磁评估方法具有较高的适用性，可以适用在不同电压等级线路，可以评估不同铁芯材料(硅钢、超微晶合金、坡莫合金)的计量用电流互感器。本申请提出的计量用电流互感器剩磁评估方法可以有效地评估短路故障后铁芯内的剩磁，为电流互感器日常的运行维护工作提供了有力的技术支持，计量用电流互感器剩磁评估方法是电能计量的准确性重要的保障，具有较高的经济效益。
图2为本发明实施方式的用于对计量用电流互感器剩磁进行评估的***结构图。如图2所示，一种用于对计量用电流互感器剩磁进行评估的***，***包括：
第一获取单元201，用于根据输电线路的二次录波图获取发生短路故障时的电流结束角和短路电流的有效值。
第二获取单元202，利用基本磁化曲线获取饱和磁通点的磁通值和饱和电压点的电压值。
优选地，第二获取单元202还用于：
根据伏安特性曲线中测量的电压点与磁化曲线中磁通点相对应，即
其中：U是伏安特性任意电压点，Um是伏安特性曲线饱和电压点，Bm是基本磁化曲线曲线饱和磁通点的磁通值，B是电压U对应磁通点的磁通值。
第三获取单元203，用于预先获取电流互感器的剩磁系数及二次负荷的阻抗。
第一计算单元204，用于根据电流结束角、短路电流的有效值、饱和磁通点的磁通值、饱和电压点的电压值、电流互感器的剩磁系数、二次负荷的阻抗，分别计算三相中的每一相的电流互感器的剩磁。
优选地，第一计算单元204还用于：
其中，I为短路电流有效值，Z为电流互感器二次侧负荷，Krw为电流互感器稳态剩磁系数，短路电流结束角为θ，Br为短路故障后的电流互感器的剩磁；
其中Br_phase1～Br_phase3表示第一相至第三相的电流互感器的剩磁。
第二计算单元205，用于分别计算三相电流互感器的剩磁权重系数。
优选地，第二计算单元205还用于：
第三计算单元206，用于根据三相电流互感器的剩磁和三相电流互感器剩磁权重系数，计算电流互感器的剩磁。
优选地，第三计算单元206还用于：
优选地，电流互感器包括硅钢、超微晶合金、坡莫合金材料的电流互感器。
本发明实施方式的用于对计量用电流互感器剩磁进行评估的***200与本发明另一实施方式的用于对计量用电流互感器剩磁进行评估的方法100相对应，在此不再进行赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (12)
1.一种用于对计量用电流互感器剩磁进行评估的方法，所述方法包括：
根据输电线路的二次录波图获取发生短路故障时的电流结束角和短路电流的有效值；
利用基本磁化曲线获取饱和磁通点的磁通值和饱和电压点的电压值；
预先获取所述电流互感器的剩磁系数及二次负荷的阻抗；
根据所述电流结束角、所述短路电流的有效值、所述饱和磁通点的磁通值、所述饱和电压点的电压值、所述电流互感器的剩磁系数、所述二次负荷的阻抗，分别计算三相中的每一相的电流互感器的剩磁；
分别计算电流互感器三相的剩磁权重系数；
根据所述每一相的电流互感器的剩磁和所述电流互感器三相的剩磁权重系数，计算所述电流互感器的剩磁。
2.根据权利要求1所述的方法，所述利用基本磁化曲线获得饱和磁通点的磁通值和饱和电压点的电压值，包括：
根据伏安特性曲线中测量的电压点与磁化曲线中磁通点相对应，即
其中：U是伏安特性任意电压点，Um是伏安特性曲线饱和电压点，Bm是所述基本磁化曲线饱和磁通点的磁通值，B是电压U对应磁通点的磁通值。
3.根据权利要求2的方法，所述根据所述电流结束角、所述短路电流的有效值、所述饱和磁通点的磁通值、所述饱和电压点的电压值、所述电流互感器的剩磁系数、所述二次负荷的阻抗，分别计算三相中的每一相的电流互感器的剩磁，包括：
其中，I为短路电流有效值，Z为电流互感器二次侧负荷，Krw为电流互感器稳态剩磁系数，短路电流结束角为θ，Br为短路故障后的所述电流互感器的剩磁；
其中Br_phase1～Br_phase3表示第一相至第三相的所述电流互感器的剩磁。
4.根据权利要求3所述的方法，所述分别计算三相电流互感器的剩磁权重系数，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，所述根据所述每一相的电流互感器的剩磁和所述电流互感器三相的剩磁权重系数，计算所述电流互感器的剩磁，包括：
6.根据权利要求1所述的方法，所述电流互感器包括硅钢、超微晶合金或坡莫合金材料。
7.一种用于对计量用电流互感器剩磁进行评估的***，所述***包括：
第一获取单元，用于根据输电线路的二次录波图获取发生短路故障时的电流结束角和短路电流的有效值；
第二获取单元，利用基本磁化曲线获取饱和磁通点的磁通值和饱和电压点的电压值；
第三获取单元，用于预先获取所述电流互感器的剩磁系数及二次负荷的阻抗；
第一计算单元，用于根据所述电流结束角、所述短路电流的有效值、所述饱和磁通点的磁通值、所述饱和电压点的电压值、所述电流互感器的剩磁系数、所述二次负荷的阻抗，分别计算三相中的每一相的电流互感器的剩磁；
第二计算单元，用于分别计算电流互感器三相的剩磁权重系数；
第三计算单元，用于根据所述每一相的电流互感器的剩磁和所述电流互感器三相的剩磁权重系数，计算所述电流互感器的剩磁。
8.根据权利要求7所述的***，所述第二获取单元还用于：
根据伏安特性曲线中测量的电压点与磁化曲线中磁通点相对应，即
其中：U是伏安特性任意电压点，Um是伏安特性曲线饱和电压点，Bm是所述基本磁化曲线饱和磁通点的磁通值，B是电压U对应磁通点的磁通值。
9.根据权利要求8的***，所述第一计算单元还用于：
其中，I为短路电流有效值，Z为电流互感器二次侧负荷，Krw为电流互感器稳态剩磁系数，短路电流结束角为θ，Br为短路故障后的所述电流互感器的剩磁；
其中Br_phase1～Br_phase3表示第一相至第三相的所述电流互感器的剩磁。
10.根据权利要求9所述的***，所述第二计算单元还用于：
11.根据权利要求10所述的***，所述第三计算单元还用于：
12.根据权利要求7所述的***，所述电流互感器包括硅钢、超微晶合金或坡莫合金材料。
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