学术︱谐波对电流互感器误差的影响

中钢集团武汉安全环保研究院的研究人员冯昊，在2015年第8期《电气技术》杂志上撰文，以电流互感器为例，基于等安匝原理，将独立的工频电流源和高次谐波电流源穿过母线性电流互感器，然后分析电流互感器受到谐波干扰后的信号。根据试验数据，高次谐波会加速电流互感器的铁芯饱和速度，导致比值差往负方向偏移，相位差往正方向偏移。

此外发现3次谐波对电流互感器的误差影响最大。根据硅钢片材料和超微晶材料两种相同变比的电流互感器的误差数据比较可知，硅钢片受到谐波干扰后误差变化较超微晶材料平滑，但超微晶材料在滤波方面优于硅钢片材料，该发现有助于在可能发生谐波干扰的线路中选择合适的电流互感器。

电力系统的谐波问题早在20世纪20年代就引起了人们的注意，到了60年代由于高压直流输电技术的发展，大量关于变流器引起电力系统谐波问题的文章被发表。70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。

谐波使电能的生产、传输和利用效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪音，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁，还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混论。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰[1-3]。

对电网中谐波的监测的一般以监测仪表为核心，用安装了管理软件的电脑作为主站，通过有线(RS232/485)和网络(RJ45)将监测数据采集后进行分析处理。这里的监测仪表主要为电流传感类设备，然而对于此类设备自身受谐波影响的程度，目前的检测工作难度较大，首先是因为含有各种谐波分量的大型电流源制作难度大、造价高，其次是谐波电流测量系统本身的溯源方法及测量不确定度评估在技术上的难度较大[4-6]。

本文以电磁式电流互感器为例，根据等安匝原理将含有高次谐波的电流通入被测电流互感器，将其输出作为测量信号与没有通过电流互感器变化的一次叠加信号进行比较，分析在谐波干扰下电流互感器误差的变化情况。由于普通互感器校验仪原理的限制，使得其同样受到谐波的影响，所以本次分析使用可以进行宽频采集的数字采集卡完成。该方法在一定程度上使得谐波电流测量的溯源方法和测量系统的不确定度评估变得简单。

结论

本文基于等安匝原理，通过理论分析和验证试验两方面对电磁式电流互感器进行了谐波干扰下误差特性的研究。由于常规互感器校验仪的原理所限，本文为了获得准确的误差数据，自制了一套高次谐波误差分析装置，该装置由测量通道、参考通道和分析平台三部分组成，并根据实际测量要求选择了合适的采集卡和分析算法。

文章最后给出了验证试验数据，可知高次谐波会加速互感器铁芯饱和，使得电流互感器的比值差往负方向偏移，相位差往正方向偏移，且电网中的3次谐波对互感器误差的影响最大。

对于硅钢片材料的电流互感器，各次谐波对其误差的影响近似呈均匀分布，但对于超微晶材料的电流互感器，3次谐波影响程度远高于其它谐波，且当谐波次数达到7次后，超微晶材料显示出明显的滤波功能，使得7次及以上高频电流信号无法穿过电流互感器，从而使得7次及以上高频电流不会对超微晶材料的电流互感器的误差产生影响。硅钢片材料的滤波效果没有超微晶好，7次谐波对其误差依然产生明显的影响。