摘 要

电流互感器是一种专门用作变换电流的特殊的变压器，与计量装置相配合，广泛应用于电力系统中，实现对一次系统的电流的测量。其误差会对电能计量产生重要影响，准确地说，电流互感器的误差会导致电能计量的偏差。因此，分析电流互感器的误差对提高电能计量的准确度具有重要意义，对电力系统发电、供电、用电等都是十分有必要的。

本文从电流互感器的工作原理出发，绘制等值电路图，进而推导得到误差的公式。根据直观推导公式，分析影响误差的因素，并提出改善误差的措施。最后利用多物理场仿真软件COMSOL进行电流互感器的仿真，得到误差。

自校式电流互感器的误差分析对于推动研发具有自校功能的特高压电流互感器具有重要意义，从而对提高电能计量的准确性具有重要的推动作用。

关键词：电流互感器，误差分析，电能计量，比差，角差，COMSOL仿真

Abstract

Current transformer is similar to the ordinary transformer, it is also used to transform the current. It is widely used in power systems, with the measuring device, to achieve the goal of current measurement. Its error will have an important impact on energy measurement.
To be precise, the error of the current transformer can lead to deviations in the energy metering. Therefore, the analysis of the error about current transformer will not only improve the accuracy of energy measurement ,but also be of great significance to the interest balance among power station, power generation, power supply, electricity user.

In this paper, based on the working principle of current transformers, drawing the equivalent circuit diagram, and then derive the error formula. According to the principle of intuitive derivation, analyze the factors that influence the error, and put forward the measures to modify the error. Finally, use the multi-physics simulation software COMSOL to simulate the current transformer and get the error.

The error analysis of self-calibrating current transformers is of great significance to promote the development of UHV current transformers with self-circuit function, which has an important role in improving the accuracy of energy metering.

Key words: Current transformer, error analysis, energy metering, ratio difference, angle difference, simulation with COMSOL

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景和意义 1

1.2研究现状 2

1.2.1电流互感器误差及对电能计量影响的研究现状 2

1.2.2自校式电流互感器研究现状 5

1.3 本文主要的研究内容 6

第2章 电流互感器的误差分析 8

2.1 电流互感器的结构与工作原理 8

2.2电流互感器的误差推导 12

2.3影响电流互感器误差的因素 13

2.3.1电流互感器自身结构引起的误差 14

2.3.2电流互感器运行过程中产生的误差 16

2.4误差补偿措施 17

2.5本章小结 20

第3章 自校式CT的COMSOL仿真 21

3.1 COMSOL软件简介 21

3.2自校式CT模型搭建及研究 21

3.3结果分析 24

3.4本章小结 26

第4章 总结与展望 27

4.1 全文总结 27

4.2 研究展望 27

参考文献 28

致谢 30

第1章 绪论

1.1课题研究背景和意义

电流互感器是一种将电路中一次侧的大电流经电磁感应变换成为二次侧小电流的特殊的变压器，广泛应用于电力系统交流线路中。电流互感器的二次绕组有保护用和测量用两种。当测量绕组与测量仪表和计量装置配合时，可以准确地测量一次系统的电流并进行电能计量；当保护绕组与继电保护和自动装置配合时，可以构成电力系统各种故障的电气保护与自动控制^[1]。在实际应用过程中，误差是不可避免的，因为励磁电流总存在，铁芯也会有饱和、剩磁现象等的存在。

电能计量是发电企业、输配电企业和电力用户之间进行经济结算的依据，它的准确性与合理性直接影响三者的利益，因而提高电能计量的准确度，对发、供、用电三方都是十分必要的。电能计量问题的研究是电力系统中涉及经济、技术等多方面问题的重要课题之一^[2]。

根据智能电网（电网2.0）的基本要求，其基本组成部分——参数测量技术应该与时俱进，具备相当的先进性，以适应智能电网的发展。现代智能电网体系中，为准确进行读表、防窃电以及方便与用户进行及时、良好的沟通等工作，需要正确评估评估电网设备的健康状况和电网的完整性，这些都需要依靠先进的参数测量技术将获得的更精确的数据转换成数据信息来作为保障。

现如今，测量用电流互感器是电能计量中重要的电力器件，在现代智能电表中得到广泛的应用。电流互感器用于电流传变，在不同的信号之下，电流互感器的传变特性有所差异。依据电能表计量的原理，测量用电流互感器扮演的角色是电能表的前端信号采集以及电气隔离，因此，它会对电能表计量的结果产生最直接的影响 ，进而对整个电能计量结果的精度有所干涉。因此，在电气工程领域，越来越多的人把注意力放到了如何提高现代电能计量技术的研究中去。一般解决方向有两个：软件和硬件。出于多方面的原因考虑，先前大多数学者把注意力用于如何通过改进电能计量的算法来提高电能计量的精确度和准确度，所以到目前为止，关于通过改进算法提高电能计量的精度的研究已经较为成功，也因此，在现代电能表计量系统中，因为算法的不完善而给电能计量带来的误差已经相当小。但是，必须认清现实状况，通过改进算法提高电能计量的精度和准确度的相关研究已经发展至瓶颈状态，换言之，算法很难再得以改进，此时，不妨考虑另一个途径改善计量误差――硬件方面，即从电力系统中所使用的各种器件下手。在新的发展形式下，新的发展形势是指越来越多的功率器件、电力电子器件被应用于电力网络中，由器件带来的误差已经占据了电能计量误差的很大一部分，因此，电力系统电能计量领域的工程师们也应越来越重视由器件带来的电能计量误差。根据电能表进行电能计量的原理判断，电能表是重要的测量、计量装置，而电流互感器是电能表的信号采集器件，所以在电能计量系统的器件误差中，电流互感器CT的误差占据了很大一部分^[2]。

近年来，电力网络因为大量电力电子装置以及功率器件的应用而产生了大量谐波，谐波的产生同时意味着新的信号的出现，譬如，冲击信号、动态信号、非周期信号等，由此，电能网络的质量甚至会日趋恶化。普通的电流互感器是在工频信号下进行设计的，而实际应用中电流互感器常常在非工频信号等非周期信号中使用，从而造成电流互感器进行信号传变时存在较大的误差，自然而然地，电能计量的精度受到很大的挑战。在实际情况下，电能计量的偏差是由于电流互感器传变电流的特性造成的，这种特性指非线性，而这种偏差会随着时间的流逝而积累，也就是说，电流互感器的使用时间越久，它的误差对电能计量的偏差造成的影响就越大，为保障供电房的应得利益，防止供电方承受莫名的损失，这个问题值得被关注。从大局考虑，电能计量的准确度与精度涉及到发电厂、供电方以及用电方三者的利益，如果利益有所冲突，彼此认为彼此没有得到应有的保障，就难免会有争吵，社会稳定性受到很大的威胁。因此针对电流互感器误差特性的研究就显得非常重要，这将是提升电流互感器性能、提高电能计量精度的基础，也是从器件方面优化电能计量系统、改善电能表性能的关键^[2]。