变频互感器伏安特性测试仪

　

 

*章  装置特点与参数

     LYFA-5000互感器综合测试仪 是在传统基于调压器、升压器、升流器的互感器伏安特性变比极性综合测试仪基础上，广泛听取用户意见、经过大量的市场调研、深入进行理论研究之后研发的新一代革新型CT、PT测试仪器。装置采用高性能DSP和FPGA、*制造工艺，保证了产品性能稳定可靠、功能完备、自动化程度高、测试效率高、在国内处于水平，是电力行业用于互感器的专业测试仪器。

变频互感器伏安特性测试仪

1.1 主要技术特点

1. 功能全面，既满足各类CT（如：保护类、计量类、TP类）的励磁特性（即伏安特性）、变比、极性、二次绕组电阻、二次负荷、比差以及角差等测试要求，又可用于各类PT电磁单元的励磁特性、变比、极性、二次绕组电阻、比差等测试。
2. 现场检定电流互感器无需标准电流互感器、升流器、负载箱、调压控制箱以及大电流导线，使用极为简单的测试接线和操作实现电流互感器的检定，的降低了工作强度和提高了工作效率，方便现场开展互感器现场检定工作。
3. 可测量变比差与角差，比差大允许误差±0.05%，角差大允许误差±2min，能够进行0.2S级电流互感器的测量，变比测量范围为1~40000。
4. 基于*变频法测试CT/PT伏安特性曲线和10%误差曲线,输出大仅180V的交流电压和12Arms(36A峰值)的交流电流，却能应对拐点高达60KV的CT测试。
5. 自动给出拐点电压/电流、10%(5%)误差曲线、准确限值系数（ALF）、仪表保安系数（FS）、二次时间常数(Ts)、剩磁系数(Kr)、饱和及不饱和电感等CT、PT参数。
6. 测试满足GB1208（IEC60044-1）、GB16847(IEC60044-6) 、GB1207等各类互感器标准，并依照互感器类型和级别自动选择何种标准进行测试。
7. 测试简单方便，一键完成CT直阻、励磁、变比和极性测试，而且除了负荷测试外，CT其他各项测试都是采用同一种接线方式。
8. 全中文动态图形界面，无需参考说明书即可完成接线、设置参数：动态显示参数设置，根据当前所选的试验项目自动显示其相关参数；动态显示帮助接线图，根据当前所选试验项目，显示对应的接线图。
9. 5.7寸图形透反式LCD，阳光下清晰可视。
10. 采用旋转光电鼠标操作，操作简单，快捷方便，极易掌握。
11. 面板自带打印机，可自动打印生成的试验报告。
12. 测试结果可用U盘导出，程序可用U盘升级，方便快捷。
13. 装置可存储1000组测试数据，掉电不丢失。
14. 配有后台分析软件，方便测试报告的保存、转换、分析，可以用于试验数据的对比、判断与评估。
15. 易于携带，装置重量<9Kg。

 

 

变频互感器伏安特性测试仪1.2 装置面板说明

装置面板结构如右图接线端子从左向右：

·红黑S1、S2端子：试验电源输出

·红黑S1、S2端子：输出电压回测

·红黑P1、P2端子：感应电压测量端子

·液晶显示屏：中文显示界面

·微型打印机：打印测试数据、曲线

·旋转鼠标：输入数值和操作命令

1.3 主要技术参数

		LYFA-5000
测试用途		CT， PT
输出		0~180Vrms，12Arms，36A（峰值）
电压测量精度		±0.1%
CT变比 测量	范围	1~40000
	精度	±0.05%
PT变比 测量	范围	1~40000
	精度	±0.05%
相位测量	精度	±2min
	分辨率	0.5min
二次绕组电阻测量	范围	0~300Ω
	精度	0.2%±2mΩ
交流负载测量	范围	0~1000VA
	精度	0.2%±0.02VA
输入电源电压		AC220V±10%，50Hz
工作环境		温度：-10οC~50οC，  湿度：≤90%
尺寸、重量		尺寸365 mm×290 mm×153mm      重量<10kg

第二章  用户接口和操作方法

2.1 电流互感器试验

在参数界面，用 旋转鼠标切换光标到类型栏，选择互感器类型为CT。

2.1.1 试验接线

试验接线步骤如下：

*步：根据表2.1描述的CT试验项目说明，依照图2.1或图2.2进行接线（对于各种结构的CT，可参考附录D描述的实际接线方式）。

表2.1  CT试验项目说明

电阻	励磁	变比	负荷	说明	接线图
√				测量CT的二次绕组电阻	图2.1，但一次侧可以不接
√	√			测量CT的二次绕组电阻、励磁特性	图2.1，但一次侧可以不接
√		√		测量CT的二次绕组电阻，检查CT变比和极性	图2.1，
√	√	√		测量CT的二次绕组电阻、励磁特性，检查CT变比和极性	图2.1
			√	测量CT的二次负荷	图2.2，

图2.1  CT直阻、励磁、变比试验接线方式           图2.2  CT二次负荷试验接线方式

第二步：同一CT其他绕组开路，CT的一次侧一端要接地，设备也要接地。

第三步：接通电源，准备参数设置。

2.1.2 参数设置

试验参数设置界面如图2.3。

 

       参数设置步骤如下：

用 旋转鼠标 切换光标，选择要进行的试验项目，当光标停留在某个试验项目时，屏幕显示与该试验项目相关的参数设置；当光标离开试验项目时，屏幕显示所选试验项目所对应的接线图。

可设置的参数如下：

（1）编号：输入本次试验的编号，便于打印、保存的管理与查找。

（2）额定二次电流：电流互感器二次侧的额定电流，一般为1A和5A。

（3）级别：被测绕组的级别，对于CT，有P、TPY、计量、PR、PX、TPS、TPX、TPZ等8个选项。

（4）当前温度：测试时绕组温度，一般可输入测试时的气温。

（5）额定频率：可选值为：50Hz或60Hz。

（6）大测试电流：一般可设为额定二次电流值，对于TPY级CT，一般可设为2倍的额定二次电流值。对于P级CT，假设其为5P40，额定二次电流为1A，那么大测试电流应设5%*40*1A=2A；假设其为10P15，额定二次电流为5A，那么大测试电流应设10%*15*5A=7.5A。

如果用户希望看到以下结果，需要准确设置基本参数（建议用户设置）。

       （1）匝比误差、比值差和相位差

       （2）准确计算的极限电动势及其对应的复合误差

（3）实测的准确限值系数、仪表保安系数和对称短路电流倍数

       （4）实测的暂态面积系数、峰瞬误差、二次时间常数

       对于不同级别的CT，参数的设置也不同，见表2.2。

表2.2  CT参数描述

参数	描述	P	TPY	计量	PR	PX	TPS	TPX	TPZ
额定一次电流	用于计算准确的实际电流比	√	√	√	√	√	√	√	√
额定负荷， 功率因数	铭牌上的额定负荷，功率因数为0.8或1	√	√	√	√	√	√	√	√
		√	√	√	√	√	√	√	√
额定准确限值系数	铭牌上的规定，默认：10。用于计算极限电动势及其对应的复合误差	√
额定对称短路电流系数	铭牌上的规定，默认：10。用于计算极限电动势及其对应的峰瞬误差		√				√	√	√
一次时间常数	默认：100ms		√					√	√
二次时间常数	默认：3000ms		√						√
工作循环	C-t1-O或C-t1-O-tfr-C-t2-O，默认：C-t1-O循环		√					√
t1	*次电流通过时间，默认：100ms		√					√
tal1	一次通流保持准确限值的时间，默认：40ms
tfr	*次打开和重合闸的延时，默认：500ms。选择C-t1-O-tfr-C-t2-O循环才显示		√					√
t2	第二次电流通过时间，默认：100ms。选择C-t1-O-tfr-C-t2-O循环才显示		√		√			√
tal2	二次通流保持准确限值的时间，默认：40ms 选择C-t1-O-tfr-C-t2-O循环才显示		√					√
额定仪表保安系数	铭牌上的规定，默认值：10。 用于计算极限电动势及其对应的复合误差			√
额定计算系数						√
额定拐点电势Ek						√
Ek对应的Ie						√
面积系数							√
额定Ual	额定等效二次极限电压						√
Ual对应的Ial							√

第五步： 选择右边的开始按钮进行试验。

2.1.3 试验结果

试验结果页，界面分别如图2.4。    

 

对于不同级别的CT和所选的试验项目，试验结果也不同，见表2.3。

表2.3  CT试验结果描述

试验结果		描述	P	TPY	计量	PR	PX	TPS	TPX	TPZ
负荷	实测负荷	单位：VA，CT二次侧实测负荷	√	√	√	√	√	√	√	√
	功率因数	实测负荷的功率因数	√	√	√	√	√	√	√	√
	阻抗	单位：Ω，CT二次侧实测阻抗	√	√	√	√	√	√	√	√
电阻	电阻（25℃）	单位：Ω，当前温度下CT二次绕组电阻	√	√	√	√	√	√	√	√
	电阻（75℃）	，单位：Ω，折算到75℃下的电阻值	√	√	√	√	√	√	√	√
励磁	拐点电压和拐点电流	单位：分别为V和A，根据标准定义，拐点电压增加10%时，拐点电流增加50%。	√	√	√	√	√	√	√	√
	不饱和电感	单位：H，励磁曲线线性段的平均电感	√	√	√	√	√	√	√	√
	剩磁系数	剩磁通与饱和磁通的比值	√	√	√	√	√	√	√	√
	二次时间常数	单位：s,CT二次接额定负荷时的时间常数	√	√	√	√	√	√	√	√
	极限电动势	单位：V，根据CT铭牌和75℃电阻计算的极限电动势	√	√	√	√			√	√
	复合误差	极限电动势或额定拐点电势Ek下的复合误差	√		√	√	√
	峰瞬误差	极限电动势下的峰瞬误差		√					√	√
	准确限值系数	实测的准确限值系数	√			√
	仪表保安系数	实测的仪表保安系数			√
	对称短路电流倍数Kssc	实测的对称短路电流倍数		√				√	√	√
	暂态面积系数	实际的暂态面积系数		√					√	√
	计算系数Kx	实测的计算系数					√
	额定拐点电势Ek						√
	Ek对应的Ie	额定拐点电势对应的实测励磁电流					√
	额定Ual	额定等效二次极限电压						√
	Ual对应的Ial	额定等效二次极限电压对应的实测励磁电流						√
	误差曲线	5%（10%）误差曲线	√	√		√	√	√	√	√
变比	变比	额定负荷下的实际电流比	√	√	√	√	√	√	√	√
	匝数比	被测试的二次绕组与一次绕组的实际匝比	√	√	√	√	√	√	√	√
	比值差	额定负荷下的电流误差	√	√	√	√	√	√	√	√
	相位差	额定负荷下的相位差	√	√	√	√	√	√	√	√
	极性	CT一次和二次的极性关系，有同极性/－（减极性）和反极性/ （加极性）两种	√	√	√	√	√	√	√	√
	匝比误差	实测匝数比与额定匝比的相对误差					√	√
	标准误差	额定负荷、下限负荷下，国标检验电流点的电流误差、相位误差表			√

2.2 电压互感器试验

在参数界面，用 旋转鼠标切换光标到类型栏，选择互感器类型为PT。

2.2.1 试验接线

试验接线步骤如下：

*步：根据表2.4描述的PT试验项目说明，依照图2.7或图2.8进行接线。

表2.4  PT试验项目说明

电阻	励磁	变比	说明	接线图
√			测量PT的二次绕组电阻	图2.7，一次侧必须断开
√	√		测量PT的二次绕组电阻、励磁特性	图2.7，一次侧必须断开，且一次侧高压尾必须接地
		√	检查PT变比和极性	图2.8

 

 

第二步：同一PT其他绕组开路。

第三步：接通电源，准备参数设置。

2.2.2 参数设置

PT的试验参数设置界面如图2.5。

 

       参数设置步骤如下：

用 旋转鼠标 切换光标，选择要进行的试验项目，当光标停留在某个试验项目时，屏幕显示与该试验项目相关的参数设置；当光标离开试验项目时，屏幕显示所选试验项目所对应的接线图。

可设置的参数如下：

（1）编号：输入试验试验编号。

（2）额定二次电压：电压互感器二次侧的额定电压。

（3）级别：被测绕组的级别，有P、计量等2个选项。

（4）当前温度：测试时绕组温度，一般可输入当时的气温。

（5）额定频率：可选值为：50Hz或60Hz。

（6）大测试电压：试验时设备输出的大工频等效电压。

（7）大测试电流：试验时设备输出的大交流电流。

第四步： 选择右边的开始按钮进行试验。

2.2.3 试验结果

试验结果页，如图2.6。      

 

对于不同级别的PT和所选的试验项目，试验结果也不同，见表2.5。

表2.5  PT试验结果描述

试验结果		描述	P	计量
电阻	电阻（25℃）	单位：Ω，当前温度下的电阻	√	√
	电阻（75℃）	单位：Ω，参考温度下的电阻值，温度可修改	√	√
励磁	拐点电压和拐点电流	单位：分别为V和A，根据标准定义，拐点电压增加10%时，拐点电流增加50%。	√	√
变比	变比	额定负荷或实际负荷下的实际电流比	√	√
	匝数比	被测试的二次绕组与一次绕组的实际匝比	√	√
	比值差	额定负荷或实际负荷下的电流误差	√	√
	相位差	额定负荷或实际负荷下的相位差	√	√
	极性	PT一次和二次的极性关系，有同极性/－（减极性）和反极性/ （加极性）两种	√	√

2.3自检页

自测界面如图2.8。在万用表帮助下，自测功能可用于检查设备是否损坏，测量电路是否正常。

 

2.3.1 参数设置

自测测试所需的参数如下表：

表2.6  自检测试参数

参数	描述
测试电流	需要装置输出的电流，有效值范围：1mA~5A
测试电压	需要装置输出的电压，有效值范围：1V~100V
测试频率	需要装置输出电压或电流的频率，范围：0~50Hz

测试电流或测试电压设置后，设置测试频率，装置将输出对应频率的电压或电流，并显示检测到的实际电压或电流。在选择电压后，如果负载太小，导致实际电流有效值大于5A，则显示过载信息。在选择电流后，如果负载太大，导致实际测试电压有效值大于100V，则也会显示过载信息。

2.3.2 接线方法

·选择电压测试时，将S1短接另一个S1，S2短接另一个S2。用万用表电压档测量S1和S2之间的电压，若与实际电压相符，说明设备能够输出电压且电压测量环节正常。

·电流测试时，将电源输出的S1、S2端子短接。电压回测的S1、S2不接。可在输出的S1和S2之间串入万用表电流档，若万用表测量的电流与实际电流相符，说明设备能够正常输出电流且电流测量环节正常。

2.4功能按钮

2.4.1 参数页功能按钮

 (1)．系统工具

       系统工具界面，如图2.11。在该界面中可以进行时间校对、系统升级等操作。其中：调试用于出厂调试，升级用于软件界面的升级。

 

(2)．帮助

 

 

（3）打印

     用户可以打印当前测试结果，此报告可做为现场试验的原始记录。

2.4.2 结果页功能按钮

 (1)、励磁曲线

       在图2.4或图2.6的测量结果页面，选择励磁结果，将出现励磁曲线界面，如图2.13：

 

 

 (2)、励磁数据

       在图2.13的励磁曲线页面，选择励磁数据将显示励磁数据界面，如图2.14：

 

在上图中可以显示三种形式的励磁数据：

1. 实测：仪器升压过程中实际捕捉的电压、电流序列；
2. 取整：对实测的励磁数据按电流取整后的结果显示，10mA以下按1mA递增、10mA~100mA以上按5mA递增、100mA以上按0.1A递增，取整的结果便于数据记录、比对；
3. ：可以显示任意电流点的励磁数据；

 

 

 

(3)、5%、10%误差曲线

       只有保护级的互感器（包括暂态保护级）才有5%、10%的误差曲线与误差数据；在CT设置中选定为P/PR/PX/TPx的互感器，在试验结果图2.4界面中，选择误差结果将显示5%误差曲线，如图2.15：

 

       在图2.15中，还可以选择显示10%的误差曲线。保护互感器的10%误差曲线是10%误差数据的图形化显示，其含义是相同的，其含义为互感器复合误差不大于10%时，其二次负荷与过流倍数的关系曲线。5%的误差曲线是互感器复合误差不大于5%时，其二次负荷与过流倍数的关系曲线。

(4)、5%、10%误差数据

在图2.15中，选择误差数据将显示5%、10%的误差数据，如图2.16所示：

 

(5)、比差、角差表

只有测量级的互感器才有比差、角差结果表；在CT设置中选绕组级别为“计量”的互感器，且测试项目选择了“误差”项目的才会有比差、角差表。在图2.4 CT测试结果界面中，选择误差结果，将出现比差、角差表，如图2.17：

 

       上图中显示了互感器分别在额定负荷与下限负荷下的比差、角差表，额定负荷是在CT设置页面中，下限负荷规定为25%的额定负荷。

附  录

A. 低频法测试原理

IEC60044-6标准（对应国家标准GB16847-1977）声称，CT的测试可以在比额定频率低的情况下进行，避免绕组和二次端子承受不能容许的电压。

CT伏安特性测量的原理电路如下图：CT一次侧开路，从二次侧施加电压，测量所加电压V与输入电流I的关系曲线。此曲线近似CT的励磁电势E与励磁电流I的关系曲线。

设CT励磁绕组在某一励磁电流I时的激磁电感为L，激磁阻抗为Z，则：

        V = I·Z

电感L与阻抗Z之间具有下述关系：

         Z = ω·L = 2 π f L

则：V= I·2 π f L

由公式中可见在某一激磁电感L时所加电压V与频率f成正比关系。

假设当f = 50Hz时，为达到励磁电流Ix，所需施加的电压Vx为2000V

Vx = Ix·2 π f L = 2000V，

若施加不同频率：

f = 50Hz，Vx ＝ 2000V

f = 5Hz， Vx ≌ 200V

f = 0.5Hz，Vx ≌ 20V

由此可见需要使CT进入相同饱和程度，施加较低频率信号所需电压可以大幅度降低这就是变频法的基本原理。

在此必须严格注意，所需电压并非与频率呈线性比例关系，并非随着频率等比例降低，需要严格按照互感器的数学模型进行完整的理论计算。

 

 

 

B. 10％误差曲线计算和应用方法

电流互感器的误差主要是由于励磁电流的存在，它使二次电流与换算到二次侧后的一次电流不但在数值上不相等，而且相位也不相同，这就造成了电流互感器的误差。

电流互感器的比值差定义为：

                       

继电保护要求电流互感器的一次电流等于大短路电流时，其比值差小于或等于10％。在比值差等于10％时，二次电流、与换算到二次侧后的一次电流以及励磁电流之间满足下述关系：

                                                 

       定义M为一次侧大短路电流倍数，K为电流互感器的变比，则有

                             

其中：为一次侧大短路电流

为一次侧额定电流

为二次侧额定电流

10％比值差时，允许的大负荷阻抗的计算公式为：

                                 （B.5）

式中：为电流互感器二次绕组阻抗

为电流互感器二次绕组感应电动势，的关系由励磁特性曲线描述。

根据上述算式，后可以得到用大短路电流倍数和允许的大负荷阻抗描述的10％误差曲线（见图2.29）。

10％误差曲线的应用方法：

得出某一CT的10%误差曲线后，还必须查阅流经该CT的大短路电流和该CT二次侧所带回路的阻抗。大短路电流往往在整定计算时得出，是该CT所在线路的大运行方式下严重短路时的短路电流，大电流倍数（额定电流）。二次回路阻抗可以用CTA装置测量得到。

得到后查阅10%误差曲线，若点（）在曲线下方，则满足要求，说明在严重短路情况下CT的电流变换误差小于10%。否则将大于10%。

C. CTA用于各种CT的实际接线方式

CTA用于CT测试的基本接线步骤（参见图C.1）如下：

（1）用4mm²线将测试仪左侧的接地端子连接到保护地。

（2）连接CT一次侧的一个端子和二次侧的一个端子到保护地。

（3）确保CT的其他端子全部从输电线上断开，其他绕组全部开路。

（4）用2.5mm²红线和黑线将CT的二次侧连接到测试仪“Output”S1和S2插孔，用1.2mm²黄线和黑线将CT的二次侧连接到测试仪“Sec”的S1和S2插孔，注意两根黑线连在CT二次侧已接保护地的同一端子上。

（5）用1.2mm²绿线和黑线将CT的一次侧连接到测试仪的“Prim”的P1和P2端子上，P2通过黑线与CT一次侧连接到保护地的那个端子相连。

（6）检查接线无误，开始测试。

 

1．测试仪在三角形接法变压器上进行CT测试的接线方式如图C.2所示。

图C.2  测试仪在三角形接法变压器上进行测试时的接线方式

2．测试仪进行变压器套管CT测试时的接线方式如图C.3所示。

注意：一次端子H1不能接地，否则一次侧都接地了，则测试仪不能获取正确结果。

 

4．测试仪在对GIS（SF6）开关上的CT测试时的接线方式如图C.4所示。

注意：断开与母线连接的所有开关，合上接地刀闸。

 

D. 四端法接线的测量原理

施加输出一个电压源信号Vs到一个阻抗R上，将产生一电流I，如图D.1。

 

若需测量该阻抗值，需测量该阻抗上的电压V：

                   

由于从电压源到被测阻抗有一段导线，导线有电阻r，导致V=Vs，所以若要测量阻抗R，不可以简单地用电源电压Vs代替V。

阻抗R的测量电路应采用图D.2 的接线方法，测量电压的电压表必须单独用导线从R两端连线才能测量R的电压值V。因R两端是采用4根导线接线，故称为4端法接线。图D.3的接线方法是错误的。

采用CTA测量互感器的电阻、变比、励磁时，需采用4端法接线，如图D.4。

                                                    

四端法接线必须注意被测绕组的端子接法。图D.5的接法是正确接法，图D.6、7均是错误接法。