高电压技术 第３８卷第１１期２０１２年１１月３０日
，ＶＨｉｈＶｏｌｔａｅＥｎｉｎｅｅｒｉｎｏｌ．３８，Ｎｏ．１１，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ３０，２０１２ ｇｇｇｇ
２９８１
直流输电用零磁通直流电流互感器的研制
李 鹤，李 前，章述汉，雷 民，李登云，胡浩亮
（）中国电力科学研究院，武汉４３００７４
摘 要：零磁通直流电流互感器被广泛应用于换流站中性线上直流电流的测量。为此，介绍了研制的１台３０００ ／结构和性能指标。该直流电流互感器采用一对检测铁１Ｖ，５０ｋＶ零磁通式直流电流互感器样机的工作原理、Ａ
由安匝平衡检测器控制的反馈功率放大器输出二次电流与一次电芯绕组作为一次和二次电流的安匝平衡检测器，
且该分量对环境温度不敏感。分析认为主要的误差流达到磁势自平衡。设计的安匝不平衡造成误差约０．０２％，来源是位于控制室的负载电阻和放大电路。直流误差校准试验表明，该样机在额定持续热电流下的各点测量误差在１均＜０．２％，８ｋＡ下测量误差＜０．３％。样机在短时电流试验和阶跃电流响应试验中表现出了良好的暂态性能。参考相关标准，样机通过了电磁兼容试验考核。该类型零磁通型直流电流互感器符合高压直流输电系统要求。关键词：高压直流输电；直流电流测量；零磁通；磁调制；误差；试验：／ＤＯＩ１０．３９６９６５２０．２０１２．１１．０２８．ｉｓｓｎ．１００３－ｊ
（）文章编号：１００３６５２０２０１２１１２９８１０５－－－
ＤｅｖｅｌｏｍｅｎｔｏｆａＺｅｒｏｆｌｕｘＤＣＣｕｒｒｅｎｔＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｆｏｒＨＶＤＣＰｒｏｅｃｔｓ － ｐｊ
，，ＬＩＨｅＬＩＱｉａｎ，ＺＨＡＮＧＳｈｕｈａｎＬＥＩＭｉｎ，ＬＩＤｅｎｕｎ，ＨＵ Ｈａｏｌｉａｎ ｇｙｇ
（，Ｗｕ）ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｉｔｉｔｕｅｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ
：ＡｂｓｔｒａｃｔＺｅｒｏｆｌｕｘＤＣｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｕｓｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅＤＣｃｕｒｒｅｎｔｏｆｎｅｕｔｒａｌｂｕｓｉｎｃｏｎｖｅｒｔｏｒ－ ｙ
，，／ｓｔａｔｉｏｎｓ．Ｗｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｏｅｒａｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａ３０００Ａ１Ｖ，５０ｋＶ，ｚｅｒｏｆｌｕｘＤＣｃｕｒｒｅｎｔ － ｐｐｕｓｅｓａｏｆｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃｏｒｅｓａｎｄｗｉｎｄｉｎｓａｓａｎａｍｅｒｅｔｕｒｎｂａｌａｎｃｅｄｅｔｅｃｔｏｒｒｏｔｏｔｅ．Ｔｈｅｒｏｔｏｔｅａｉｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ － ｇｐｐｙｐｐｙｐｐ
，ｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｎｄｓｅｃｏｎｄａｒｃｉｒｃｕｉｔｓ．Ａｆｅｅｄｂａｃｋａｍｌｉｆｉｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｔｈｅａｍｅｒｅｔｕｒｎｂａｌａｎｃｅｒｉｍａｒｏｗｅｒ － ｙｐｙｐｐｙｐ ，ｗ，ｄｅｔｅｃｔｏｒｈｉｃｈｏｕｔｕｔｓａｓｅｃｏｎｄａｒｃｕｒｒｅｎｔｍａｋｅｓｔｈｅｒｏｔｏｔｅａｓｅｌｆｂａｌａｎｃｉｎｓｓｔｅｍ．Ｅｒｒｏｒｄｕｅｔｏｔｈｅａｍｅｒｅ － －ｐｙｐｙｐｇｙｐ
ｔｕｒｎｕｎｂａｌａｎｃｅｉｓａｂｏｕｔ０．０２％，ａｎｄｉｓｎｏｔｓｅｎｓｉｔｉｖｅｔｏｔｈｅａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｌａｒｅｓｔｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅｓｓｔｅｍ ｐｇｙｃｏｍｅｓｆｒｏｍｔｈｅｌｏａｄｒｅｓｉｓｔｏｒａｎｄｔｈｅａｍｌｉｆｉｎｃｉｒｃｕｉｔｓｗｈｉｃｈａｒｅａｌｌｌｏｃａｔｅｄｉｎｄｏｏｒｓ．Ｔｈｅｒｏｔｏｔｅｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂ ｐｙｇｐｙｐｙ
，ｓｅｖｅｒａｌＤＣａｃｃｕｒａｃｔｅｓｔｓｓｈｏｗｉｎｔｈａｔｔｈｅｅｒｒｏｒｓａｒｅｌｅｓｓｔｈａｎ０．２％ａｎｄ０．３％ｕｎｄｅｒｔｈｅｒａｔｅｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｔｈｅｒｍａｌ ｙｇ ，ａｎｄａｌａｒｅｃｕｒｒｅｎｔｏｆ１８ｋＡ，ｒｅｓｅｃｔｉｖｅｌ．Ｉｎｔｈｅｓｈｏｒｔｔｉｍｅｃｕｒｒｅｎｔｔｅｓｔｓａｎｄｔｈｅｓｔｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｏｎｓｅｔｅｓｔｃｕｒｒｅｎｔ － ｇｐｙｐｐ ｔｈｅｒｅｓｏｎｄｓｗｅｌｌｔｏｔｈｅｓｅｃｕｒｒｅｎｔｓ．ＴｈｅｈａｓａｌｓｏＥＭＣｔｅｓｔｓａｃｃｏｒｄｉｎｔｏｒｅｌａｔｅｄｒｏｔｏｔｅｒｏｔｏｔｅａｓｓｅｄ ｐｇｐｙｐｐｙｐｐ ｓｔａｎｄａｒｄｓ．ＩｔｉｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｔｈｅｚｅｒｏｆｌｕｘＤＣｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｆｕｌｆｉｌｌｓｔｈｅｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅＨＶＤＣｒｅｓｅｎｔｅｄ － ｑｐｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｒｏｅｃｔ． ｐｊ
：ＨＶ；；ｍ；；ＫｅｗｏｒｄｓＤＣ；ＤＣｃｕｒｒｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｚｅｒｏｆｌｕｘａｎｅｔｉｃｍｏｄｕｌａｔｏｒｅｒｒｏｒｔｅｓｔ － ｇｙ
０ 引言
近１直流输电系统在中国进入高速发展０ａ来，时期，输电里程和输电容量均居世界第一。预计未，来１中国将新建高压直流工程约２输电线０ａ０多个，
［］
路长度超过２输送功率达９．６万ｋｍ，４４０万ｋＷ１－３。
直流电流互感器是直流输电系统的重要一次设备，为换流站的运行提供控制和保护信号。应用于换流站各个位置的直流电流互感器主要分为两种类型，一种是用于测量电压等级较高的极线电流的光
］４
，电式直流电流互感器［另一种是主要用于测量电
及Ｒｅｉｔｚ公司的零磁通式直流电流互感器。国内对
］７１０－
，但对零光电式直流电流互感器进行了很多研究［
磁通式直流电流互感器的研究较少。
零磁通式直流电流互感器基于直流电流比较仪原理，具有准确度较高的优点。直流电流比较仪被应用于试验室直流电流测量及标准已有非常长的历
］１１１７－
，史［但将其应用于直流输电系统的研究在国内
较少进行，尚需要提高其在电力系统运行条件下的过载能力和可靠性。同时研制零磁通直流电流互感器对于实现直流测量设备的国产化，打破国外公司对国内直流输电系统用直流互感器的垄断格局，具有重要意义。
为此研制了１台直流输电系统用零磁通式直流／电流互感器样机。该样机额定输出１Ｖ准３０００Ａ， 确度等级０电压等级５在６．２级，０ｋＶ，００％额定电
压等级较低的中性线上直流电流的零磁通式直流电
］５６－
。目前国内直流输电工程用直流电流流互感器［
互感器绝大多数都被进口产品垄断，如ＡＢＢ公司、西门子公司的光电式直流电流互感器，ＨＩＴＥＣ公司
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高电压技术 ＨｉｈＶｏｌｔａｅＥｎｉｎｅｅｒｉｎ ｇｇｇｇ，（）２０１２３８１１
流（下其测量准确度仍可达到０１８ｋＡ）．３％。本文将对样机的工作原理和结构，以及对其性能指标的试验进行介绍。
环路增益越高，由净安匝引系统的环路增益。显然，
起的误差越小。实验室用直流电流比较仪的环路增
６－６
，。但环路益一般高达１其电流比例误差可达１００
１ 样机设计
１．１ 工作原理
研制的零磁通直流电流互感器的基本原理图如图１所示。Ｔ被测一次电流和二次电３为屏蔽铁芯，流作用于该铁芯。Ｔ１和Ｔ２为两个检测铁芯，Ｗ１绕组和Ｗ这两个铁芯同２绕组分别绕在两个铁芯上，
时受到一次电流和二次电流作用。解调单元产生辅。Ｔ助调制信号，作用于铁芯Ｔ１和Ｔ２１和Ｔ２的双铁芯结构以及调制信号用于辅助检测一次电流和二次电流的安匝平衡状态，即铁芯Ｔ３的零磁通状态。解调单元提取表征铁芯Ｔ３零磁通状态的控制信号，，并提供给反馈放大器Ａ使得Ａ１１输出的二次电流与被测一次电流达到安匝平衡。二次电流流过负载电阻产生的压降被运算放大器Ａ进而产生电２放大，压输出
。
增益越高，铁芯越容易饱和。出于稳定性的考
］１９２１－
，，设计的系统环路增益约为５即电流比虑［０００
例误差约为０．０２％。随环境温度的变化和时间推移，环路增益发生的变化对于电流比例误差的影响非常小。电流比例准确度受环境温度影响很小也是零磁通直流电流互感器的一个重要优点。
电流比例误差分量在整体误差分配中占很小的比例，系统主要误差取决于二次负载电阻和后边电路放大部分。二次负载电阻和电路放大部分均位于控制室，工作条件相对较为理想，合理的设计很容易保证系统测量准确度在控制室温度范围内≤０．２％。１．２ 基本结构
零磁通直流电流互感器样机由两部分组成，位于室外的一次传感器和位于室内的二次控制箱，两者通过电缆连接。图１中所示的调制单元、解调单元、负载电阻及其他电子元件均位于二次控制机箱。一次传感器如图２所示。铁芯及绕组安装于一个１１０ｋＶ电流互感器的壳体内。
铁芯及绕组部分的截面图如图３所示。检测铁以抵御邻近磁场的影响，芯嵌套安装于屏蔽铁芯内，
提高准确度。二次绕组的外层有一层铜屏蔽，减小外界电磁场对测量的影响。为避免铜屏蔽形成短路匝，铜屏蔽由盖子和盒子组成，两部分互相绝缘。１．３ 性能指标
样机主要性能指标如表１所示。
图１ 零磁通电流互感器基本原理图Ｆｉ．１Ｅｌｅｍｅｎｔａｒｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｒａｍｏｆｔｈｅｚｅｒｏｆｌｕｘ －ｇｙｇ
ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｃｕｒｒｅｎｔ
２ 主要试验
／将样机视为一种电子式电流互感器，参照ＧＢ《互感器第８部分：电子式电流互感Ｔ２０８４０．８－２００７
］２２２３－
，器》及一些国外企业标准［对样机进行了大量的试验验证。有关样机测量特性的一些重点试验项目介绍如下。限于篇幅，相关耐压试验没有介绍。２．１ 误差试验
基本误差试验、大进行了３种不同的误差试验：
电流误差试验和长时间热稳定电流误差试验。
（）在正负极性额定电流的１１０％、２０％、４０％、样机在各８０％、１００％和１２０％各点处进行校准试验，
测量点均满足０．２级误差限值要求。额定电流下，其误差约为０．０６％。
（）在其正负极性额定电流的１２００％、１５０％、２００％、３００％、４００％、５００％和６００％各点处进行校准
理想情况下，一次电流与二次电流形成完美的即铁芯Ｔ安匝平衡，３内净安匝为零。设一次电流和一次绕组匝数为Ｎｐ（通常二次电流分别为Ｉｓ，ｐ和Ｉ，为穿心１匝）二次绕组匝数为Ｎｓ。理想情况下，有下式成立
ＮｐＩＩｓｓｐ＝Ｎ
所以此时一次、二次电流转 由于匝数是确定的，换没有误差。
然而当铁芯Ｔ解调单元的输３内净安匝为零时，出信号也为零，反馈放大器Ａ无１的输出电压为零，法输出二次电流。所以系统在正常工作下，铁芯Ｔ３内净安匝不为零。该净安匝即为一次、二次电流转换误差，其作用和影响类似于交流电流互感器中的
］１８
。定义二次电流安匝与净安匝的比值为激磁电流［
李 鹤，李 前，章述汉，等．直流输电用零磁通直流电流互感器的研制
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试验，其最大误差为０．２８％。由于一次铁芯安装在壳体内，一次绕组为穿心１匝，难以进行大电流校准试验。采用了等安匝的校准方法，一次铁芯为与样机相同设计的铁芯，便于等安匝布置。由１．１节的这不会对误差造成太大的影响。较大的分析可知，
二次电流会造成负载电阻发热而影响样机的电压输出准确度。设计上采用了大功率的精密电阻和合理的散热措施来保证测量准确度。
（），对样机通流４并实时监测测量误３５００Ａ、１ｈ
。可以看出样机在长时间大电流差，试验结果如图４下的误差变化主要由采样电阻的温升引起，至４０误差＜ｍｉｎ附近接近热稳定，０．１％
。
图２ 零磁通直流电流互感器的一次传感器Ｆｉ．２ｒａｎｓｄｕｃｅｒｏｆｔｈｅｚｅｒｏｆｌｕｘｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｔ － ｇ
表１ 零磁通直流电流互感器主要性能指标
Ｔａｂｌｅ１ａｉｎｏｆｔｈｅｚｅｒｏｆｌｕｘＤＣｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒａｒａｍｅｔｅｒｓ Ｍ － ｐ
分类
指标
室外传感头，环境温
度范围
室内二次控制箱，环境温度范围直流电流测量范围直流电流测量精度
电气参数
持续热电流耐受短时热稳定电流短时动稳定电流阶跃响应主绝缘外绝缘
绝缘
爬电距离额定直流电压雷电冲击耐受电压直流耐受电压输出型式
额定输出
额定输出电压额定输出电流负载电阻
参数
－４０４０°Ｃ～＋＋５４０°Ｃ～＋０１８ｋＡ～
１０％～１５０％额定电流：０．２％
：额定电流１５０％～６００％０．３％４．５ｋＡ１１．２ｋＡ，３ｓ峰值）２８ｋＡ（，４００μｓ１０％～９０％＜ＳＦ６
复合硅橡胶绝缘子２７５０ｍｍ ５０ｋＶ峰值）４５０ｋＶ（
７５ｋＶ，６０ｍｉｎ模拟电压、电流／１Ｖ３０００Ａ
／１Ａ３０００Ａ ０．１Ω
图３ 铁芯截面图
Ｆｉ．３ｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｎｅｔｉｃｃｏｒｅ
ｓ Ｃ ｇｇ
工作条件
图４ 样机在持续热电流作用下误差－时间曲线Ｆｉ．４ｒｒｏｒｔｉｍｅｃｕｒｖｅｕｎｄｅｒｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｔｈｅｒｍａｌｃｕｒｒｅｎｔ Ｅ－ ｇ
２．２ 短时电流试验试验
，热稳定电流试验参数为：均方根值）１１．２ｋＡ（３；。样机无可见动稳定电流试验参数：峰值）ｓ２８ｋＡ（
损伤，在动热稳定试验前后分别测量了样机测量误差，样机误差变化＜０．０５％。图５为样机的二次响可以看到样机对动热稳定短时电流的应电压波形，响应非常好。
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高电压技术 ＨｉｈＶｏｌｔａｅＥｎｉｎｅｅｒｉｎ ｇｇｇｇ，（）２０１２３８１１
图６ 方波响应波形
Ｆｉ．６Ｓｕａｒｅａｖｅｒｅｓｏｎｓｅｗａｖｅｆｏｒｍ －ｗ ｇｑｐ
表２ 电磁兼容试验项目Ｔａｂｌｅ２ＭＣｔｅｓｔｓ Ｅ
试验
谐波和谐间波抗扰度试验电压慢变化抗扰度试验电压暂降和短时中断抗扰度试验
浪涌（冲击）抗扰度试验电快速瞬变脉冲群抗扰度试验
振荡波抗扰度试验静电放电抗扰度试验工频磁场抗扰度试验脉冲磁场抗扰度试验阻尼振荡磁场抗扰度试验射频电磁场辐射抗扰度试验
传导骚扰发射试验
辐射骚扰发射试验
严酷等级
２
＋１０％～－２０％，３０％暂降×０．１ｓ中断×０．０２ｓ
４４３２５５５３
、组１试验限值：Ａ级
评价准则
ＡＡＡＢＢＢＢＡＢＢＡ
图５ 样机的短时电流试验响应波形Ｆｉ．５ｅｓｕｌｔｓｏｆｓｈｏｒｔｔｉｍｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｏｎｓｅｔｅｓｔｓ Ｒ － ｇｐ
２．３ 直流电流阶跃响应试验
对样机进行了方波电流响应试验。方波电流幅，。图６上升时间２下降时间３值２２００Ａ，５０μｓ４０μｓ
为样机的方波响应波形。通道１为标准同轴分流器波形，通道２为样机的方波响应波形。样机上升时间和下降时间与标准同轴分流器的响应时间几乎相。同，上升时间和下降均＜１００μｓ２．４ 电磁兼容试验
应用于电力系统的测量设备必须满足相关电磁，兼容试验标准。样机通过的试验项目列出如表２其／中试验项目、严酷等级和评价准则均参照ＧＢＴ
。２０８４０．８－２００７
综合以上各项试验结果，可见该样机的研制成功。这也标志着中国已具备直流输电用零磁通直流电流互感器国产化的技术基础，对于推动直流输电设备国产化进程具有重要意义
。
等级０电压等级５．２级，０ｋＶ的零磁通直流电流互感器样机。对其性能测量结果表明该样机能够测量高达６其准确度仍然满足０对００％的额定电流，．３％，方波电流具有良好的响应，其上升时间和下降时间。均＜１００μｓ
）／该样机性能通过了Ｇ２ＢＴ２０８４０．８－２００７及 企业相关标准的多想测试，性能满足直流输电系统的要求。
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３ 结论
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李 鹤，李 前，章述汉，等．直流输电用零磁通直流电流互感器的研制
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李 鹤
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［］，ＧＢ１２０８—２００６ＣｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＳ２００７．
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［］，Ｓ２００７．
／ＧＢＴ２０８４０．８—２００７Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓａｒｔ８：ｅｌｅｃ －ｐ －［］，ｔｒｏｎｉｃｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓＳ２００７
．
２００７年获华中科技大学电气与电子工程学院高电压技术专业硕士学位。现在中国电力科学研究院计量研究所从事高电压大电流计量测试技术研究。作为主研人员参与多项国网公司科技项目研究（）电话：０２７５９８３４６３８
：Ｅ－ｍａｉｌｌｉｈｅ３＠ｅｒｉ．ｓｃｃ．ｃｏｍ．ｃｎｐｇ
收稿日期 ２０１２０６０７０１２０８０６－－ 修回日期 ２－－ 编辑 肖 铮
高电压技术 第３８卷第１１期２０１２年１１月３０日
，ＶＨｉｈＶｏｌｔａｅＥｎｉｎｅｅｒｉｎｏｌ．３８，Ｎｏ．１１，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ３０，２０１２ ｇｇｇｇ
２９８１
直流输电用零磁通直流电流互感器的研制
李 鹤，李 前，章述汉，雷 民，李登云，胡浩亮
（）中国电力科学研究院，武汉４３００７４
摘 要：零磁通直流电流互感器被广泛应用于换流站中性线上直流电流的测量。为此，介绍了研制的１台３０００ ／结构和性能指标。该直流电流互感器采用一对检测铁１Ｖ，５０ｋＶ零磁通式直流电流互感器样机的工作原理、Ａ
由安匝平衡检测器控制的反馈功率放大器输出二次电流与一次电芯绕组作为一次和二次电流的安匝平衡检测器，
且该分量对环境温度不敏感。分析认为主要的误差流达到磁势自平衡。设计的安匝不平衡造成误差约０．０２％，来源是位于控制室的负载电阻和放大电路。直流误差校准试验表明，该样机在额定持续热电流下的各点测量误差在１均＜０．２％，８ｋＡ下测量误差＜０．３％。样机在短时电流试验和阶跃电流响应试验中表现出了良好的暂态性能。参考相关标准，样机通过了电磁兼容试验考核。该类型零磁通型直流电流互感器符合高压直流输电系统要求。关键词：高压直流输电；直流电流测量；零磁通；磁调制；误差；试验：／ＤＯＩ１０．３９６９６５２０．２０１２．１１．０２８．ｉｓｓｎ．１００３－ｊ
（）文章编号：１００３６５２０２０１２１１２９８１０５－－－
ＤｅｖｅｌｏｍｅｎｔｏｆａＺｅｒｏｆｌｕｘＤＣＣｕｒｒｅｎｔＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｆｏｒＨＶＤＣＰｒｏｅｃｔｓ － ｐｊ
，，ＬＩＨｅＬＩＱｉａｎ，ＺＨＡＮＧＳｈｕｈａｎＬＥＩＭｉｎ，ＬＩＤｅｎｕｎ，ＨＵ Ｈａｏｌｉａｎ ｇｙｇ
（，Ｗｕ）ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｉｔｉｔｕｅｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ
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，，／ｓｔａｔｉｏｎｓ．Ｗｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｏｅｒａｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａ３０００Ａ１Ｖ，５０ｋＶ，ｚｅｒｏｆｌｕｘＤＣｃｕｒｒｅｎｔ － ｐｐｕｓｅｓａｏｆｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃｏｒｅｓａｎｄｗｉｎｄｉｎｓａｓａｎａｍｅｒｅｔｕｒｎｂａｌａｎｃｅｄｅｔｅｃｔｏｒｒｏｔｏｔｅ．Ｔｈｅｒｏｔｏｔｅａｉｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ － ｇｐｐｙｐｐｙｐｐ
，ｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｎｄｓｅｃｏｎｄａｒｃｉｒｃｕｉｔｓ．Ａｆｅｅｄｂａｃｋａｍｌｉｆｉｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｔｈｅａｍｅｒｅｔｕｒｎｂａｌａｎｃｅｒｉｍａｒｏｗｅｒ － ｙｐｙｐｐｙｐ ，ｗ，ｄｅｔｅｃｔｏｒｈｉｃｈｏｕｔｕｔｓａｓｅｃｏｎｄａｒｃｕｒｒｅｎｔｍａｋｅｓｔｈｅｒｏｔｏｔｅａｓｅｌｆｂａｌａｎｃｉｎｓｓｔｅｍ．Ｅｒｒｏｒｄｕｅｔｏｔｈｅａｍｅｒｅ － －ｐｙｐｙｐｇｙｐ
ｔｕｒｎｕｎｂａｌａｎｃｅｉｓａｂｏｕｔ０．０２％，ａｎｄｉｓｎｏｔｓｅｎｓｉｔｉｖｅｔｏｔｈｅａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｌａｒｅｓｔｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅｓｓｔｅｍ ｐｇｙｃｏｍｅｓｆｒｏｍｔｈｅｌｏａｄｒｅｓｉｓｔｏｒａｎｄｔｈｅａｍｌｉｆｉｎｃｉｒｃｕｉｔｓｗｈｉｃｈａｒｅａｌｌｌｏｃａｔｅｄｉｎｄｏｏｒｓ．Ｔｈｅｒｏｔｏｔｅｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂ ｐｙｇｐｙｐｙ
，ｓｅｖｅｒａｌＤＣａｃｃｕｒａｃｔｅｓｔｓｓｈｏｗｉｎｔｈａｔｔｈｅｅｒｒｏｒｓａｒｅｌｅｓｓｔｈａｎ０．２％ａｎｄ０．３％ｕｎｄｅｒｔｈｅｒａｔｅｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｔｈｅｒｍａｌ ｙｇ ，ａｎｄａｌａｒｅｃｕｒｒｅｎｔｏｆ１８ｋＡ，ｒｅｓｅｃｔｉｖｅｌ．Ｉｎｔｈｅｓｈｏｒｔｔｉｍｅｃｕｒｒｅｎｔｔｅｓｔｓａｎｄｔｈｅｓｔｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｏｎｓｅｔｅｓｔｃｕｒｒｅｎｔ － ｇｐｙｐｐ ｔｈｅｒｅｓｏｎｄｓｗｅｌｌｔｏｔｈｅｓｅｃｕｒｒｅｎｔｓ．ＴｈｅｈａｓａｌｓｏＥＭＣｔｅｓｔｓａｃｃｏｒｄｉｎｔｏｒｅｌａｔｅｄｒｏｔｏｔｅｒｏｔｏｔｅａｓｓｅｄ ｐｇｐｙｐｐｙｐｐ ｓｔａｎｄａｒｄｓ．ＩｔｉｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｔｈｅｚｅｒｏｆｌｕｘＤＣｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｆｕｌｆｉｌｌｓｔｈｅｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅＨＶＤＣｒｅｓｅｎｔｅｄ － ｑｐｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｒｏｅｃｔ． ｐｊ
：ＨＶ；；ｍ；；ＫｅｗｏｒｄｓＤＣ；ＤＣｃｕｒｒｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｚｅｒｏｆｌｕｘａｎｅｔｉｃｍｏｄｕｌａｔｏｒｅｒｒｏｒｔｅｓｔ － ｇｙ
０ 引言
近１直流输电系统在中国进入高速发展０ａ来，时期，输电里程和输电容量均居世界第一。预计未，来１中国将新建高压直流工程约２输电线０ａ０多个，
［］
路长度超过２输送功率达９．６万ｋｍ，４４０万ｋＷ１－３。
直流电流互感器是直流输电系统的重要一次设备，为换流站的运行提供控制和保护信号。应用于换流站各个位置的直流电流互感器主要分为两种类型，一种是用于测量电压等级较高的极线电流的光
］４
，电式直流电流互感器［另一种是主要用于测量电
及Ｒｅｉｔｚ公司的零磁通式直流电流互感器。国内对
］７１０－
，但对零光电式直流电流互感器进行了很多研究［
磁通式直流电流互感器的研究较少。
零磁通式直流电流互感器基于直流电流比较仪原理，具有准确度较高的优点。直流电流比较仪被应用于试验室直流电流测量及标准已有非常长的历
］１１１７－
，史［但将其应用于直流输电系统的研究在国内
较少进行，尚需要提高其在电力系统运行条件下的过载能力和可靠性。同时研制零磁通直流电流互感器对于实现直流测量设备的国产化，打破国外公司对国内直流输电系统用直流互感器的垄断格局，具有重要意义。
为此研制了１台直流输电系统用零磁通式直流／电流互感器样机。该样机额定输出１Ｖ准３０００Ａ， 确度等级０电压等级５在６．２级，０ｋＶ，００％额定电
压等级较低的中性线上直流电流的零磁通式直流电
］５６－
。目前国内直流输电工程用直流电流流互感器［
互感器绝大多数都被进口产品垄断，如ＡＢＢ公司、西门子公司的光电式直流电流互感器，ＨＩＴＥＣ公司
２９８２
高电压技术 ＨｉｈＶｏｌｔａｅＥｎｉｎｅｅｒｉｎ ｇｇｇｇ，（）２０１２３８１１
流（下其测量准确度仍可达到０１８ｋＡ）．３％。本文将对样机的工作原理和结构，以及对其性能指标的试验进行介绍。
环路增益越高，由净安匝引系统的环路增益。显然，
起的误差越小。实验室用直流电流比较仪的环路增
６－６
，。但环路益一般高达１其电流比例误差可达１００
１ 样机设计
１．１ 工作原理
研制的零磁通直流电流互感器的基本原理图如图１所示。Ｔ被测一次电流和二次电３为屏蔽铁芯，流作用于该铁芯。Ｔ１和Ｔ２为两个检测铁芯，Ｗ１绕组和Ｗ这两个铁芯同２绕组分别绕在两个铁芯上，
时受到一次电流和二次电流作用。解调单元产生辅。Ｔ助调制信号，作用于铁芯Ｔ１和Ｔ２１和Ｔ２的双铁芯结构以及调制信号用于辅助检测一次电流和二次电流的安匝平衡状态，即铁芯Ｔ３的零磁通状态。解调单元提取表征铁芯Ｔ３零磁通状态的控制信号，，并提供给反馈放大器Ａ使得Ａ１１输出的二次电流与被测一次电流达到安匝平衡。二次电流流过负载电阻产生的压降被运算放大器Ａ进而产生电２放大，压输出
。
增益越高，铁芯越容易饱和。出于稳定性的考
］１９２１－
，，设计的系统环路增益约为５即电流比虑［０００
例误差约为０．０２％。随环境温度的变化和时间推移，环路增益发生的变化对于电流比例误差的影响非常小。电流比例准确度受环境温度影响很小也是零磁通直流电流互感器的一个重要优点。
电流比例误差分量在整体误差分配中占很小的比例，系统主要误差取决于二次负载电阻和后边电路放大部分。二次负载电阻和电路放大部分均位于控制室，工作条件相对较为理想，合理的设计很容易保证系统测量准确度在控制室温度范围内≤０．２％。１．２ 基本结构
零磁通直流电流互感器样机由两部分组成，位于室外的一次传感器和位于室内的二次控制箱，两者通过电缆连接。图１中所示的调制单元、解调单元、负载电阻及其他电子元件均位于二次控制机箱。一次传感器如图２所示。铁芯及绕组安装于一个１１０ｋＶ电流互感器的壳体内。
铁芯及绕组部分的截面图如图３所示。检测铁以抵御邻近磁场的影响，芯嵌套安装于屏蔽铁芯内，
提高准确度。二次绕组的外层有一层铜屏蔽，减小外界电磁场对测量的影响。为避免铜屏蔽形成短路匝，铜屏蔽由盖子和盒子组成，两部分互相绝缘。１．３ 性能指标
样机主要性能指标如表１所示。
图１ 零磁通电流互感器基本原理图Ｆｉ．１Ｅｌｅｍｅｎｔａｒｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｒａｍｏｆｔｈｅｚｅｒｏｆｌｕｘ －ｇｙｇ
ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｃｕｒｒｅｎｔ
２ 主要试验
／将样机视为一种电子式电流互感器，参照ＧＢ《互感器第８部分：电子式电流互感Ｔ２０８４０．８－２００７
］２２２３－
，器》及一些国外企业标准［对样机进行了大量的试验验证。有关样机测量特性的一些重点试验项目介绍如下。限于篇幅，相关耐压试验没有介绍。２．１ 误差试验
基本误差试验、大进行了３种不同的误差试验：
电流误差试验和长时间热稳定电流误差试验。
（）在正负极性额定电流的１１０％、２０％、４０％、样机在各８０％、１００％和１２０％各点处进行校准试验，
测量点均满足０．２级误差限值要求。额定电流下，其误差约为０．０６％。
（）在其正负极性额定电流的１２００％、１５０％、２００％、３００％、４００％、５００％和６００％各点处进行校准
理想情况下，一次电流与二次电流形成完美的即铁芯Ｔ安匝平衡，３内净安匝为零。设一次电流和一次绕组匝数为Ｎｐ（通常二次电流分别为Ｉｓ，ｐ和Ｉ，为穿心１匝）二次绕组匝数为Ｎｓ。理想情况下，有下式成立
ＮｐＩＩｓｓｐ＝Ｎ
所以此时一次、二次电流转 由于匝数是确定的，换没有误差。
然而当铁芯Ｔ解调单元的输３内净安匝为零时，出信号也为零，反馈放大器Ａ无１的输出电压为零，法输出二次电流。所以系统在正常工作下，铁芯Ｔ３内净安匝不为零。该净安匝即为一次、二次电流转换误差，其作用和影响类似于交流电流互感器中的
］１８
。定义二次电流安匝与净安匝的比值为激磁电流［
李 鹤，李 前，章述汉，等．直流输电用零磁通直流电流互感器的研制
２９８３
试验，其最大误差为０．２８％。由于一次铁芯安装在壳体内，一次绕组为穿心１匝，难以进行大电流校准试验。采用了等安匝的校准方法，一次铁芯为与样机相同设计的铁芯，便于等安匝布置。由１．１节的这不会对误差造成太大的影响。较大的分析可知，
二次电流会造成负载电阻发热而影响样机的电压输出准确度。设计上采用了大功率的精密电阻和合理的散热措施来保证测量准确度。
（），对样机通流４并实时监测测量误３５００Ａ、１ｈ
。可以看出样机在长时间大电流差，试验结果如图４下的误差变化主要由采样电阻的温升引起，至４０误差＜ｍｉｎ附近接近热稳定，０．１％
。
图２ 零磁通直流电流互感器的一次传感器Ｆｉ．２ｒａｎｓｄｕｃｅｒｏｆｔｈｅｚｅｒｏｆｌｕｘｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｔ － ｇ
表１ 零磁通直流电流互感器主要性能指标
Ｔａｂｌｅ１ａｉｎｏｆｔｈｅｚｅｒｏｆｌｕｘＤＣｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒａｒａｍｅｔｅｒｓ Ｍ － ｐ
分类
指标
室外传感头，环境温
度范围
室内二次控制箱，环境温度范围直流电流测量范围直流电流测量精度
电气参数
持续热电流耐受短时热稳定电流短时动稳定电流阶跃响应主绝缘外绝缘
绝缘
爬电距离额定直流电压雷电冲击耐受电压直流耐受电压输出型式
额定输出
额定输出电压额定输出电流负载电阻
参数
－４０４０°Ｃ～＋＋５４０°Ｃ～＋０１８ｋＡ～
１０％～１５０％额定电流：０．２％
：额定电流１５０％～６００％０．３％４．５ｋＡ１１．２ｋＡ，３ｓ峰值）２８ｋＡ（，４００μｓ１０％～９０％＜ＳＦ６
复合硅橡胶绝缘子２７５０ｍｍ ５０ｋＶ峰值）４５０ｋＶ（
７５ｋＶ，６０ｍｉｎ模拟电压、电流／１Ｖ３０００Ａ
／１Ａ３０００Ａ ０．１Ω
图３ 铁芯截面图
Ｆｉ．３ｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｎｅｔｉｃｃｏｒｅ
ｓ Ｃ ｇｇ
工作条件
图４ 样机在持续热电流作用下误差－时间曲线Ｆｉ．４ｒｒｏｒｔｉｍｅｃｕｒｖｅｕｎｄｅｒｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｔｈｅｒｍａｌｃｕｒｒｅｎｔ Ｅ－ ｇ
２．２ 短时电流试验试验
，热稳定电流试验参数为：均方根值）１１．２ｋＡ（３；。样机无可见动稳定电流试验参数：峰值）ｓ２８ｋＡ（
损伤，在动热稳定试验前后分别测量了样机测量误差，样机误差变化＜０．０５％。图５为样机的二次响可以看到样机对动热稳定短时电流的应电压波形，响应非常好。
２９８４
高电压技术 ＨｉｈＶｏｌｔａｅＥｎｉｎｅｅｒｉｎ ｇｇｇｇ，（）２０１２３８１１
图６ 方波响应波形
Ｆｉ．６Ｓｕａｒｅａｖｅｒｅｓｏｎｓｅｗａｖｅｆｏｒｍ －ｗ ｇｑｐ
表２ 电磁兼容试验项目Ｔａｂｌｅ２ＭＣｔｅｓｔｓ Ｅ
试验
谐波和谐间波抗扰度试验电压慢变化抗扰度试验电压暂降和短时中断抗扰度试验
浪涌（冲击）抗扰度试验电快速瞬变脉冲群抗扰度试验
振荡波抗扰度试验静电放电抗扰度试验工频磁场抗扰度试验脉冲磁场抗扰度试验阻尼振荡磁场抗扰度试验射频电磁场辐射抗扰度试验
传导骚扰发射试验
辐射骚扰发射试验
严酷等级
２
＋１０％～－２０％，３０％暂降×０．１ｓ中断×０．０２ｓ
４４３２５５５３
、组１试验限值：Ａ级
评价准则
ＡＡＡＢＢＢＢＡＢＢＡ
图５ 样机的短时电流试验响应波形Ｆｉ．５ｅｓｕｌｔｓｏｆｓｈｏｒｔｔｉｍｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｏｎｓｅｔｅｓｔｓ Ｒ － ｇｐ
２．３ 直流电流阶跃响应试验
对样机进行了方波电流响应试验。方波电流幅，。图６上升时间２下降时间３值２２００Ａ，５０μｓ４０μｓ
为样机的方波响应波形。通道１为标准同轴分流器波形，通道２为样机的方波响应波形。样机上升时间和下降时间与标准同轴分流器的响应时间几乎相。同，上升时间和下降均＜１００μｓ２．４ 电磁兼容试验
应用于电力系统的测量设备必须满足相关电磁，兼容试验标准。样机通过的试验项目列出如表２其／中试验项目、严酷等级和评价准则均参照ＧＢＴ
。２０８４０．８－２００７
综合以上各项试验结果，可见该样机的研制成功。这也标志着中国已具备直流输电用零磁通直流电流互感器国产化的技术基础，对于推动直流输电设备国产化进程具有重要意义
。
等级０电压等级５．２级，０ｋＶ的零磁通直流电流互感器样机。对其性能测量结果表明该样机能够测量高达６其准确度仍然满足０对００％的额定电流，．３％，方波电流具有良好的响应，其上升时间和下降时间。均＜１００μｓ
）／该样机性能通过了Ｇ２ＢＴ２０８４０．８－２００７及 企业相关标准的多想测试，性能满足直流输电系统的要求。
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３ 结论
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李 鹤，李 前，章述汉，等．直流输电用零磁通直流电流互感器的研制
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李 鹤
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．
２００７年获华中科技大学电气与电子工程学院高电压技术专业硕士学位。现在中国电力科学研究院计量研究所从事高电压大电流计量测试技术研究。作为主研人员参与多项国网公司科技项目研究（）电话：０２７５９８３４６３８
：Ｅ－ｍａｉｌｌｉｈｅ３＠ｅｒｉ．ｓｃｃ．ｃｏｍ．ｃｎｐｇ
收稿日期 ２０１２０６０７０１２０８０６－－ 修回日期 ２－－ 编辑 肖 铮