DQZHAN技術(shù)訊：保護(hù)用電流互感器誤差分析和應(yīng)用

摘 要：論述了電流互感器10%誤差曲線(xiàn)和誤差的產(chǎn)生原因及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用勵(lì)磁特性曲線(xiàn)進(jìn)行10%誤差曲線(xiàn)校核的方法。在現(xiàn)場(chǎng)繼電保護(hù)整定中，具有一定實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：電流互感器;10%誤差曲線(xiàn);誤差;繼電保護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM452 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Protective current transformer error analysis and Application

Wen Xian Hua

(大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)機(jī)電科，山西 大同 037003 )

(Datong Coal Mine Group Yanya media industry electromechanical Department of Shanxi Datong 037003)

Abstract:The paper discussed the causes of the 10% error curve of protective current transformer and the method of field using the excitation acter curve is checking a 10% error curve .in the field of relay setting it have some practical significances.

Keywords:Current transformater 10%error curve Relay protection

0 引言

保護(hù)用電流互感器用在系統(tǒng)發(fā)生短路或其他電氣故障時(shí)，輸出的電流能夠啟動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作和繼電器一起切斷故障電路，而該電流須是電氣設(shè)備正常工作電流的幾倍到幾十倍。電流互感器一次線(xiàn)圈與電力系統(tǒng)相串聯(lián)二次近于短路，阻抗很小，輸出能力有限。它在交流操作中作為電源加大電源勢(shì)必影響其主要質(zhì)量指標(biāo)—電流互感器的準(zhǔn)確性。因此為了保證繼電器正確動(dòng)作及時(shí)切除故障，在交流操作設(shè)計(jì)中必須解決由于電流互感器的比差和角差誤差帶來(lái)的各種裝置工作條件問(wèn)題：在保護(hù)裝置中特別是速斷保護(hù)動(dòng)作時(shí)電流互感器在10%誤差下要求滿(mǎn)足飽和系數(shù)。保護(hù)裝置動(dòng)作后，由電流互感器供給掉閘線(xiàn)圈的電流，要滿(mǎn)足輸出力，且*大二次電流與回路中串聯(lián)元件主觸點(diǎn)容量匹配。

1 電流互感器誤差的產(chǎn)生原因和采取的措施

1.1 產(chǎn)生誤差的原因

電流互感器正常運(yùn)行時(shí)磁勢(shì)互相平衡，一次側(cè)電流和二次負(fù)載增加都會(huì)使電流互感器產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增加，由此看出電流互感器誤差主要是激磁電流造成的。在一次電流大大增加時(shí)，迫主磁通和激磁電流增加而使其誤差增大，在相同的一次電流情況下，增大二次負(fù)載時(shí)，使互感器感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大而使主磁通增加，而當(dāng)線(xiàn)路發(fā)生短路或發(fā)生操作過(guò)電壓時(shí)，電流互感器鐵心中亦將產(chǎn)生高額剩磁，使激磁電流增加而導(dǎo)致其誤差增大,且二次負(fù)載的功率因數(shù)越低誤差就越大。

因此，為改善電流互感器的誤差可采取如下措施：

1.2 改善電流互感器誤差采取的措施

a) 降低一次電流計(jì)算值，從而可相對(duì)提高互感器變比;

b) 設(shè)法降低電流互感器二次負(fù)載和改善二次負(fù)載功率因數(shù);

c) 鐵心退磁處理，一般可采用大負(fù)載退磁法或強(qiáng)磁場(chǎng)退磁法。(a)大負(fù)載退磁法。是在被退磁的電流互感器二次線(xiàn)圈上接以相當(dāng)于額定負(fù)載10倍～20倍的可變電阻，在一次線(xiàn)圈通以工頻電流，由0值逐漸上升到額定值的1.2倍，然后再逐漸下降到0值，時(shí)間不少于10 s，在此同時(shí)，二次線(xiàn)圈所接可變電阻降到0值或短路，如此往復(fù)2次～3次;(b)強(qiáng)磁場(chǎng)退磁法。是在被退磁鐵心的二次線(xiàn)圈上通以工頻電流，使之由0 A增加到約二次側(cè)線(xiàn)圈的額定電流的一半，然后均勻回降到0 A，時(shí)間不少于10 s，在未切斷電源之前，將二次線(xiàn)圈短接為防止電流過(guò)負(fù)荷，應(yīng)先在電路中接入限流電阻，如此往復(fù)2次～3次并使每次所通入得電流按1/2I2N、1 /5I2N、1/10I2N(I2N為二次線(xiàn)圈的額定電流,A)遞減。被退磁的電流互感器一次線(xiàn)圈為開(kāi)路，不退磁的二次線(xiàn)圈均應(yīng)接成短路。

退磁用的可變電源必須是感應(yīng)調(diào)壓型，所用可變電阻可以是滑動(dòng)接觸型，但在中不得出現(xiàn)**產(chǎn)生火花現(xiàn)象。

2 電流互感器的飽和倍數(shù)和*大副電流倍數(shù)

當(dāng)電流互感器的一次側(cè)電流成倍增長(zhǎng)時(shí)激磁電流I0急驟增加，鐵心將趨于飽和，從而導(dǎo)致比值誤差f(互感器的實(shí)際二次電流乘以額定變比與一次實(shí)際電流的差，對(duì)一次實(shí)際電流的百分比)迅速增加，當(dāng)一次電流倍數(shù)增加到m倍時(shí)，f達(dá)到-10%，則一次電流倍數(shù)m,就叫10%倍數(shù)。二次側(cè)接額定負(fù)載時(shí)的10%倍數(shù)，叫額定10%倍數(shù)。電流互感器的飽和倍數(shù)，是指電流互感器在一定二次負(fù)載和一定實(shí)際誤差的規(guī)定條件下的*大一次額定電流倍數(shù)。通常所提供的是在10% 誤差條件下，D級(jí)鐵心電流互感器角誤差在7°以下時(shí)，不同負(fù)載與一次額定電流倍數(shù)的特性曲線(xiàn)。當(dāng)保護(hù)裝置與操作電源共用一電流互感器時(shí)常常采用分短掉閘方式。此時(shí)在保護(hù)裝置正確動(dòng)作后，電流互感器誤差允許超過(guò)10%，只須保證可靠的掉閘即可。因而在計(jì)算條件下常需要10%及以上誤差的倍數(shù)特性曲線(xiàn)。

3 電流互感器10%誤差曲線(xiàn)的應(yīng)用

從電流互感器的10%誤差曲線(xiàn)可以看出，隨著10%倍數(shù)的增加二次負(fù)載允許值越來(lái)越小。有時(shí)為了運(yùn)行和安裝的需要，安裝時(shí)利用勵(lì)磁特性曲線(xiàn)試驗(yàn)進(jìn)行 10%誤差校核。測(cè)出一次繞組開(kāi)路，二次繞組輸入交流電流時(shí)，各電流值二次繞組相對(duì)應(yīng)的端電壓值畫(huà)出的勵(lì)磁特性曲線(xiàn)進(jìn)行10%誤差曲線(xiàn)校核。

3.1 電流互感器的短路動(dòng)作電流選取

在短路故障下保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，電流互感器的*大二次電流倍數(shù)對(duì)檢驗(yàn)二次回路元件工作的穩(wěn)定性和能否分?jǐn)喽探拥糸l線(xiàn)圈是很重要的。一般的繼電保護(hù)裝置，可按*大整定動(dòng)作電流校核選?。杭措娏骰ジ衅鞯亩呜?fù)載不大于以動(dòng)作電流與互感器額定電流的倍數(shù)在10%誤差曲線(xiàn)上查得的對(duì)應(yīng)允許值。按*大整定電流校核后二次電流**值必定大于二次整定動(dòng)作電流，一定能使保護(hù)裝置正確動(dòng)作，所以不需校核10%誤差曲線(xiàn)。

*大二次電流倍數(shù)：

m2max=I2max/I2N，(1)

式(1)中，m2max為*大二次電流倍數(shù);I2max為二次側(cè)*大電流，A;I2N為二次側(cè)額定電流，A。

3.2 10%誤差飽和倍數(shù)的驗(yàn)算

a) 計(jì)算保護(hù)裝置*大整定值下的電流互感器一次電流倍數(shù)：

m1ˊ=1.1Iarmax/I2Nkd，(2)

式(2)中，m1ˊ為保護(hù)裝置*大整定值下的電流互感器一次電流倍數(shù);Iarmax為保護(hù)裝置動(dòng)作電流*大整定值(一般取速斷保護(hù)整定值)，A;IN2為電流互感器二次額定電流，5 A;kd為繼電器通過(guò)電流的分配系數(shù);

kd=iR/iφ，(3)

式(3)中，iR為負(fù)載正常工作電流，A;iφ為正常時(shí)相電流，A;

b) 計(jì)算電流互感器在m1ˊ下的*大負(fù)載ZL。選取接入元件*多的一相計(jì)算;計(jì)算通過(guò)Iarmax時(shí)各串聯(lián)元件的阻抗，查各使用元件的特性曲線(xiàn)：

ZR=f(IR)，(4)

式(4)中，ZR為元件阻抗，Ω;IR為元件通過(guò)的電流，A。

計(jì)算電流互感器在上述計(jì)算條件下的負(fù)載阻抗：

ZL=kd(ZR1+ZR2+…)+ZC=kdZR∑+ZC,(5)

式(5)中，ZL為電流互感器在上述計(jì)算條件下的負(fù)載阻抗，Ω;ZR1、ZR2為元件1、2的阻抗，Ω;ZC為電路中容性元件的容抗，Ω;ZR∑為各元件阻抗和，Ω。

c) 查采用電流互感器的10%誤差曲線(xiàn)，求出對(duì)應(yīng)ZL的10%倍數(shù)大于m1ˊ，則可認(rèn)為合格。

3.3 電流互感器負(fù)載的校核

若每個(gè)電流互感器所承擔(dān)的負(fù)載阻抗為ZL，二次電流為Iφ,與其它電流互感器組成不同的接線(xiàn)方式后，流經(jīng)阻抗為ZR的繼電器電流為IR。根據(jù)電壓平衡方程式得每個(gè)電流互感器負(fù)載特性通式為：

ZLIφ=ZRIR。(6)

實(shí)際應(yīng)用電流互感器10%誤差曲線(xiàn)校核電流互感器的二次負(fù)載允許值：402盤(pán)區(qū)變電所變壓器差動(dòng)保護(hù)10 kV側(cè)，采用LA1—10—400/5型電流互感器，二次側(cè)接為Y形連接，10%誤差曲線(xiàn)如圖1。

變壓器10 kV側(cè)*大短路電流是2875 A。計(jì)算故障電流對(duì)額定電流的10%倍數(shù)M=1.5×2875/400=10.8(1.5為非周期系數(shù))。查圖1 10%誤差曲線(xiàn)圖得10.8倍10%倍數(shù)對(duì)應(yīng)的二次負(fù)載允許值為0.98 Ω.而該電流互感器二次負(fù)載是0.82Ω﹤0.98Ω，所以利用10%誤差曲線(xiàn)校核后該電流互感器二次負(fù)載滿(mǎn)足要求。

3.4 電流互感器不滿(mǎn)足10%誤差要求時(shí)采取的措施

a) 為了提高代負(fù)荷能力，在被保護(hù)電路中選用二次繞阻伏安特性較高的電流互感器;

b) 改用變比較高的電流互感器，或選用額定電流小的電流互感器，以減小當(dāng)電流誤差達(dá)到-10%時(shí)的電流10%倍數(shù);

c) 將相同級(jí)別的電流互感器二次繞組串聯(lián)，使負(fù)荷能力成倍提高;

d) 增大二次電纜截面，或采用消耗功率小的繼電器，以減小二次側(cè)負(fù)荷;

e) 將電流互感器的不完全星形接線(xiàn)方式改為完全星形接線(xiàn)方式，差電流接線(xiàn)方式改為不完全星形接線(xiàn)方式;

f) 改變二次負(fù)荷元件的接線(xiàn)方式，將部分負(fù)荷移至互感器備用繞組，以減小計(jì)算負(fù)荷

4 結(jié)語(yǔ)

以上對(duì)電流互感器誤差和10%誤差曲線(xiàn)應(yīng)用的分析探討,能使電流互感器在滿(mǎn)足10%誤差曲線(xiàn)各種情況下,當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生過(guò)載、短路、絕緣、漏電、接地等各種故障時(shí)，電流互感器輸出的電流能保證自動(dòng)保護(hù)裝置的感受元件和執(zhí)行元件準(zhǔn)確動(dòng)作，及時(shí)根據(jù)電力系統(tǒng)故障情況迅速切斷故障設(shè)備。電流互感器在電力系統(tǒng)中起到變流和電氣隔離作用，對(duì)保護(hù)電力系統(tǒng)的**，保護(hù)設(shè)備*少損失和保證人身**等方面,有著極其重要的意義。