繼電保護用電流互感器10誤差曲線的計算方法及其應用

1、繼電保護用電流互感器誤差曲線的計算方法及其應用作者：師淑英 郭增光 常小冰河北大唐國際王灘發(fā)電有限公司摘要：電流互感器是電力系統(tǒng)中非常重要的一次設備，而掌握其誤差特性及10%誤差曲線，對于繼電保護人員來說是十分必要的，它可避免繼電保護裝置在被保護設備發(fā)生故障時拒動，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運行，對提高繼電保護裝置的正確動作率有著十分重要的意義。本文就用在電流互感器二次側(cè)通電流法，如何繪制電流互感器的10%誤差曲線，并對其如何應用，加以說明。關(guān)鍵詞：電流互感器 10誤差曲線 應用1 電流互感器的誤差圖 1圖 2電流互感器，用來將一次大電流變換為二次小電流，并將低壓設備與高壓線路隔離，是一種常見的電

2、氣設備。其等值電路如圖1所示，向量圖如圖2所示。圖中I為折算到二次側(cè)的一次電流，R、X為折算到二次側(cè)的一次電阻和漏抗；R2、X2為二次電阻和漏抗；I0為電流互感器的勵磁電流。在理想的電流互感器中I0的值為零，II2。但實際上Z2為Z0相比不能忽略，所以，=-；由電流互感器的向量圖中可看出，電流互感器的誤差主要是由于勵磁電流I0的存在，它使二次電流與換算到二次側(cè)后的一次電流I不但在數(shù)值上不相等，而且相位也不相同，這就造成了電流互感器的誤差。電流互感器的比誤差f=；角誤差為I與I2間的夾角。做為標準和測量用的電流互感器，要考慮到在正常運行狀態(tài)下的比誤差和角誤差；做為保護用的電流互感器，為保證繼電保

3、護及自動裝置的可靠運行，要考慮當系統(tǒng)出現(xiàn)最大短路電流的情況下，繼電保護裝置能正常工作，不致因為飽和及誤差帶來拒動，因而規(guī)程的規(guī)定，應用于繼電保護的電流互感器，在其二次側(cè)負載和一次電流為已知的情況下，電流誤差不得超過10%。2 電流互感器的誤差及誤差曲線設Ki為電流互感器的變比，其一次側(cè)電流與二次電流有I2I1Ki的關(guān)系，在Ki為常數(shù)（電源互感器I2不飽和）時，就是一條直線，如圖3所示。當電流互感器鐵芯開始飽和后，與I1Ki就不再保持線性關(guān)系，而是如圖中的曲線2所示，呈鐵芯的磁化曲線狀。繼電保護要求電流互感器的一次電流I1等于最大短路電流時，其變比誤差小于或等于10。因此，我們可以在圖中找到一個

4、電流值I1.b，自I1.b作垂線與曲線1、2分別相交于B、A兩點，且BA（為折算到二次的I1值）。如果電流互感器的一次I1電流，其變比誤差就不會大于10；如果，其變比誤差就大于10。1-為鐵芯不飽和2-為鐵芯飽和時圖3 圖4另外，電流互感器的變比誤差還與其二次負載阻抗有關(guān)。為了便于計算，制造廠對每種電流互感器提供了在m10下允許的二次負載阻抗值Zen，曲線m10=f(Zen)就稱為電流互感器的10誤差曲線，如圖4所示，已知m10的值后,從該曲線上就可很方便地得出允許的負載阻抗。如果它大于或等于實際的負載阻抗，誤差就滿足要求，否則，應設法降低實際負載阻抗，直至滿足要求為止。當然，也可在已知實際負

5、載阻抗后，從該曲線上求出允許的m10，用以與流經(jīng)電流互感器一次線繞組的最大短路電流作比較。通常電流互感器的10%誤差曲線是由制造廠實驗作出，并且在產(chǎn)品說明書中給出。若在產(chǎn)品說明書中未提供，或經(jīng)多年運行，需重新核對電流互感器的特性時，就要通過試驗的方法繪制電流互感器的10%誤差曲線。3 誤差曲線的繪制方法測定電流互感器10%誤差曲線最直接方法是一次測定電流法，此項方法由于所需電源及設備容量較大，電流測量很難用于現(xiàn)場測驗。另一種方法是二次側(cè)通電流法，此項方法由電流互感器二次側(cè)通入電流，所需電源及設備容量較小，其結(jié)果與一次電流法所得相同，現(xiàn)場測量很易實現(xiàn)。下面就介紹用二次側(cè)通電流法，繪制電流互感器1

6、0%誤差曲線的方法。3.1 收集數(shù)據(jù)保護裝置類型、整定值、電流互感器的變比、接線方式和流過電流互感器的最大故障電流等。3.2 測量電流互感器二次繞組的直流電阻R23.3 求二次繞組漏抗Z2用經(jīng)驗公式計算：對于油浸式LCCWD型，一般取Z2=（1.3）R2；對于套管式LRD型電流互感器，一般取Z2=2R2。3.4 測定電流互感器的二次負荷阻抗電流互感器的二次阻抗是指電流互感器二次端子所呈現(xiàn)的負荷阻抗。它包括繼電器阻抗，連接導線阻抗。計算電流互感器二次負荷電流互感器二次的負荷為其輸出電壓的與輸出的電流之比；Zfh=U2/I2。其值的大小與電流互感器的接線方式、故障類型有關(guān)：.1完全星形接線見圖5，

7、常用于大接地電流系統(tǒng)中，能夠反映各種相間故障和接地故障。為提高接地故障的靈敏度，常在中性線中加裝零序電流繼電器。ZL:導線阻抗 Z:繼電器線圈阻抗ZN:零序回路繼電器線圈阻抗圖5三相短路時：(I0=0) Zfh= U2/I2 = UA/IA= IA(ZL+Z)/IA = ZL+Z兩相短路時：(AC相) Zfh= U2/I2 = UA/IA = IA(ZL+Z)+IC(ZL+Z)/(2IA) = ZL+Z單相接地時：(A相) Zfh= U2/I2 = UA/IA = IA(ZL+Z+ZN+ZL)/IA = 2ZL+Z+ZN.2不完全星形接線見圖6，常用于小接地電流系統(tǒng)中，只能夠反映相間故障和接地

8、故障。當線路上設有Y，d接線的變壓器，并在變壓器線路側(cè)發(fā)生故障時，電源側(cè)的電流保護采用不完全星形接線時，保護裝置的靈敏度比完全星形接線方式降低一半，為此對裝于電源側(cè)的過電源保護裝置，若要求作為變壓器的后線路的后備時，通常在中性線上再裝一個電流繼電器，第三個繼電器能夠反應最大相電流，使保護靈敏度提高一倍。圖6三相短路：(中線B相電流)Zfh= |U2/I2| = |UA/IA| = |IA(ZL+Z)-IC(ZL+Z)/IA| = (ZL+Z)兩相短路：AB相: Zfh= U2/I2 = UA/IA= IA(ZL+Z)+IB(ZL+Z)/IA = 2(ZL+Z)AC相: (中線無電流) 同完全星

9、形接線 Zfh= ZL+Z單相接地：同兩相短路 Zfh = 2(ZL+Z).3 兩相差接線見圖7，與不完全星形接線相比，可節(jié)省一個電流繼電器，但對和種相間故障，靈敏度不同，在10kV以上的線路保護中很采用。圖7Zfh= |U2/I2| = |UA/IA| = |IA(ZL+Z)-IC(ZL+Z)/IA| = (ZL+Z)三相短路： Zfh= |U2/I2| = |UA/IA| = |(IA-IC)(2ZL+Z)/IA| = (2ZL+Z)兩相短路： Zfh= U2/I2 = UA/IA = (IA-IC)(2ZL+Z)/IA = 2(2ZL+Z)單相接地：(A相) Zfh= U2/I2 = U

10、A/IA = IA (2ZL+Z)/IA = 2ZL+Z3.4.1.4 三角形接線：見圖8，用三相差動接線中。三相短路：圖8 Zfh= |UA/IA| = |(IA-IB)(ZL+Z)-(IC-IA)(ZL+Z)/IA| = (ZL+Z)|2IA-IB-IC |/IA = 3(ZL+Z)兩相短路：(AB相) Zfh= UA/IA = (IA+IB)(ZL+Z)+IB(ZL+Z)/IA = (ZL+Z)(IA+2IB)/IA = 3(ZL+Z)單相接地：(A相) Zfh= UA/IA = IA(2ZL+2Z)/IA = 2(ZL+Z)各種接線方式下的電流互感器的二次計算負荷匯總見表1。表1：四種

11、接線方式，在不同的短路狀態(tài)下電流互感器的二次計算負荷三相短路兩相短路單相接地完全星形接線ZL+ZZL+Z2ZL+Z+ZN不完全星形接線(ZL+Z)2(ZL+Z)（AB相）ZL+Z（AC相）2(ZL+Z)兩相差接線(2ZL+Z)2(2ZL+Z)2ZL+Z三角形形接線3(ZL+Z)3(ZL+Z)2(ZL+Z)3.4.2用電流電壓法測定最大負荷阻抗在電流互感器根部用電流電壓法，分別測量電流互感器二次回路AB、BC、CA和A0相的阻抗。注意測量接線最好采用高內(nèi)阻電壓法。對于差動保護接線，由于外部故障時，繼電器內(nèi)僅流過不平衡電流，故障電流并不流過繼電器，所以在實測時，應將差動繼電器的線圈短接。計算公式為

12、： 3.5 用伏安特性法測試電流互感器的U=f(I0)曲線采用低內(nèi)阻電流法或采用高內(nèi)阻電壓法均可。試驗時要注意，電流互感器一次側(cè)開路，斷開二次側(cè)所有負荷后加電壓，由零逐漸上升，中途不得降低后再升高以免因磁滯回線使伏安特性曲線不平滑，影響到計算的準確性。一般做到5A，有特殊需要時做到飽和為止。3.6 根據(jù)U=f(I0)曲線，求出勵磁電壓、勵磁阻抗、電流倍數(shù)與允許負荷的關(guān)系，繪出誤差曲線根據(jù)電工理論，當電流互感器一次線圈開路，在二次線圈加電壓時，流經(jīng)二次線圈的電流即為電流互感器的的勵磁電流。對于同一臺電流互感器的不同二次繞組，在同樣的勵磁電流下，其鐵芯的的飽和程度不相同，反映到磁通的變化率d/dt

13、上也不相同，在繞組中產(chǎn)生的感應電勢E0=W(d/dt)就不相同（這里E0又約等于二次線圈上的電壓值U2）。飽和程度深的，其d/dt小，E0也小；飽和程度淺的，d/dt大，E0也大。根據(jù)等值電路圖3得：E0=U2-I0Z2當電流互感器的變比誤差為10%時，勵磁電流應I0為一次側(cè)電流變換到二次側(cè)電流I的10%。即I為100%時，I0為10%，I2為90%。所以一次電流變換到二次側(cè)時為勵磁電流的10倍，二次側(cè)電流為勵磁電流的9倍，即圖1所示：I0 (Ki為電流互感器變比)I1=10 Ki I0I2=9I0當電流互感器二次側(cè)額定電流I2N為5A時：m10=2I0而二次側(cè)阻抗：Z2+Zfh=E0/I2=

14、E0/(9I0)因此,Zfh=E0/(9I0)-Z23.7 電流倍數(shù)m10的計算為保證電流互感器變比誤差不大于10%，選用的電流互感器一次側(cè)能承受的電流對于額定電流的倍數(shù)不應小于以下各式計算值：1)發(fā)電機縱差保護：m10=(KkIkmax)/I1NIkmax：外部短路時，流過電流互感器的最大電流，即等于發(fā)電機出口處三相短路時的短路電流；I1N： 電流互感器的額定一次電流；Kk： 可靠系數(shù)?？紤]到差動保護中采用帶速飽和變流器的繼電器，保護裝置對短路開始瞬間的短路電流 中出現(xiàn)的非周期性分量是不靈敏的；而當可靠系數(shù)取為2時，需將控制電纜的截面加大很多，很不經(jīng)濟，所以可靠系數(shù)取；2) 變壓器縱差、發(fā)電

15、機變壓器組縱差保護：m10=(KkIkmax)/I1NIkmax：外部短路時，流過電流互感器的最大電流。對于雙繞組變壓器、發(fā)電機雙繞組變壓器組，當發(fā)電廠與大電力系統(tǒng)聯(lián)系時，短路電流可按系統(tǒng)容量等于無限大條件來計算。對三繞組變壓器和發(fā)電機三繞組變壓器組，短路電流則按各種實際的系統(tǒng)容量條件來計算；Kk： 可靠系數(shù)。??；當采用不帶速飽和變流器的繼電器時取1.5。3) 母線縱差保護：m10=(KkIkmax)/I1NIkmax：外部短路時，流過電流互感器的最大電流。需求按電源分支線內(nèi)電流實際分布來計算短路電流；Kk： 可靠系數(shù)。取；當采用不帶速飽和變流器的繼電器時取1.5。4) 35110kV線路星形

16、接線的電流速斷保護、3220kV線路星形接線的過電流保護、廠用變壓器的速斷和過流保護（含零序過流保護）：m10=(KkIdz2)/INIdz2：保護裝置的動作電流；IN： 電流互感器額定電流Kk： 可靠系數(shù)?？紤]到電流互感器的10%誤差；取1.1。5) 具有方向性的保護裝置：m10=(KkIkmax)/I1NIkmax：當保護安裝處的前方或后方引出線短路時，流過電流互感器的最大電流的周期分量；Kk： 可靠系數(shù)。當保護動作時限為0.1S時取2；0.3S時取1.5；大于是1S時取1。6) 非方向性的阻抗保護：7) 線路差動保護（縱差、橫差和方向橫差）：m10=(KkIkmax)/I1NKk： 可靠系數(shù)?？紤]短路電流非周期分量對電流互感器勵磁的影響，當差動保護不采用速飽和變流器時取2；采用速飽和變流器時取1.3。Ikmax：外部短路時，流過所接電流互感器的最大電流的周期分量；對于雙回線橫差保護，因雙回線阻抗相等，在外部短路時，流過每回線的短路電流只是Ikmax的一半。3.8 分析結(jié)果將實測阻抗值按最嚴重的短路類型換算成Z；然后根據(jù)計算出的電流倍數(shù)m10，找出與m10倍數(shù)相對應的允許阻抗值Zfh，如果ZZf