10%誤差曲線分析

1、繼電保護用電流互感器1 0 %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嗾差曲線，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。關鍵詞：電流互感器 10 %誤差曲線 應用1電流互感器的誤差電流互感器，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

2、的電氣設備。其等值電路如圖 1所示，向量圖如圖2所示。圖1 ，圖中I 1為折算到二次側的一次電流，R、X為折算到二次側的一次電阻和漏抗；R、X2為二 ' '一Io的值為奇,I = I 2。但頭際次電阻和漏抗；10為電流互感器的勵磁電流。在理想的電流互感器中.上Z2為Z0相比不能忽略，所以，I 0 = Il - I 2。0 ;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Io的存在，它使二次 電流與換算到二次側后的一次電流I 1不但在數值上不相等，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= _L乂 100 ；角誤差為I 1與12間的夾角

3、。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1 0 %誤差及1 0 %誤差曲線設Ki為電流互感器的變比，其一次側電流與二次電流有I 2= I i/Ki的關系，在Ki為常數（電源互感器I 2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 Ii/ Ki就不再保持線性關系，而是如圖

4、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Ii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，、 , ，、一 一 '，一、一,電流值Ii.b,自Ii.b作垂線與曲線1、2分別相交于B、A兩點，且BA= 0.1I 1 （為折算到二次的I i值）。如果電流互感器的一次Ii電流，其變比誤差就不會大于10%;如果，其變比誤差就大于1081-為鐵芯不飽和12-為鐵芯飽和時''B /12m。匕Af 1 /.M/1i2/11 :|C1一I 1b(m10)I10ZenZfh另外，電流互感器的變比誤差還與其二次負載阻抗有關。為了便

5、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，也可在已知實際負載阻抗后，從該曲線上求出允許的m1Q用以與流經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%1差曲線是由制造廠實驗作出，并且在產品說明書中給出。若在產品說 明書中未提供，或經多年運行，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

6、10%吳差曲線。310 %誤差曲線的繪制方法測定電流互感器 10%i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通電流法，此項方法由電流互感器二次側通入電流，所需電源及設備容量 較小，其結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通電流法，繪制電 流互感器10%吳差曲線的方法。3.1 收集數據保護裝置類型、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用經驗公式計算：對于油浸式LCCW陞，一般取Z2= (1.31.

7、4 ) R2;對于套管式LRD型電流互感器，一般取 Z2=2R23.4 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。3.4.1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：3.4.1.1完全星形接線見圖5,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。 三相短路時：（10=0）ZL:導線阻抗Z <j) :繼電器線圈阻抗Zfh= U2/I2 = UA/

8、IA= IA（ZL+Z 兩相短路時：（AC相）Zfh= U2/I2 = UA/IA = IA（ZL+Z 單相接地時：（A相）Zfh= U2/I2 = UA/IA = IA（ZL+Z4 ）/IA = ZL+Z （）（）+IC（ZL+Z（）/（2IA） = ZL+Z （）（）+ZN+ZL）/IA = 2ZL+Z 力 +ZNZN:零序回路繼電器線圈阻抗3.4.1.2 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故障。當線路上設有Y, d接線的變壓器，并在變壓器線路側發(fā)生故障時，電源側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

9、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：（中線一B相電流）Zfh= |U2/I2| = |UA/IA| = |IA（ZL+Z（）-IC（ZL+Z （）/IA| = .一 3 （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）同完全星形接線Zfh= ZL+Z （）單相接地：同兩相短路Zfh = 2（ZL+Z © ）3.4.1.3兩相差接線見圖7,與不完全星形接

10、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 三相短路：Zfh= |U2/I2| = |UA/IA| = |（IA-IC）（2ZL+Z 兩相短路：Zfh= U2/I2 = UA/IA = （IA-IC）（2ZL+Z 單相接地：（A相）（）-IC（ZL+Z （）/IA| =73 （ZL+Z（）（）/IA| = J3 （2ZL+Z（）（）/IA = 2（2ZL+Z（）（）/IA = 2ZL+Z （）Zfh= U2/I2 = UA/IA = IA （2ZL+Z3.4.1.4 三角

11、形接線：見圖 8,用三相差動接線中。三相短路:圖8Zfh= |UA/IA| = |（IA-IB）（ZL+Z力）-（IC-IA）（ZL+Z 力）/IA|=（ZL+Z（）|2IA-IB-IC |/IA = 3（ZL+Z 力） 兩相短路：（AB相）Zfh= UA/IA = （IA+IB）（ZL+Z 力）+IB（ZL+Z 力）/IA=（ZL+Z（）（IA+2IB）/IA = 3（ZL+Z 力） 單相接地：（A相）Zfh= UA/IA = IA（2ZL+2Z （）/IA = 2（ZL+Z 力）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

12、荷三相短路兩相短路單相接地完全星形接線ZL+Z（f）ZL+Z（f）2ZL+Z© +ZN不完全星形接線43 （ZL+Z（）2（ZL+Z 力）（AB相）ZL+Z 力（AC 相）2（ZL+Z（）兩相差接線V3 （2ZL+Z（）2（2ZL+Z（）2ZL+Z（）三角形形接線3（ZL+Z（）3（ZL+Z（）2（ZL+Z（）AB BG CA和A0相的阻抗。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注意測量接線最好采用高內阻電壓法。對于差動保護接線，由于外部故障時，繼電器內僅流過不平 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

13、線圈短接。計算公式為：Zab Zca "ZbcZabbc ZcaZbc Zca -ZabZaZbZc3.5用伏安特性法測試電流互感器的U=f(I0)曲線采用低內阻電流法或采用高內阻電壓法均可。試驗時要注意，電流互感器一次側開路，斷開二 次側所有負荷后加電壓，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U=f(I0)曲線，求出勵磁電壓、勵磁阻抗、電流倍數與允許負荷的關系，繪出10 %誤差曲線根據電工理論，當電流互感器一次線圈開路，在二次線圈加電壓時，流經二次線圈的電流即為 電流互感器的

14、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上也不相同，在繞組中產生的感應電勢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。根據等值電路圖 3得：E0=Ua-I 0Z2 ,- ，、一，一 '，當電流互感器的變比誤差為IO初，勵磁電流應IO為一次側電流變換到二次側電流I 1的IO%5', ，、,即I 1為100%時，I0為10% I 2為90%所以一次電流變換到二次側時為勵磁電流的10倍，二次側電流為

15、勵磁電流的 9倍，即圖1所示：I0 -K iI 1I21 (1 - 0.9)=K i0.1 I 1(Ki為電流互感器變比)K iI1=10 Ki I0I2=9I0當電流互感器二次側額定電流I2N為5A時:m10=I 1_ 10K iI 010 I 0=2I0Iin 一 Ki I 2 N5而二次側阻抗：Z2+Zfh=E0/I2=E0/(9I0)因此,Zfh=E0/(9I0)-Z23.7 電流倍數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能承受的電流對于額定電流的倍數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

16、，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?？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；而當可靠系數取為2時，需將控制電纜的截面加大很多，很不經濟，所以可靠系數取1.3 ;2) 變壓器縱差、發(fā)電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

17、按各種實際的系統(tǒng)容量條件來計算；Kk:可靠系數。取1.3 ;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電流實際 分布來計算短路電流；Kk:可靠系數。取1.3 ;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?？紤]到電流互感器的10%誤差；取1

18、.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。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?？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 分析結果將實測阻抗值按最嚴重的短路類型換算成Z;然后根據計算出的電流倍數m10,找出與m10倍數相對應的允許阻抗值 Zfh，如果ZV Zfh時為合格。3.9 當電流互感器不滿足10%1差要求時，應采取以下措施1) 改用伏