继电保护用电流互感器10%误差曲线的计算方法及其应用 摘要:电流互感器是电力系统中非常重要的一次设备,而掌握其误差特性及10%误差曲线,对于继电保护人员来说是十分必要的,它可避免继电保护装置在被保护设备发生故障时拒动,保证电力系统稳定.可靠的运行,对提高继电保护装置的正确动作率有着十分重要的意义。本文就用在电流互感器二次侧通电流法,如何绘制电流互感器的10%误差曲线,并对其如何应用,加以说明。 关键词:电流互感器 10%误差曲线 应用 1 电流互感器的误差 电流互感器,用来将一次大电流变换为二次小电流,并将低压设备与高压线路隔离,是一种常见的电气设备。其等值电路如图1所示,向量图如图2所示。 图中I为折算到二次侧的一次电流,R、X为折算到二次侧的一次电阻和漏抗;R2、X2为二次电阻和漏抗;I0为电流互感器的励磁电流。在理想的电流互感器中I0的值为零,I=I2。但实际上Z2为Z0相比不能忽略,所以,=-; 由电流互感器的向量图中可看出,电流互感器的误差主要是由于励磁电流I0的存在,它使二次电流与换算到二次侧后的一次电流I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。电流互感器的比误差f=;角误差为I与I2间的夹角。 2 电流互感器的10%误差及10%误差曲线 设Ki为电流互感器的变比,其一次侧电流与二次电流有I2=I1/Ki的关系,在Ki为常数(电源互感器I2不饱和)时,就是一条直线,如图3所示。当电流互感器铁芯开始饱和后,与I1/Ki就不再保持线性关系,而是如图中的曲线2所示,呈铁芯的磁化曲线状。继电保护要求电流互感器的一次电流I1等于最大短路电流时,其变比误差小于或等于10%。因此,我们可以在图中找到一个电流值I1.b,自I1.b作垂线与曲线1、2分别相交于B、A两点,且BA=0.1I(为折算到二次的I1值)。如果电流互感器的一次I1电流,其变比误差就不会大于10%;如果,其变比误差就大于10%。 图3 图4 另外,电流互感器的变比误差还与其二次负载阻抗有关。为了便于计算,制造厂对每种电流互感器提供了在m10下允许的二次负载阻抗值Zen,曲线m10=f(Zen)就称为电流互感器的10%误差曲线,如图4所示,已知m10的值后,从该曲线上就可很方便地得出允许的负载阻抗。如果它大于或等于实际的负载阻抗,误差就满足要求,否则,应设法降低实际负载阻抗,直至满足要求为止。当然,也可在已知实际负载阻抗后,从该曲线上求出允许的m10,用以与流经电流互感器一次线绕组的最大短路电流作比较。 通常电流互感器的10%误差曲线是由制造厂实验作出,并且在产品说明书中给出。若在产品说明书中未提供,或经多年运行,需重新核对电流互感器的特性时,就要通过试验的方法绘制电流互感器的10%误差曲线。 3 10%误差曲线的绘制方法 测定电流互感器10%误差曲线最直接方法是一次测定电流法,此项方法由于所需电源及设备容量较大,电流测量很难用于现场测验。 另一种方法是二次侧通电流法,此项方法由电流互感器二次侧通入电流,所需电源及设备容量较小,其结果与一次电流法所得相同,现场测量很易实现。下面就介绍用二次侧通电流法,绘制电流互感器10%误差曲线的方法。 收集数据 保护装置类型、整定值、电流互感器电流互感器 测量电流互感器二次绕组的直流电阻R2 求二次绕组漏抗Z2 用经验公式计算:对于油浸式LCCWD型,一般取Z2=(1.3~1.4)R2;对于套管式LRD型电流互感器Z2=2R2。 测定电流互感器的二次负荷阻抗 电流互感器的二次阻抗是指电流互感器二次端子所呈现的负荷阻抗。它包括继电器阻抗,连接导线阻抗。 3.4.1计算电流互感器二次负荷 电流互感器二次的负荷为其输出电压的与输出的电流之比;Zfh=U2/I2。其值的大小与电流互感器的接线方式、故障类型有关: 3.4.1.1完全星形接线 见图5,常用于大接地电流系统中,能够反映各种相间故障和接地故障。为提高接地故障的灵敏度,常在中性线中加装零序电流继电器。 图5 ①三相短路时:(I0=0) Zfh= U2/I2 = UA/IA= IA(ZL+Zφ)/IA = ZL+Zφ ②两相短路时:(AC相) Zfh= U2/I2 = UA/IA = [IA(ZL+Zφ)+IC(ZL+Zφ)]/(2IA) = ZL+Zφ ③单相接地时:(A相) Zfh= U2/I2 = UA/IA = IA(ZL+Zφ+ZN+ZL)]/IA = 2ZL+Zφ+ZN 3.4.1.2不完全星形接线 见图6,常用于小接地电流系统中,只能够反映相间故障和接地故障。当线路上设有Y,d接线的变压器,并在变压器线路侧发生故障时,电源侧的电流保护采用不完全星形接线时,保护装置的灵敏度比完全星形接线方式降低一半,为此对装于电源侧的过电源保护装置,若要求作为变压器的后线路的后备时,通常在中性线上再装一个电流继电器,第三个继电器能够反应最大相电流,使保护灵敏度提高一倍。 图6 ①三相短路:(中线—B相电流) Zfh= |U2/I2| = |UA/IA| = |IA(ZL+Zφ)-IC(ZL+Zφ)]/IA| = (ZL+Zφ) ②两相短路: AB相: Zfh= U2/I2 = UA/IA= [IA(ZL+Zφ)+IB(ZL+Zφ)]/IA = 2(ZL+Zφ) AC相: (中线无电流) 同完全星形接线 Zfh= ZL+Zφ ③单相接地:同两相短路 Zfh = 2(ZL+Zφ) 3.4.1.3 两相差接线 见图7,与不完全星形接线相比,可节省一个电流继电器,但对和种相间故障,灵敏度不同,在10kV以上的线路保护中很采用。 图7 Zfh= |U2/I2| = |UA/IA| = |IA(ZL+Zφ)-IC(ZL+Zφ)]/IA| = (ZL+Zφ) ①三相短路: Zfh= |U2/I2| = |UA/IA| = |(IA-IC)(2ZL+Zφ)/IA| = (2ZL+Zφ) ②两相短路: Zfh= U2/I2 = UA/IA = (IA-IC)(2ZL+Zφ)/IA = 2(2ZL+Zφ) ③单相接地:(A相) Zfh= U2/I2 = UA/IA = IA (2ZL+Zφ)/IA = 2ZL+Zφ 三角形接线:见图8,用三相差动接线中。 ①三相短路: 图8 Zfh= |UA/IA| = |[(IA-IB)(ZL+Zφ)-(IC-IA)(ZL+Zφ)]/IA| = (ZL+Zφ)|2IA-IB-IC |/IA = 3(ZL+Zφ) ②两相短路:(AB相) Zfh= UA/IA = [(IA+IB)(ZL+Zφ)+IB(ZL+Zφ)]/IA = (ZL+Zφ)(IA+2IB)/IA = 3(ZL+Zφ) ③单相接地:(A相) Zfh= UA/IA = IA(2ZL+2Zφ)/IA = 2(ZL+Zφ) 各种接线方式下的电流互感器的二次计算负荷汇总见表1。 表1:四种接线方式,在不同的短路状态下电流互感器的二次计算负荷	三相短路	两相短路	单相接地	完全星形接线	ZL+Zφ	ZL+Zφ	2ZL+Zφ+ZN	不完全星形接线	(ZL+Zφ)	2(ZL+Zφ)(AB相) ZL+Zφ(AC相)	2(ZL+Zφ)	两相差接线	(2ZL+Zφ)	2(2ZL+Zφ)	2ZL+Zφ	三角形形接线	3(ZL+Zφ)	3(ZL+Zφ)	2(ZL+Zφ)	3.4.2