保護(hù)用電流互感器誤差分析和應(yīng)用

胤旭機(jī)電 >> 保護(hù)用電流互感器誤差分析和應(yīng)用 : 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

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的各種裝置工作條件問題：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圈的電流，要滿足輸出力，且比較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)勢增大而使主磁通增加，而當(dāng)線路發(fā)生短路或發(fā)生操作過電壓時(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)磁場退磁法。是在被退磁鐵心的二次線圈上通以工頻電流，使之由0 A增加到約二次側(cè)線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，將二次線圈短接為防止電流過負(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為二次線圈的額定電流,A)遞減。被退磁的電流互感器一次線圈為開路，不退磁的二次線圈均應(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)不良產(chǎn)生火花現(xiàn)象。

　　2 電流互感器的飽和倍數(shù)和比較大副電流倍數(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)定條件下的比較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優(yōu)質(zhì)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。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。

　　3 電流互感器10%誤差曲線的應(yīng)用

　　從電流互感器的10%誤差曲線可以看出，隨著10%倍數(shù)的增加二次負(fù)載允許值越來越小。有時(shí)為了運(yùn)行和安裝的需要，安裝時(shí)利用勵(lì)磁特性曲線試驗(yàn)進(jìn)行 10%誤差校核。測出一次繞組開路，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)的端電壓值畫出的勵(lì)磁特性曲線進(jìn)行10%誤差曲線校核。
　　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)，電流互感器的比較大二次電流倍數(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線圈是很重要的。一般的繼電保護(hù)裝置，可按比較大整定動(dòng)作電流校核選取：即電流互感器的二次負(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%誤差曲線上查得的對(duì)應(yīng)允許值。按比較大整定電流校核后二次電流絕對(duì)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。
　　比較大二次電流倍數(shù)：
　　m2max=I2max/I2N，(1)
　　式(1)中，m2max為比較大二次電流倍數(shù);I2max為二次側(cè)比較大電流，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)裝置比較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)裝置比較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)作電流比較大整定值(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下的比較大負(fù)載ZL。選取接入元件比較多的一相計(jì)算;計(jì)算通過Iarmax時(shí)各串聯(lián)元件的阻抗，查各使用元件的特性曲線：
　　ZR=f(IR)，(4)
　　式(4)中，ZR為元件阻抗，Ω;IR為元件通過的電流，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，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%誤差曲線校核電流互感器的二次負(fù)載允許值：402盤區(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。
　　變壓器10 kV側(cè)比較大短路電流是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%誤差曲線校核后該電流互感器二次負(fù)載滿足要求。
　　3.4 電流互感器不滿足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) 將相同優(yōu)質(zhì)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方式改為完全星形接線方式，差電流接線方式改為不完全星形接線方式;
　　f) 改變二次負(fù)荷元件的接線方式，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

　　以上對(duì)電流互感器誤差和10%誤差曲線應(yīng)用的分析探討,能使電流互感器在滿足10%誤差曲線各種情況下,當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生過載、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)的安全，保護(hù)設(shè)備比較少損失和保證人身安全等方面,有著極其重要的意義。

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