DQZHAN技術訊：保護用電流互感器誤差分析和應用
摘 要：論述了電流互感器10%誤差曲線和誤差的產生原因及現場應用勵磁特性曲線進行10%誤差曲線校核的方法。在現場繼電保護整定中，具有一定實際意義。
關鍵詞：電流互感器;10%誤差曲線;誤差;繼電保護
中圖分類號：TM452 文獻標識碼：A
Protective current transformer error analysis and Application
Wen Xian Hua
(大同煤礦集團雁崖煤業機電科，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
保護用電流互感器用在系統發生短路或其他電氣故障時，輸出的電流能夠啟動保護裝置動作和繼電器一起切斷故障電路，而該電流須是電氣設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相串聯二次近于短路，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量指標—電流互感器的準確性。因此為了保證繼電器正確動作及時切除故障，在交流操作設計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：在保護裝置中特別是速斷保護動作時電流互感器在10%誤差下要求滿足飽和系數。保護裝置動作后，由電流互感器供給掉閘線圈的電流，要滿足輸出力，且*大二次電流與回路中串聯元件主觸點容量匹配。
1 電流互感器誤差的產生原因和采取的措施
1.1 產生誤差的原因
電流互感器正常運行時磁勢互相平衡，一次側電流和二次負載增加都會使電流互感器產生的感應電動勢增加，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，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，增大二次負載時，使互感器感應電動勢增大而使主磁通增加，而當線路發生短路或發生操作過電壓時，電流互感器鐵心中亦將產生高額剩磁，使激磁電流增加而導致其誤差增大,且二次負載的功率因數越低誤差就越大。
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) 降低一次電流計算值，從而可相對提高互感器變比;
b) 設法降低電流互感器二次負載和改善二次負載功率因數;
c) 鐵心退磁處理，一般可采用大負載退磁法或強磁場退磁法。(a)大負載退磁法。是在被退磁的電流互感器二次線圈上接以相當于額定負載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，時間不少于10 s，在此同時，二次線圈所接可變電阻降到0值或短路，如此往復2次～3次;(b)強磁場退磁法。是在被退磁鐵心的二次線圈上通以工頻電流，使之由0 A增加到約二次側線圈的額定電流的一半，然后均勻回降到0 A，時間不少于10 s，在未切斷電源之前，將二次線圈短接為防止電流過負荷，應先在電路中接入限流電阻，如此往復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接成短路。
退磁用的可變電源必須是感應調壓型，所用可變電阻可以是滑動接觸型，但在中不得出現**產生火花現象。
2 電流互感器的飽和倍數和*大副電流倍數
當電流互感器的一次側電流成倍增長時激磁電流I0急驟增加，鐵心將趨于飽和，從而導致比值誤差f(互感器的實際二次電流乘以額定變比與一次實際電流的差，對一次實際電流的百分比)迅速增加，當一次電流倍數增加到m倍時，f達到-10%，則一次電流倍數m,就叫10%倍數。二次側接額定負載時的10%倍數，叫額定10%倍數。電流互感器的飽和倍數，是指電流互感器在一定二次負載和一定實際誤差的規定條件下的*大一次額定電流倍數。通常所提供的是在10% 誤差條件下，D級鐵心電流互感器角誤差在7°以下時，不同負載與一次額定電流倍數的特性曲線。當保護裝置與操作電源共用一電流互感器時常常采用分短掉閘方式。此時在保護裝置正確動作后，電流互感器誤差允許超過10%，只須保證可靠的掉閘即可。因而在計算條件下常需要10%及以上誤差的倍數特性曲線。
3 電流互感器10%誤差曲線的應用
從電流互感器的10%誤差曲線可以看出，隨著10%倍數的增加二次負載允許值越來越小。有時為了運行和安裝的需要，安裝時利用勵磁特性曲線試驗進行 10%誤差校核。測出一次繞組開路，二次繞組輸入交流電流時，各電流值二次繞組相對應的端電壓值畫出的勵磁特性曲線進行10%誤差曲線校核。
3.1 電流互感器的短路動作電流選取
在短路故障下保護裝置動作時，電流互感器的*大二次電流倍數對檢驗二次回路元件工作的穩定性和能否分斷短接掉閘線圈是很重要的。一般的繼電保護裝置，可按*大整定動作電流校核選取：即電流互感器的二次負載不大于以動作電流與互感器額定電流的倍數在10%誤差曲線上查得的對應允許值。按*大整定電流校核后二次電流**值必定大于二次整定動作電流，一定能使保護裝置正確動作，所以不需校核10%誤差曲線。
*大二次電流倍數：
m2max=I2max/I2N，(1)
式(1)中，m2max為*大二次電流倍數;I2max為二次側*大電流，A;I2N為二次側額定電流，A。
3.2 10%誤差飽和倍數的驗算
a) 計算保護裝置*大整定值下的電流互感器一次電流倍數：
m1ˊ=1.1Iarmax/I2Nkd，(2)
式(2)中，m1ˊ為保護裝置*大整定值下的電流互感器一次電流倍數;Iarmax為保護裝置動作電流*大整定值(一般取速斷保護整定值)，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;
kd=iR/iφ，(3)
式(3)中，iR為負載正常工作電流，A;iφ為正常時相電流，A;
b) 計算電流互感器在m1ˊ下的*大負載ZL。選取接入元件*多的一相計算;計算通過Iarmax時各串聯元件的阻抗，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。
計算電流互感器在上述計算條件下的負載阻抗：
ZL=kd(ZR1+ZR2+…)+ZC=kdZR∑+ZC,(5)
式(5)中，ZL為電流互感器在上述計算條件下的負載阻抗，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，求出對應ZL的10%倍數大于m1ˊ，則可認為合格。
3.3 電流互感器負載的校核
若每個電流互感器所承擔的負載阻抗為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，流經阻抗為ZR的繼電器電流為IR。根據電壓平衡方程式得每個電流互感器負載特性通式為：
ZLIφ=ZRIR。(6)
實際應用電流互感器10%誤差曲線校核電流互感器的二次負載允許值：402盤區變電所變壓器差動保護10 kV側，采用LA1—10—400/5型電流互感器，二次側接為Y形連接，10%誤差曲線如圖1。
變壓器10 kV側*大短路電流是2875 A。計算故障電流對額定電流的10%倍數M=1.5×2875/400=10.8(1.5為非周期系數)。查圖1 10%誤差曲線圖得10.8倍10%倍數對應的二次負載允許值為0.98 Ω.而該電流互感器二次負載是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載滿足要求。
3.4 電流互感器不滿足10%誤差要求時采取的措施
a) 為了提高代負荷能力，在被保護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，以減小當電流誤差達到-10%時的電流10%倍數;
c) 將相同級別的電流互感器二次繞組串聯，使負荷能力成倍提高;
d) 增大二次電纜截面，或采用消耗功率小的繼電器，以減小二次側負荷;
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) 改變二次負荷元件的接線方式，將部分負荷移至互感器備用繞組，以減小計算負荷
4 結語
以上對電流互感器誤差和10%誤差曲線應用的分析探討,能使電流互感器在滿足10%誤差曲線各種情況下,當電力系統發生過載、短路、絕緣、漏電、接地等各種故障時，電流互感器輸出的電流能保證自動保護裝置的感受元件和執行元件準確動作，及時根據電力系統故障情況迅速切斷故障設備。電流互感器在電力系統中起到變流和電氣隔離作用，對保護電力系統的**，保護設備*少損失和保證人身**等方面,有著極其重要的意義。
