摘要:分析電流互感器產(chǎn)生誤差的原因，確定檢驗電流互感器誤差的方法，分析電流互感器誤差對繼電保護(hù)裝置的影響，找出減小誤差的具體措施。

關(guān)鍵詞:電流互感器 勵磁電流 差動保護(hù) 誤差曲線

1 電流互感器誤差的產(chǎn)生

計算電流互感器二次電流是用一次電流除以電流互感器的變化來獲取，是在忽略了勵磁電流的前提下得到的結(jié)果。實際上，由于電流互感器存在勵磁電流，產(chǎn)生了電流互感器的測量誤差。測量誤差就是電流互感器的二次輸出量(I2)與折算到二次側(cè)的一次輸入量(I1)之間大小不相等、幅角不同所造成的差值。因此，電流互感器的誤差可分為數(shù)值(變比)誤差和相位(角度)誤差。我們重點討論電流互感器的變比誤差。

勵磁電流是造成電流互感器二次電流和一次電流不成比例的直接原因。勵磁電流使一次折算至二次側(cè)的電流不等于二次電流，造成了電流互感器的變化誤差(fb)，計算公式為:

(fb)=(I2-I1/nL)/(I1/nL)(1)

式中nL——電流互感器的變比。

電流互感器的等值電路如圖1所示，圖中各參數(shù)均折算到二次側(cè)。

Z1s、Z2s——電流互感器一、二次側(cè)的漏抗;ZL′——勵磁阻抗;Zen——負(fù)荷阻抗

為了方便計算，定義Z2=Z2s+Zen為二次阻抗。

由圖1可知二次電流與一次電流關(guān)系為:

將式(3)代入式(1)得:

二次漏抗Z2s變化很小，可以視為不變，根據(jù)式(4)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，一次電流突然增大，在一次電流的非周期分量的影響下，電流互感器鐵心很快飽和，勵磁阻抗迅速下降，勵磁電流急劇上升，fb將明顯增大。在一次電流不變的情況下，如果負(fù)荷阻抗增大，使二次阻抗支路的分流減小，勵磁電流增大，也會使fb增加。

此外，勵磁電流還能使二次電流在相位上偏離一次電流，造成電流互感器相位誤差。

由于電流互感器存在勵磁阻抗，因此，電流互感器的誤差不能完全消除。為了使繼電保護(hù)裝置能夠正確感知故障量的大小，必須將電流互感器的誤差控制在一定范圍。繼電保護(hù)要求電流互感器在一次電流等于最大短路電流時，其變比誤差小于10%。因而產(chǎn)生了電流互感器的10%誤差曲線。

2 電流互感器的10%誤差曲線

電流互感器的10%誤差曲線是指變化誤差滿足fb=10%時，一次電流(I1)與其額定電流(I1e)的比值(m10=I1/I1e)和二次負(fù)荷阻抗ZeN的關(guān)系特性曲線(如圖2所示)。由圖2可知，在電流互感器的10%誤差允許范圍內(nèi)，一次電流和二次負(fù)荷阻抗是相互制約的，一次電流越大，允許的二次負(fù)荷阻抗就越小。

另外，10%誤差與角度誤差有一定的關(guān)系。理論分析和運行經(jīng)驗表明，當(dāng)保護(hù)用的電流互感器滿足10%誤差曲線要求時，角誤差不超過7°。

通過給定電流互感器的10%誤差曲線可驗證一次電流和負(fù)荷阻抗。當(dāng)已知電流倍數(shù)m10時，由10%誤差曲線可方便地得出允許的負(fù)載阻抗。如果不小于實際負(fù)載阻抗，誤差就滿足要求;否則，應(yīng)設(shè)法降低實際負(fù)載阻抗，直到滿足要求為止。當(dāng)已知實際負(fù)載阻抗時，也可由曲線求出電流倍數(shù)m10，與流經(jīng)電流互感器繞組的最大短路電流進(jìn)行比較，判斷是否滿足誤差要求。

電流互感器的10%誤差曲線一般由制造廠給出，在現(xiàn)場電流互感器的10%誤差曲線可由試驗求取，具體步驟如下:

①收集保護(hù)類型、整定值、電流互感器的變比和接線方式等數(shù)據(jù)。

②用電橋測量電流互感器的二次繞組直流電阻(R2)，近似代替電流互感器二次繞組漏抗Z2s(110～220kV電流互感器取R2=Z2s，35kV貫穿式或廠用饋線電流互感器取3R2=Z2s)。

③將電流互感器一次側(cè)開路，用伏安特性法作出二次側(cè)電壓

曲線。用以下公式求出相應(yīng)的數(shù)值。

勵磁電壓:

勵磁阻抗:

電流倍數(shù):

允許二次負(fù)荷阻抗:

④以m10為縱坐標(biāo)、Z2s為橫坐標(biāo)，將求得的m10和Z2s的值逐點繪制在坐標(biāo)紙上，即可得到10%誤差曲線Z2s=f(Z2s)。

由于接在電流互感器二次側(cè)的繼電保護(hù)裝置多是反應(yīng)短路時電流增大而動作的，短路時需要電流互感器正確反映一次側(cè)的電流，因此重要保護(hù)裝置用的電流互感器都需要滿足10%誤差曲線的要求。

3 電流互感器誤差對繼電保護(hù)的影響

3.1 距離保護(hù)

電流互感器誤差會影響阻抗繼電器測量阻抗的精確性，從而對距離保護(hù)產(chǎn)生影響。電流互感器誤差將引起阻抗繼電器端子電流的相位誤差及數(shù)值誤差，從而影響測量精度。

就阻抗繼電器的測量阻抗來說，因其使用的電流是通過電流互感器接人一次系統(tǒng)，電流互感器的誤差將影響測量阻抗的數(shù)值和相角(不考慮電壓誤差)。

如圖3所示，設(shè)在被保護(hù)線路上距保護(hù)安裝處的距離為ld處發(fā)生了金屬性短路故障(如AB兩相短路故障)，則保護(hù)安裝處母線殘壓UAB(A、B相間電壓)為

式中Z1——被保護(hù)線路單位長度的正序阻抗值;

、——由母線流向線路的A、B相電流(流經(jīng)保護(hù))。

考慮到電流互感器的誤差，繼電器的測量電流為

式中:nLH——電流互感器變比;

ki——考慮變比誤差的系數(shù);

δ——角誤差(二次電流超前一次電流為正)。

繼電器測量阻抗， 而右 (nYH拼為電壓互感器變比)，根據(jù)式(5)有:

可見，由于電流互感器誤差的存在，造成了測量阻抗在數(shù)值上發(fā)生1/ki倍的變化，相角發(fā)生了(-δ)的變化。

(圖4)為電流互感器誤差對方向阻抗繼電器保護(hù)區(qū)長度的影響，在ZCL′方向上繼電器的實際動作阻抗為:

整定阻抗為:

式中:IZ——整定的保護(hù)區(qū)長度。

實際保護(hù)區(qū)長度(Id)與整定保護(hù)區(qū)長度(IZ)比為

準(zhǔn)k——整定阻抗角;準(zhǔn)XL——線路阻抗角;Δ準(zhǔn)——角誤差

電流互感器誤差的存在，使繼電器的測量阻抗角(準(zhǔn)CL′)偏離整定阻抗角。同時因變比誤差的存在，使測量阻抗數(shù)值發(fā)生變化，導(dǎo)致保護(hù)范圍的變化，從而影響距離保護(hù)的正常工作。此外，因準(zhǔn)CL′偏離最大靈敏角，靈敏度也受到了一定的影響。

電流互感器的誤差對距離保護(hù)產(chǎn)生影響，當(dāng)電流互感器不滿足10%誤差要求時，這種影響會更大，甚至造成保護(hù)的不正常動作。

3.2 縱聯(lián)差動保護(hù)

縱聯(lián)差動保護(hù)在外部短路時，雖然兩側(cè)的一次電流相等，但由于電流互感器誤差的存在，使二次差動回路產(chǎn)生了不平衡電流，從而對縱差保護(hù)的靈敏度造成很大的影響。為了保證縱聯(lián)差動保護(hù)的正確動作，要求差動保護(hù)使用的電流互感器應(yīng)滿足10%誤差要求。

在環(huán)流法接線的縱聯(lián)差動保護(hù)中(見圖5)，不平衡電流是由兩側(cè)電流互感器的誤差不同引起的，即勵磁電流之差

。現(xiàn)假設(shè)A側(cè)的電流互感器不滿足10%誤差要求，當(dāng)在d點發(fā)生區(qū)外故障時，隨著一次電流的增加，由于短路電流非周期分量的影響，電流互感器鐵心迅速飽和，根據(jù)電流互感器的誤差分析可知，A側(cè)電流互感器的勵磁電流遠(yuǎn)大于B側(cè)，造成繼電器線圈中的電流( )比正常運行時增加了很多，從而影響縱聯(lián)差動保護(hù)的正確動作，甚至造成保護(hù)誤動。

為盡量減小電流互感器誤差產(chǎn)生的不平衡電流，繼電保護(hù)要求差動保護(hù)采用特制的C級電流互感器。在配置電流互感器的二次負(fù)載時，要求按滿足10%誤差曲線來校驗，并盡量使用同一廠家、同一型號的電流互感器。

3.3 階段式電流保護(hù)

階段式電流保護(hù)是將瞬時、限時電流速斷及過電流保護(hù)組合在一起，通過動作電流、動作時限及保護(hù)區(qū)的配合來實現(xiàn)對線路的保護(hù)作用。但是，如果保護(hù)用的電流互感器不能滿足10%誤差要求，可能造成電流保護(hù)的可靠性降低。

以階段式電流保護(hù)中的兩段為例(瞬時電流速斷保護(hù)為Ⅰ段、限時電流速斷保護(hù)為Ⅱ段)，在單側(cè)電源線路A、B兩處設(shè)有兩段式電流保護(hù)，每段保護(hù)的保護(hù)范圍如圖6所示。當(dāng)B處電流互感器不滿足10%誤差，由于短路時非周期分量的影響，勵磁電流上升，使反應(yīng)到保護(hù)裝置中的電流下降，造成B處1段保護(hù)區(qū)減小。嚴(yán)重時，將使B處I段保護(hù)范圍落在A處的Ⅱ段保護(hù)范圍之內(nèi)(如圖6中的IBI′在IAⅡ′范圍之內(nèi))，此時若d點發(fā)生故障，由于故障點在B處的Ⅰ段保護(hù)范圍之外，處的I段保護(hù)不動作。故障點在A處的Ⅱ段保護(hù)范圍之內(nèi)，A處的Ⅱ段保護(hù)就有可能延時跳閘，從而造成了保護(hù)越級跳閘，擴大了故障范圍，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定造成了影響。

通過分析電流互感器的誤差對繼電保護(hù)的影響，當(dāng)電流互感器不滿足10%誤差要求時，將造成保護(hù)的不正確動作。為此，要求電流互感器的一次電流等于最大短路電流時，其變比誤差應(yīng)≤10%。

4 解決電流互感器10%誤差的措施

①增大二次回路中控制電纜的截面。因為大多數(shù)情況下，電流互感器的負(fù)載主要由控制電纜的電阻決定。增大控制電纜的截面，以減小電流互感器二次繞組的負(fù)載，達(dá)到減小電流互感器誤差的目的。

②串接一臺相同變比的備用電流互感器。將兩臺同變比的電流互感器串聯(lián)使用，可以提高電流互感器的容量，使電流互感器允許的二次負(fù)載增大一倍，從而減小電流互感器的誤差。

③改用伏安特性較高的二次繞組。當(dāng)使用的二次繞組不滿足誤差要求時，可以使用伏安特性較高的二次繞組，使電流互感器的飽和電壓提高，相應(yīng)地減小了電流互感器的誤差。

④增大電流互感器的變比。由于變比增大，二次電流成比例地減小，在相同的負(fù)載下，二次線圈感應(yīng)電勢也成比例下降，磁通將按變比的平方下降，使勵磁電流減小，從而減小電流互感器誤差。

5 結(jié)束語

在現(xiàn)場工作中要充分運用電流互感器的10%誤差曲線，通過電流互感器10%誤差曲線選定二次回路中控制電纜的截面，也可檢查現(xiàn)有的二次負(fù)荷阻抗是否滿足10%誤差的要求。設(shè)法減小電流互感器的誤差，提高繼電保護(hù)的靈敏度，確保繼電保護(hù)裝置的正確工作。