李　想

（1.福州大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，福建 福州 350116；2.國(guó)網(wǎng)福建檢修公司，福建 福州 350000）

電流互感器10%誤差曲線繪制的實(shí)驗(yàn)方法分析

李想1,2

（1.福州大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，福建 福州 350116；2.國(guó)網(wǎng)福建檢修公司，福建 福州 350000）

摘要：為嚴(yán)防由于電流互感器飽和倍數(shù)與二次阻抗不匹配引起的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，開展了對(duì)電流互感器10%誤差曲線特性試驗(yàn)方案和曲線繪制的探討，制定了一套成熟的試驗(yàn)方案，分析了電流互感器10%誤差的產(chǎn)生根本原因，并利用Excel軟件輔助分別繪制了220 kV的鼓山變電站和500 kV的晉江變電所的10%、5%誤差曲線，為電流互感器的誤差計(jì)算提供借鑒。

關(guān)鍵詞：電流互感器；10%誤差；勵(lì)磁電流；二次負(fù)載；曲線繪制

在電力系統(tǒng)中，電流互感器是運(yùn)行設(shè)備中非常重要的元件之一。由于電力系統(tǒng)的短路水平不斷提高，一些火電廠及變電站區(qū)外故障或廠用電電流互感器飽和造成保護(hù)誤動(dòng)作的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生[1]。為正確分析故障來(lái)源，避免由于電流互感器飽和引起的保護(hù)誤動(dòng)作現(xiàn)象，有必要對(duì)電流互感器10%誤差曲線進(jìn)行測(cè)試。省調(diào)在二十五項(xiàng)防措細(xì)則中提出對(duì)各型設(shè)備的差動(dòng)保護(hù)均要按照10%誤差曲線進(jìn)行特性校核。為了判斷電流互感器中的二次阻抗與飽和倍數(shù)是否匹配使用，確保差動(dòng)保護(hù)正確提供可靠的依據(jù)，嚴(yán)防由于電流互感器飽和倍數(shù)與二次阻抗不匹配引起的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，擴(kuò)大事故范圍，甚至造成電網(wǎng)的巨大經(jīng)濟(jì)損失[2]。所以本文開展對(duì)電流互感器10%誤差曲線特性試驗(yàn)方案和曲線繪制的探討，制定一套成熟的試驗(yàn)方案，并利用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)。

目前電力系統(tǒng)電流互感試驗(yàn)中的伏安特性試驗(yàn)一般只做到伏安特性曲線的拐點(diǎn)處，僅能反映拐點(diǎn)前電壓與電流的關(guān)系，判斷是否有匝間短路現(xiàn)象。缺少拐點(diǎn)后的伏安特性數(shù)據(jù)，無(wú)法了解電流互感器在飽和狀態(tài)下二次負(fù)荷對(duì)飽和倍數(shù)的影響以及電壓與電流的關(guān)系，也無(wú)法知道電流互感器的實(shí)際飽和倍數(shù)是否達(dá)到設(shè)計(jì)值，電流互感器在飽和狀態(tài)下帶負(fù)載的能力以及所帶的二次負(fù)荷是否匹配等[3]。

1　電流互感器的10%誤差曲線分析

設(shè)電流互感器的變比為Ki，那么一次電流（I1）與二次電流（I2）的關(guān)系為I2=I1/Ki[4-5]。當(dāng)電流互感器鐵芯不飽和時(shí)（即Ki為常數(shù)），一次、二次電流的圖形關(guān)系是一條直線，具體如圖1所示；當(dāng)電流互感器鐵芯開始飽和時(shí)，那么一次、二次電流的圖形關(guān)系不再是直線，即I2與I1/Ki的關(guān)系不再是線性關(guān)系，而是呈鐵芯的磁化曲線狀，具體如圖2所示。[6-7]繼電保護(hù)要求10p級(jí)電流互感器的一次電流I1等于最大電流時(shí)，其變比誤差小于或等于10%，所以從圖1可以找到一個(gè)電流值I1b，自I1b作一條垂直于I1軸的直線，與曲線1相交于B點(diǎn)，與曲線2相交于A點(diǎn)，且BA線段長(zhǎng)度等于I1’的0.1倍，其中I1’是折算到二次的I1值。[7]若電流互感器的一次電流（I1）大于 I1b，那么變比誤差就大于10%；若I1小于I1b，那么變比誤差就小于或等于10%；電流互感器的變比誤差還和二次負(fù)載阻抗有關(guān)。為了計(jì)算的簡(jiǎn)便，對(duì)于每種電流互感器，制造商都提供了m10下的允許二次負(fù)載阻抗值（Zen）。曲線m10= f（Zen）就稱為電流互感器的10%誤差曲線，具體如圖2所示。

圖1　一次電流（I1）與二次電流（I2）的關(guān)系

圖2　 電流互感器的10%誤差曲線

由圖2可知，若m10值已知，那么從圖中即可得到允許的負(fù)載阻抗值（Zen），如果Zen比實(shí)際負(fù)載阻抗更大或者相等，那么變比誤差就滿足要求。

2　電流互感器10%誤差試驗(yàn)及計(jì)算

電流互感器的等值電路如圖3所示。

圖3　 電流互感器的等值電路

2.1材料的收集

電流互感器10%誤差試驗(yàn)需要收集保護(hù)類型、整定值、變比和電流互感器的接線方式等相關(guān)材料。

2.2電流互感器二次繞組直流電阻的測(cè)量

當(dāng)電抗在低漏磁互感器的情況下，互感器二次繞組只需計(jì)算電阻。而計(jì)算電流互感器二次繞組直流電阻（R2）可用電流互感器二次繞組漏抗Z2近似代替，其取值規(guī)律如下：當(dāng)電壓在110 kV至220 kV范圍內(nèi)的電流互感器，則Z2值即為R2；當(dāng)電流互感器為廠用饋電線或者貫穿式，且電壓為35 kV，則R2為Z2的1/3倍[7]。

2.3勵(lì)磁電流的計(jì)算

伏安特性法測(cè)試U=f（Ie）=Ie×（Z2+Ze）曲線，在原有伏安特性曲線上增測(cè)飽和區(qū)段2-3點(diǎn)，一般取6A、8A、10A、15A。用勵(lì)磁阻抗法分析，在理想情況下，電流互感器兩側(cè)的勵(lì)磁安匝相等(即I1N1=I2N2)。在實(shí)際情況中，二次安匝不能被一次安匝全部轉(zhuǎn)換，其中未被轉(zhuǎn)換的一小部分作為勵(lì)磁安匝(IeN2)，用于產(chǎn)生磁通（鐵心中所需），這也是電流互感器產(chǎn)生誤差的根本原因所在。當(dāng)電流互感器正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電流可從等值電路圖中獲得[8]，其計(jì)算公式如下：

由于考慮到I1，I2，Ie同相位時(shí)誤差最大，在此情況下電流互感器誤差10%，即Ie=10%I1，代入（1）式得到：

設(shè)A=F（Ie）=U/Ie=Z2+Ze，則勵(lì)磁電流可通過如下計(jì)算。即可得到Zen=0.11F（Ie）-1.11Z2。

式中：F為勵(lì)磁電壓；m10為電流倍數(shù)；Ze為勵(lì)磁阻抗；Zen為允許負(fù)載；Z2為二次繞組漏抗；Ie為勵(lì)磁電流。

2.4實(shí)測(cè)電流互感器的二次負(fù)載

測(cè)試時(shí)，電流互感器輸出處進(jìn)行通電，測(cè)差動(dòng)回路阻抗時(shí)，應(yīng)將差動(dòng)線圈短接，計(jì)算式為[8]：

ZA=（ZAB+ZCA-ZBC）/2（4）ZB=（ZAB+ZBC-ZCA）/2（5）ZC=（ZBC+ZCA-ZAB）/2（6）電流互感器的二次負(fù)載等于電流互感器兩端電壓除以電流互感器繞組內(nèi)流過電流。

3　試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)測(cè)量的互感器二次繞組電阻R2，按規(guī)定確定二次繞組阻抗Z2，根據(jù)電流互感器伏安特性中的勵(lì)磁電流I0，外加電壓U，確定參數(shù)A=F（Ie）=U/I0，二次負(fù)載阻抗的計(jì)算值Zen=0.11A-1.1Z2，對(duì)于二次額定電流為5 A的電流互感器飽和倍數(shù)M10=2I0，將以上數(shù)據(jù)利用Microsoft Excel軟件進(jìn)行輔助處理，只需輸入R2、I0、U，輸入A、Zen的計(jì)算公式，電子表格將自動(dòng)計(jì)算出Zen、M10。

4　繪制曲線

4.1誤差為10%的曲線繪制

二次負(fù)載阻抗和飽和倍數(shù)的關(guān)系是非線性的，如圖2所示，可觀察性差，無(wú)法精確讀數(shù)，規(guī)范的電流互感器10%誤差曲線應(yīng)用對(duì)數(shù)描述。利用Microsoft Excel軟件自動(dòng)生成對(duì)數(shù)表格，并加以標(biāo)注。根據(jù)以上電子表格自動(dòng)計(jì)算出的Zen、M10。自動(dòng)描出相應(yīng)的點(diǎn)，連成平滑的曲線。在所繪制的曲線上，可以很直觀地看出二次負(fù)載阻抗和飽和倍數(shù)的關(guān)系，具體見表1和圖4。

表1　 10%誤差的電流互感器情況

圖4　誤差為10%的曲線

選取勵(lì)磁特性電壓最低的繞組校核，該CT 10%誤差曲線滿足廠家技術(shù)要求，即合格。

4.2誤差為5%的曲線繪制

二次負(fù)載阻抗計(jì)算如下：

Zen=0.026F（Ie）-1.026Z2（7）當(dāng)二次電流為1A時(shí)，M10=10Ie。

二次負(fù)載阻抗和飽和倍數(shù)的關(guān)系，具體數(shù)據(jù)見表2及圖5。

表2　5%誤差的電流互感器情況

圖5　5%的誤差曲線

5　結(jié)論

通過分析電流互感器的10%誤差曲線，確定了電流互感器10%誤差計(jì)算方法，探討了該誤差下的特性試驗(yàn)方案，分析了電流互感器10%誤差的產(chǎn)生的根本原因。結(jié)合220 kV鼓山變電站和500 kV晉江變電所的數(shù)據(jù)，利用Excel軟件輔助分別繪制了誤差為10%、5%的曲線繪制，為電流互感器的誤差計(jì)算提供借鑒。當(dāng)然，對(duì)于每種電流互感器，制造商一般會(huì)向用戶提供了m 10與二次負(fù)載阻抗值 （Zen）的電流互感器的10%誤差曲線，且互感器多年運(yùn)行后才需要自行通過實(shí)驗(yàn)來(lái)繪制，而本文直接通過試驗(yàn)來(lái)繪制電流互感器的10%誤差曲線是通過引用前人已有的研究，開展對(duì)電流互感器10%誤差曲線特性試驗(yàn)方案和曲線繪制的探討，制定一套較成熟的試驗(yàn)方案。

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（責(zé)任編輯：葉麗娜）

中圖分類號(hào)：TM452

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-2109(2015)09-0043-04

收稿日期：2015-05-27

作者簡(jiǎn)介：李想（1988-），男，漢族，在讀電氣工程碩士，助理工程師，主要研究方向：電氣工程。

An Analysis on the Experimental Method of 10% Error Curve of Current Transformer

LI Xiang1,2

(1.School of Electrical Engineering and Automation,Fuzhou University,Fuzhou,Fujian,350116; 2.State Grid Fujian Maintenance Company,Fuzhou,Fujian,350013)

Abstract：In order to prevent the saturation of current transformer ratio and two impedance mismatch caused by the malfunction of differential protection,the paper has developed to the current transformer 10%curve of error characteristics test plan and the curve plan discussion,has formulated a set of mature experimental plan,and has analyzed the basic reason that current transformer 10%error product. The paper use Excel software to aid the 220kV substation of Mount Drum to draw 10%error curve and the 500kV substation of Jinjiang to draw 5%error curve.The results could provide reference for the calculation error of current transformer.

Key words：current transformer;10%error;exciting current;secondary load;curve plotting