保护用电流互感器10%误差曲线校核分析

时间：2024-07-28

耿恒业

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

1 电流互感器传变误差

电流互感器在正常工作时的等值电路，如图1所示[1,2]。其中，I1'为电流互感器按变比换算到二次侧之后的一次电流；Z1'为电流互感器换算到二次侧之后的一次绕组漏抗；Ie为励磁电流；Ze为励磁阻抗；E2为励磁电势；I2为电流互感器二次绕组电流；Z2为电流互感器二次绕组的漏抗；ZF为电流互感器二次绕组的负载阻抗。

图1 电流互感器正常工作时等值电路图

根据图1的电流互感器工作时的等值电路图，可知：

式中，I2(Z2+ZF)/Ze为电流互感器的传变误差。电力系统正常运行时，电流互感器的一次电流较小，电流互感器的铁芯磁通密度很小，铁芯未饱和，励磁阻抗Ze极大，励磁电流Ie极小，即电流互感器的传变误差极小，可忽略不计。当电力系统因短路故障导致电流互感器一次电流极大时，电流互感器的铁芯磁通密度很大，使电流互感器铁芯饱和，励磁阻抗Ze急剧减小，励磁电流Ie较大，即电流互感器的传变误差较大[3]，可能导致电力系统继电保护装置的误动或拒动。当电流互感器二次负载阻抗ZF增大时，励磁电流Ie会增大，即电流互感器的传变误差也会增大，同样可能导致电力系统继电保护装置的误动或拒动。

2 电流互感器10%误差曲线绘制

工程应用中，常用电流互感器的10%误差曲线来校核电流互感器的传变误差是否满足要求。电流互感器的10%误差曲线是指电流互感器的传变误差在10%时，电流互感器一次侧实际电流相对于其一次侧额定电流的倍数m与电流互感器二次侧外接回路总阻抗ZF的关系曲线[4]，即：

电流互感器伏安特性试验时的等值电路，如图2所示。其中，Ie为励磁电流；Ze为励磁阻抗；E2为励磁电势；I2为二次绕组电流；Z2为二次绕组漏抗；U2为二次绕组电势。

图2 电流互感器伏安特性试验等值电路图

由于伏安特性试验时CT一次绕组开路，则有Ie=I2，因此可得出：

当电流互感器误差为10%时，由图1及式（1）可知：

则二次侧外接回路总阻抗ZF为：

把式（3）代入式（5），则有[5]：

另外，设定电流互感器变比为k，I2N为电流互感器二次侧额定电流。当其传变误差为10%时，由上述分析可知：

电流互感器二次绕组漏抗Z2一般有以下两种获取方式。一是近似法，即用直流电阻测试仪测得电流互感器二次绕组的直流电阻R2，R2再乘以经验系数1.6，所得值即为该电流互感器二次绕组漏抗Z2的值。另一种是实测法，即将电流互感器一次绕组短路，在电流互感器的二次绕组施加测试电压，用电流互感器校验仪测出其阻抗角θ。阻抗角θ可近似作为该电流互感器二次绕组的阻抗角，然后用直流电阻测试仪测得电流互感器二次绕组的直流电阻R2，则二次绕组阻抗为：

对于取得了伏安特性试验数据的某一电流互感器而言，U2、Ie、I2N均为已知值，加之用近似法或实测法获取的Z2的值，即可由式（6）和式（7）求出ZF和m，对应于该电流互感器伏安特性试验各数据点的点（Z2，m）的坐标已知，可据此绘出该电流互感器的10%误差曲线。

3 电流互感器10%误差校核

将电流互感器二次侧的引线与互感器本体断开连接，再将一只电流表的一端与其中一端引线连接，再在该电流表的另一端和另一端引线之间从零开始施加交流电压，记录交流电压值U和电流表读数I，则可由Zen=U/I计算该电流互感器实际的二次负荷，也可由CT伏安特性测试仪直接测出电流互感器实际的二次负荷Zen。

绘制出电流互感器10%误差曲线后，由电流互感器安装处的设计参数可计算得出该电流互感器的最大短路电流I1max。由最大短路电流I1max与电流互感器一次侧的额定电流值的比值可算出m值，再由m值可在电流互感器的10%误差曲线上得出对应的该电流互感器允许的二次侧外接回路最大总阻抗ZF。如电流互感器实际的二次负荷Zen≤ZF，则该电流互感器的传变误差满足技术要求；反之，不满足技术要求。也可由该电流互感器实际的二次负荷Zen的值，在10%误差曲线上求出该电流互感器一次侧相对于一次额定电流的允许的最大一次电流倍数k，再将k值与计算的m值比较。若k≥m，则该电流互感器的传变误差满足技术要求；反之，不满足技术要求。

电流互感器的10%误差校核一般只校核对继电保护有要求的电流互感器的二次绕组。差动保护用电流互感器要求必须满足10%误差曲线的要求。

4 实例分析

下面以某中东项目的保护用电流互感器为例进行10%误差校核分析的实例分析。该项目在原有6.6 kV中压配电盘的基础上新增一面中压盘A，用于给新建的井口平台供电。该中压盘A内真空断路器（Vacuum Circuit Breaker，VCB）三相R/S/T各有一组固定式保护CT，变比为100/1。查阅继电保护计算书可得，流经该电流互感器一次侧的最大短路电流约为1 683 A。经CT分析仪测试，测得该保护CT二次绕组的总负荷约为1.145 Ω，其保护CT二次绕组直流电阻约为823 mΩ，同时测得其伏安特性试验数据如表1所示。

表1 伏安特性试验数据

基于试验数据，计算可得：

由式（3）、式（6）和式（7），可得各对应点的E2、ZF、m值如表2所示。

表2 各对应点的ZF、m值

由ZF和m值可画出中压盘A内该保护CT的10%误差曲线，如图3所示。由于该电流互感器一次侧实际的一次电流倍数m=1 683/100=16.83。查询误差曲线可知，允许的二次回路总阻抗值约为13.18 Ω。由于该保护CT二次绕组的总负荷约为1.145 Ω，小于允许的二次回路总阻抗值，因此该保护CT传变误差满足技术要求。

图3 中压盘A内保护CT 10%误差曲线图

4 误差的改善措施

当保护用电流互感器的10%误差经校核不满足要求时，通常有以下几种改善措施。第一，增加电流互感器二次侧回路电缆的截面。由电缆导体电阻的计算公式可知，同等条件下，增加截面积可减小电缆的回路电阻，即可减小该电流互感器实际的二次负荷的阻抗值。第二，提高电流互感器的变比。变比提高后，同样的一次电流的情况下，电流互感器二次侧的电流会变小，同样可以减小电流互感器的传变误差。第三，减小电流互感器二次侧的负载阻抗，即降低电流互感器二次侧所连接的电流线圈等的阻抗值，使之满足技术要求。