繼電保護(hù)電流回路誤差的分析計(jì)算

葉英

摘 要：主要探討了繼電保護(hù)電流回路的誤差分析計(jì)算，介紹了電流互感器的原理，系統(tǒng)闡述了電流回路誤差的影響因素，并研究了二次負(fù)載在實(shí)際中的分析計(jì)算，以期為相關(guān)單位提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；電流回路；磁導(dǎo)率；二次線圈

中圖分類號：TM773 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.097

繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用，而繼電保護(hù)又取決于二次電流采樣。但在二次電流的實(shí)際采樣中，由于電流互感器自身具有的特性和二次回路阻抗等因素，導(dǎo)致實(shí)際采樣中存在一定的誤差。因此，為了保障二次電流采樣的準(zhǔn)確性，我們需要對誤差進(jìn)行分析和計(jì)算。

1 電流互感器的原理

根據(jù)《電流互感器》（GB 1208—2006）中的定義：電流互感器（Current Transformer）是指一種在鏈接方法正確時(shí)相位差接近0，且在正常使用條件下一次電流與二次電流成正比的互感器。

2 電流采樣誤差的影響因素

2.1 電流互感器的內(nèi)部因素

電流互感器的內(nèi)部因素主要包括線圈匝數(shù)、二次線圈內(nèi)阻和漏抗、鐵心損耗、磁導(dǎo)率和鐵心截面。

2.2 二次回路負(fù)載誤差

2.2.1 二次回路負(fù)載誤差的計(jì)算方法

電流互感器的額定輸出容量是指在額定的一次電流、變比的前提下，且滿足準(zhǔn)確級的要求時(shí)，二次回路能夠承受的最大負(fù)載。電流互感器的二次負(fù)載一般用阻抗表示：

Zb=Sb/IN2. （1）

式（1）中：IN為電流互感器的額定二次電流；Zb為示抗阻；Sb為容量。

而電流互感器的二次負(fù)載可由下式計(jì)算獲得：

Z2=ΣKmZm+KlZl+Zc. （2）

式（2）中：Z2為電流互感器的二次負(fù)載；Km為二次設(shè)備的阻抗換算系數(shù)；Zm為二次設(shè)備的阻抗；Kl為連接導(dǎo)線的阻抗換算系數(shù)；Zl為連接導(dǎo)線的單程阻抗；Zc為接觸電阻，通常取0.05～0.10 Ω。

2.2.2 二次回路負(fù)載的滿足條件

對于計(jì)量測量用的電流互感器而言，由于電流互感器的二次線圈存在一定的阻抗，所以，在調(diào)整誤差前，電流誤差為負(fù)值。只有在采取誤差補(bǔ)償措施后，才有可能出現(xiàn)正值的電流誤差。廠家在調(diào)整互感器的誤差時(shí)，大多數(shù)是以60%負(fù)荷點(diǎn)為零點(diǎn)。調(diào)整后的電流互感器誤差與二次負(fù)載的關(guān)系如圖1所示。

從圖1中可以看出，當(dāng)忽略不計(jì)Z2的數(shù)值時(shí)，比值誤差和角度誤差均存在正偏差；當(dāng)二次負(fù)載Z2增大，比值誤差減小，角差正向增加；到達(dá)60%負(fù)荷點(diǎn)左右時(shí)，比值誤差的絕對值為0；

隨著二次負(fù)載的繼續(xù)增加，比值誤差的絕對值反向增加。對于測量計(jì)量用的電流互感器而言，應(yīng)考慮負(fù)荷電流等因素的影響，25%≤Z2≤100%可作為電流互感器二次負(fù)荷是否合理的判斷依據(jù)。

而保護(hù)用的電流互感器的準(zhǔn)確度等級要求一般沒有測量用的高。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，流過電流互感器的電流可能比額定電流大很多倍。當(dāng)一次電流I1增加到一定程度時(shí)，鐵芯飽和，二次電流I2不再隨一次電流線性變化，進(jìn)而會影響電流值的測量，且對保護(hù)功能產(chǎn)生影響。因此，對于保護(hù)用的電流互感器而言，應(yīng)考慮大電流時(shí)的準(zhǔn)確度問題，即滿足電流互感器10%倍數(shù)曲線計(jì)算。此外，電流互感器的變比誤差還與二次負(fù)載有關(guān)。為了便于計(jì)算，制造廠對每種電流互感器提供了在m10下允許的二次負(fù)載阻抗值Zen.

3 二次負(fù)載在實(shí)際中的分析計(jì)算

電流互感器的二次負(fù)荷包括二次側(cè)的電纜阻抗、二次設(shè)備阻抗和接觸電阻。二次負(fù)荷直接關(guān)系著CT的運(yùn)行工況和二次負(fù)載對電流采樣的結(jié)果。

取額定電流5 A左右的數(shù)值計(jì)算得到A相保護(hù)繞組電流回路的電阻值為2.56 Ω，而B，C兩相測得電阻值數(shù)值相近，分別為0.89 Ω和0.83 Ω。

電流二次回路采用4 mm2的四芯銅電纜，接線結(jié)構(gòu)為：電流互感器二次繞組在現(xiàn)場斷路器端子箱匯總后，接至就地繼保室，形成應(yīng)線路保護(hù)屏，再從線路保護(hù)屏串聯(lián)至110 kV故障錄波器，從而構(gòu)成完整的電流二次回路。

經(jīng)測量，電流互感器接線抽頭至斷路器端子箱電纜的長度約為4 m，現(xiàn)場斷路器端子箱至線路保護(hù)屏電纜的長度為70 m，線路保護(hù)屏至故錄屏電纜的長度為12 m（經(jīng)電纜溝走線，并考慮了電纜的預(yù)留長度，實(shí)際電纜長度大于直線距離，測量結(jié)果均按照施工記錄或預(yù)估所得）。

現(xiàn)場電流二次回路通流的方式為：在電流互感器二次抽頭S1，S2處利用電流單相設(shè)備通過一定的電流，再利用萬用表測出電壓值，從而計(jì)算得到電流回路阻抗。二次電流回路電阻的計(jì)算公式為：

Z≈2Zl1+2Zl2+Zm1+Zm2+Zc. （3）

式（3）中：Z為二次電流回路電阻；Zl1為電流互感器二次抽頭至保護(hù)裝置電纜的阻抗；Zl2為保護(hù)裝置至故障錄波器電纜的阻抗；Zm1為保護(hù)裝置小型互感器的阻抗；Zm2為故障錄波器小型互感器的阻抗；Zc為接觸電阻。

測量電流互感器二次繞組直流電阻R2，以近似代替其二次繞組阻抗Z2。以下分析均采用電阻值代替阻抗，得到Zm1≈0.015 Ω，Zm2≈0.020 Ω，則：

Zc=Z-（Zm1+Zm2+2×Z1）. （4）

進(jìn)而可計(jì)算得到A相的接觸電阻為：Zc（A）=2.56-（0.020+0.015+2×0.376）=1.773 Ω。

同理，可得出Zc（B）=0.103 Ω，Zc（C）=0.043 Ω。結(jié)

合式（2）可知，單向接地故障時(shí)的二次負(fù)載最大，Kl=2，Km=1，

則計(jì)算公式為：

Z2=Zm1+Zm2+2Zl+Zc. （5）

將各相接觸電阻的實(shí)際值代入式（5），計(jì)算得到此時(shí)的A相二次負(fù)載為：Z2（A）=2.56 Ω，B，C相二次負(fù)載分別為0.89 Ω和0.83 Ω。

根據(jù)檢查廠家提供的電流互感器10%誤差曲線數(shù)值，得出其允許二次負(fù)載Zen=2 Ω。此時(shí)，B，C相二次負(fù)載滿足要求，而A相二次負(fù)載Z2（A）>Zen，無法滿足實(shí)際阻抗必須小于最大阻抗的條件，進(jìn)而無法使用。

考慮到三相和兩相短路的情況時(shí)，Kl=Km=1，計(jì)算得出B，C相二次負(fù)載降低至0.514 Ω和0.454 Ω，可滿足條件，而A相二次負(fù)載Z2（A）=2.184 Ω，仍然不滿足使用條件。

基于上述A相二次負(fù)載不滿足額定負(fù)載的情況，并結(jié)合式（5）可以看出，影響二次負(fù)載的因素主要有二次電纜的阻抗、線路保護(hù)裝置和故障錄波器小互感器的阻抗、接觸電阻?，F(xiàn)場施工人員選取了100 m的二次銅電纜，經(jīng)比較理論計(jì)算值與實(shí)測值后發(fā)現(xiàn)，兩者誤差<5%，且各相線路保護(hù)裝置的阻抗Zm1與故障錄波器的阻抗Zm2近似相等。因此，確定導(dǎo)致A相二次阻抗偏大的影響因素主要為接觸電阻。

接觸電阻主要存在于電流互感器二次抽頭螺母與銅電纜咬合、斷路器端子箱、線路保護(hù)裝置屏與故障錄波器屏電纜經(jīng)端子排轉(zhuǎn)接、電流端子的連接片等處。因此，檢查了電纜壓皮的情況、緊固了電流端子、更換了老舊的電流端子和對電流互感器二次抽頭進(jìn)行了除銹等。

4 結(jié)束語

綜上所述，為了確保繼電保護(hù)的質(zhì)量，我們需要做好二次電流的采樣工作，并分析計(jì)算采樣過程中的誤差。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：張思楠〕