繼電保護電流回路誤差的分析計算

葉英

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

關鍵詞：繼電保護；電流回路；磁導率；二次線圈

中圖分類號：TM773 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.097

繼電保護在電力系統的安全、穩定運行中發揮著重要的作用，而繼電保護又取決于二次電流采樣。但在二次電流的實際采樣中，由于電流互感器自身具有的特性和二次回路阻抗等因素，導致實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確性，我們需要對誤差進行分析和計算。

1 電流互感器的原理

根據《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 電流互感器的內部因素

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

2.2 二次回路負載誤差

2.2.1 二次回路負載誤差的計算方法

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，且滿足準確級的要求時，二次回路能夠承受的最大負載。電流互感器的二次負載一般用阻抗表示：

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載可由下式計算獲得：

Z2=ΣKmZm+KlZl+Zc. （2）

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

2.2.2 二次回路負載的滿足條件

對于計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，在調整誤差前，電流誤差為負值。只有在采取誤差補償措施后，才有可能出現正值的電流誤差。廠家在調整互感器的誤差時，大多數是以60%負荷點為零點。調整后的電流互感器誤差與二次負載的關系如圖1所示。

從圖1中可以看出，當忽略不計Z2的數值時，比值誤差和角度誤差均存在正偏差；當二次負載Z2增大，比值誤差減小，角差正向增加；到達60%負荷點左右時，比值誤差的絕對值為0；

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

而保護用的電流互感器的準確度等級要求一般沒有測量用的高。當電力系統發生短路故障時，流過電流互感器的電流可能比額定電流大很多倍。當一次電流I1增加到一定程度時，鐵芯飽和，二次電流I2不再隨一次電流線性變化，進而會影響電流值的測量，且對保護功能產生影響。因此，對于保護用的電流互感器而言，應考慮大電流時的準確度問題，即滿足電流互感器10%倍數曲線計算。此外，電流互感器的變比誤差還與二次負載有關。為了便于計算，制造廠對每種電流互感器提供了在m10下允許的二次負載阻抗值Zen.

3 二次負載在實際中的分析計算

電流互感器的二次負荷包括二次側的電纜阻抗、二次設備阻抗和接觸電阻。二次負荷直接關系著CT的運行工況和二次負載對電流采樣的結果。

取額定電流5 A左右的數值計算得到A相保護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，接線結構為：電流互感器二次繞組在現場斷路器端子箱匯總后，接至就地繼保室，形成應線路保護屏，再從線路保護屏串聯至110 kV故障錄波器，從而構成完整的電流二次回路。

經測量，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，現場斷路器端子箱至線路保護屏電纜的長度為70 m，線路保護屏至故錄屏電纜的長度為12 m（經電纜溝走線，并考慮了電纜的預留長度，實際電纜長度大于直線距離，測量結果均按照施工記錄或預估所得）。

現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處利用電流單相設備通過一定的電流，再利用萬用表測出電壓值，從而計算得到電流回路阻抗。二次電流回路電阻的計算公式為：

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裝置電纜的阻抗；Zl2為保護裝置至故障錄波器電纜的阻抗；Zm1為保護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）

進而可計算得到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

合式（2）可知，單向接地故障時的二次負載最大，Kl=2，Km=1，

則計算公式為：

Z2=Zm1+Zm2+2Zl+Zc. （5）

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

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

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

基于上述A相二次負載不滿足額定負載的情況，并結合式（5）可以看出，影響二次負載的因素主要有二次電纜的阻抗、線路保護裝置和故障錄波器小互感器的阻抗、接觸電阻。現場施工人員選取了100 m的二次銅電纜，經比較理論計算值與實測值后發現，兩者誤差<5%，且各相線路保護裝置的阻抗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、線路保護裝置屏與故障錄波器屏電纜經端子排轉接、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行了除銹等。

4 結束語

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

參考文獻

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[2]陳芳潔，陳輝，楊寶玉.繼電保護二次電流回路監測的研究[J].科技創新導報，2014（13）.

〔編輯：張思楠〕