電流互感器10%誤差曲線繪制的實驗方法分析

李　想

（1.福州大學 電氣工程與自動化學院，福建 福州 350116；2.國網福建檢修公司，福建 福州 350000）

電流互感器10%誤差曲線繪制的實驗方法分析

李想1,2

（1.福州大學 電氣工程與自動化學院，福建 福州 350116；2.國網福建檢修公司，福建 福州 350000）

摘要：為嚴防由于電流互感器飽和倍數與二次阻抗不匹配引起的差動保護誤動作，開展了對電流互感器10%誤差曲線特性試驗方案和曲線繪制的探討，制定了一套成熟的試驗方案，分析了電流互感器10%誤差的產生根本原因，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算提供借鑒。

關鍵詞：電流互感器；10%誤差；勵磁電流；二次負載；曲線繪制

在電力系統中，電流互感器是運行設備中非常重要的元件之一。由于電力系統的短路水平不斷提高，一些火電廠及變電站區外故障或廠用電電流互感器飽和造成保護誤動作的現象時有發生[1]。為正確分析故障來源，避免由于電流互感器飽和引起的保護誤動作現象，有必要對電流互感器10%誤差曲線進行測試。省調在二十五項防措細則中提出對各型設備的差動保護均要按照10%誤差曲線進行特性校核。為了判斷電流互感器中的二次阻抗與飽和倍數是否匹配使用，確保差動保護正確提供可靠的依據，嚴防由于電流互感器飽和倍數與二次阻抗不匹配引起的差動保護誤動作，影響系統正常運行，擴大事故范圍，甚至造成電網的巨大經濟損失[2]。所以本文開展對電流互感器10%誤差曲線特性試驗方案和曲線繪制的探討，制定一套成熟的試驗方案，并利用計算機處理數據。

目前電力系統電流互感試驗中的伏安特性試驗一般只做到伏安特性曲線的拐點處，僅能反映拐點前電壓與電流的關系，判斷是否有匝間短路現象。缺少拐點后的伏安特性數據，無法了解電流互感器在飽和狀態下二次負荷對飽和倍數的影響以及電壓與電流的關系，也無法知道電流互感器的實際飽和倍數是否達到設計值，電流互感器在飽和狀態下帶負載的能力以及所帶的二次負荷是否匹配等[3]。

1　電流互感器的10%誤差曲線分析

設電流互感器的變比為Ki，那么一次電流（I1）與二次電流（I2）的關系為I2=I1/Ki[4-5]。當電流互感器鐵芯不飽和時（即Ki為常數），一次、二次電流的圖形關系是一條直線，具體如圖1所示；當電流互感器鐵芯開始飽和時，那么一次、二次電流的圖形關系不再是直線，即I2與I1/Ki的關系不再是線性關系，而是呈鐵芯的磁化曲線狀，具體如圖2所示。[6-7]繼電保護要求10p級電流互感器的一次電流I1等于最大電流時，其變比誤差小于或等于10%，所以從圖1可以找到一個電流值I1b，自I1b作一條垂直于I1軸的直線，與曲線1相交于B點，與曲線2相交于A點，且BA線段長度等于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載阻抗有關。為了計算的簡便，對于每種電流互感器，制造商都提供了m10下的允許二次負載阻抗值（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載阻抗值（Zen），如果Zen比實際負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%誤差試驗及計算

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%誤差試驗需要收集保護類型、整定值、變比和電流互感器的接線方式等相關材料。

2.2電流互感器二次繞組直流電阻的測量

當電抗在低漏磁互感器的情況下，互感器二次繞組只需計算電阻。而計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，其取值規律如下：當電壓在110 kV至220 kV范圍內的電流互感器，則Z2值即為R2；當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勵磁電流的計算

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

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

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

式中：F為勵磁電壓；m10為電流倍數；Ze為勵磁阻抗；Zen為允許負載；Z2為二次繞組漏抗；Ie為勵磁電流。

2.4實測電流互感器的二次負載

測試時，電流互感器輸出處進行通電，測差動回路阻抗時，應將差動線圈短接，計算式為[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載等于電流互感器兩端電壓除以電流互感器繞組內流過電流。

3　試驗數據

根據測量的互感器二次繞組電阻R2，按規定確定二次繞組阻抗Z2，根據電流互感器伏安特性中的勵磁電流I0，外加電壓U，確定參數A=F（Ie）=U/I0，二次負載阻抗的計算值Zen=0.11A-1.1Z2，對于二次額定電流為5 A的電流互感器飽和倍數M10=2I0，將以上數據利用Microsoft Excel軟件進行輔助處理，只需輸入R2、I0、U，輸入A、Zen的計算公式，電子表格將自動計算出Zen、M10。

4　繪制曲線

4.1誤差為10%的曲線繪制

二次負載阻抗和飽和倍數的關系是非線性的，如圖2所示，可觀察性差，無法精確讀數，規范的電流互感器10%誤差曲線應用對數描述。利用Microsoft Excel軟件自動生成對數表格，并加以標注。根據以上電子表格自動計算出的Zen、M10。自動描出相應的點，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載阻抗和飽和倍數的關系，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要求，即合格。

4.2誤差為5%的曲線繪制

二次負載阻抗計算如下：

Zen=0.026F（Ie）-1.026Z2（7）當二次電流為1A時，M10=10Ie。

二次負載阻抗和飽和倍數的關系，具體數據見表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%誤差計算方法，探討了該誤差下的特性試驗方案，分析了電流互感器10%誤差的產生的根本原因。結合220 kV鼓山變電站和500 kV晉江變電所的數據，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算提供借鑒。當然，對于每種電流互感器，制造商一般會向用戶提供了m 10與二次負載阻抗值 （Zen）的電流互感器的10%誤差曲線，且互感器多年運行后才需要自行通過實驗來繪制，而本文直接通過試驗來繪制電流互感器的10%誤差曲線是通過引用前人已有的研究，開展對電流互感器10%誤差曲線特性試驗方案和曲線繪制的探討，制定一套較成熟的試驗方案。

參考文獻：

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[3]羅喜群.CT飽和對變壓器差動保護的影響研究[D].天津:天津大學,2008.

[4]曹團結,張劍,尹項根,等.電流互感器的誤差分析與工程計算[J].電力自動化設備,2007(1):53-56.

[5]譚麗中.電流互感器誤差分析與校驗[J].內蒙古石油化工, 2013(5):33-34.

[6]高占杰.CT伏安特性試驗及10%誤差校核[J].水電廠自動化,2008(1):78-80.

[7]葉芊雯.電流互感器10%誤差曲線繪制與校核[J].中國電業:技術版,2014(8):12-15.

[8]王獻春.電力互感器綜合特性測試儀的研制開發[D].北京:華北電力大學,2007.

（責任編輯：葉麗娜）

中圖分類號：TM452

文獻標識碼：A

文章編號：1674-2109(2015)09-0043-04

收稿日期：2015-05-27

作者簡介：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