保護用電流互感器10%誤差曲線校核分析

耿恒業

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

1 電流互感器傳變誤差

電流互感器在正常工作時的等值電路，如圖1所示[1,2]。其中，I1'為電流互感器按變比換算到二次側之后的一次電流；Z1'為電流互感器換算到二次側之后的一次繞組漏抗；Ie為勵磁電流；Ze為勵磁阻抗；E2為勵磁電勢；I2為電流互感器二次繞組電流；Z2為電流互感器二次繞組的漏抗；ZF為電流互感器二次繞組的負載阻抗。

圖1 電流互感器正常工作時等值電路圖

根據圖1的電流互感器工作時的等值電路圖，可知：

式中，I2(Z2+ZF)/Ze為電流互感器的傳變誤差。電力系統正常運行時，電流互感器的一次電流較小，電流互感器的鐵芯磁通密度很小，鐵芯未飽和，勵磁阻抗Ze極大，勵磁電流Ie極小，即電流互感器的傳變誤差極小，可忽略不計。當電力系統因短路故障導致電流互感器一次電流極大時，電流互感器的鐵芯磁通密度很大，使電流互感器鐵芯飽和，勵磁阻抗Ze急劇減小，勵磁電流Ie較大，即電流互感器的傳變誤差較大[3]，可能導致電力系統繼電保護裝置的誤動或拒動。當電流互感器二次負載阻抗ZF增大時，勵磁電流Ie會增大，即電流互感器的傳變誤差也會增大，同樣可能導致電力系統繼電保護裝置的誤動或拒動。

2 電流互感器10%誤差曲線繪制

工程應用中，常用電流互感器的10%誤差曲線來校核電流互感器的傳變誤差是否滿足要求。電流互感器的10%誤差曲線是指電流互感器的傳變誤差在10%時，電流互感器一次側實際電流相對于其一次側額定電流的倍數m與電流互感器二次側外接回路總阻抗ZF的關系曲線[4]，即：

電流互感器伏安特性試驗時的等值電路，如圖2所示。其中，Ie為勵磁電流；Ze為勵磁阻抗；E2為勵磁電勢；I2為二次繞組電流；Z2為二次繞組漏抗；U2為二次繞組電勢。

圖2 電流互感器伏安特性試驗等值電路圖

由于伏安特性試驗時CT一次繞組開路，則有Ie=I2，因此可得出：

當電流互感器誤差為10%時，由圖1及式（1）可知：

則二次側外接回路總阻抗ZF為：

把式（3）代入式（5），則有[5]：

另外，設定電流互感器變比為k，I2N為電流互感器二次側額定電流。當其傳變誤差為10%時，由上述分析可知：

電流互感器二次繞組漏抗Z2一般有以下兩種獲取方式。一是近似法，即用直流電阻測試儀測得電流互感器二次繞組的直流電阻R2，R2再乘以經驗系數1.6，所得值即為該電流互感器二次繞組漏抗Z2的值。另一種是實測法，即將電流互感器一次繞組短路，在電流互感器的二次繞組施加測試電壓，用電流互感器校驗儀測出其阻抗角θ。阻抗角θ可近似作為該電流互感器二次繞組的阻抗角，然后用直流電阻測試儀測得電流互感器二次繞組的直流電阻R2，則二次繞組阻抗為：

對于取得了伏安特性試驗數據的某一電流互感器而言，U2、Ie、I2N均為已知值，加之用近似法或實測法獲取的Z2的值，即可由式（6）和式（7）求出ZF和m，對應于該電流互感器伏安特性試驗各數據點的點（Z2，m）的坐標已知，可據此繪出該電流互感器的10%誤差曲線。

3 電流互感器10%誤差校核

將電流互感器二次側的引線與互感器本體斷開連接，再將一只電流表的一端與其中一端引線連接，再在該電流表的另一端和另一端引線之間從零開始施加交流電壓，記錄交流電壓值U和電流表讀數I，則可由Zen=U/I計算該電流互感器實際的二次負荷，也可由CT伏安特性測試儀直接測出電流互感器實際的二次負荷Zen。

繪制出電流互感器10%誤差曲線后，由電流互感器安裝處的設計參數可計算得出該電流互感器的最大短路電流I1max。由最大短路電流I1max與電流互感器一次側的額定電流值的比值可算出m值，再由m值可在電流互感器的10%誤差曲線上得出對應的該電流互感器允許的二次側外接回路最大總阻抗ZF。如電流互感器實際的二次負荷Zen≤ZF，則該電流互感器的傳變誤差滿足技術要求；反之，不滿足技術要求。也可由該電流互感器實際的二次負荷Zen的值，在10%誤差曲線上求出該電流互感器一次側相對于一次額定電流的允許的最大一次電流倍數k，再將k值與計算的m值比較。若k≥m，則該電流互感器的傳變誤差滿足技術要求；反之，不滿足技術要求。

電流互感器的10%誤差校核一般只校核對繼電保護有要求的電流互感器的二次繞組。差動保護用電流互感器要求必須滿足10%誤差曲線的要求。

4 實例分析

下面以某中東項目的保護用電流互感器為例進行10%誤差校核分析的實例分析。該項目在原有6.6 kV中壓配電盤的基礎上新增一面中壓盤A，用于給新建的井口平臺供電。該中壓盤A內真空斷路器（Vacuum Circuit Breaker，VCB）三相R/S/T各有一組固定式保護CT，變比為100/1。查閱繼電保護計算書可得，流經該電流互感器一次側的最大短路電流約為1 683 A。經CT分析儀測試，測得該保護CT二次繞組的總負荷約為1.145 Ω，其保護CT二次繞組直流電阻約為823 mΩ，同時測得其伏安特性試驗數據如表1所示。

表1 伏安特性試驗數據

基于試驗數據，計算可得：

由式（3）、式（6）和式（7），可得各對應點的E2、ZF、m值如表2所示。

表2 各對應點的ZF、m值

由ZF和m值可畫出中壓盤A內該保護CT的10%誤差曲線，如圖3所示。由于該電流互感器一次側實際的一次電流倍數m=1 683/100=16.83。查詢誤差曲線可知，允許的二次回路總阻抗值約為13.18 Ω。由于該保護CT二次繞組的總負荷約為1.145 Ω，小于允許的二次回路總阻抗值，因此該保護CT傳變誤差滿足技術要求。

圖3 中壓盤A內保護CT 10%誤差曲線圖

4 誤差的改善措施

當保護用電流互感器的10%誤差經校核不滿足要求時，通常有以下幾種改善措施。第一，增加電流互感器二次側回路電纜的截面。由電纜導體電阻的計算公式可知，同等條件下，增加截面積可減小電纜的回路電阻，即可減小該電流互感器實際的二次負荷的阻抗值。第二，提高電流互感器的變比。變比提高后，同樣的一次電流的情況下，電流互感器二次側的電流會變小，同樣可以減小電流互感器的傳變誤差。第三，減小電流互感器二次側的負載阻抗，即降低電流互感器二次側所連接的電流線圈等的阻抗值，使之滿足技術要求。

5 結 論

保護用電流互感器的10%誤差校核事關繼電保護裝置和自動裝置的安全、可靠、平穩運行，必須在工程應用中引起重視。為了避免電流互感器10%誤差校核不合格情況的發生，應在電力系統一次設備參數選擇、電流互感器選型、二次總回路阻抗校核以及保護裝置抗飽和措施等方面，采取合理且有效的措施加以規避。