電流互感器校驗原理及方法分析

高 龍,趙琳琳

(國網(wǎng)河北省電力公司保定供電分公司,河北 保定 071000)

電流互感器校驗原理及方法分析

高 龍,趙琳琳

(國網(wǎng)河北省電力公司保定供電分公司,河北 保定 071000)

結(jié)合電流互感器校驗在變電站中的實際應用,以現(xiàn)行電流互感器的技術(shù)標準為依據(jù),分析了電流互感器極性測試、比差角差測試、伏安特性、10%誤差曲線4個關(guān)鍵環(huán)節(jié)的測試原理及方法,對電流互感器校驗工作具有一定的指導意義。

電流互感器、校驗、極性、比差角差、伏安特性、誤差曲線

電流互感器是變電站最基本的組成單元之一,對變電站的正常運行起著至關(guān)重要的作用。其各項指標的達標與否,直接關(guān)系到變電站繼電保護系統(tǒng)的正確運行,甚至造成斷路器拒動、誤動的事故發(fā)生。因此,對電流互感器的校驗顯得尤為重要。極性測試是對電流互感器一、二次電流相角關(guān)系的驗證,比差角差測試是對電流互感器精確度進行的測量,伏安特性測試可以驗證繞組內(nèi)部是否發(fā)生匝間短路,10%誤差曲線測試可以得出互感器所帶二次負荷是否滿足誤差要求。以上四項是電流互感器校驗中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),該文將對以上四項測試的原理及方法進行分別闡述。

1 極性測試原理及方法

交流電為正弦波,在交流回路中電流的方向隨時間在改變。按照規(guī)定,電流互感器一次線圈首端標為P1,尾端標為P2;二次線圈的首端標為S1,尾端標為S2。電流互感器的極性與繞組的耦合方式有關(guān)(右手螺旋定理),根據(jù)GB 1208-2006電流互感器(IEC 60044-1)標準的規(guī)定,當一次電流從P1流向P2時,若感應出的二次電流方向為S2流向S1,則這類電流互感器接線形式叫做同極性或減極性,P1和S1稱為同極性端或同名端,用符號“*”表示,如圖1所示。

圖1 電流互感器減極性示意

極性測試較為簡單的方法是,用1.5 V干電池接一次線圈,電池正極接P1,用一靈敏度較高的直流電流表接二次線圈,S1接電流表的“+”。當一次線圈回路閉合時,如果發(fā)現(xiàn)電流表指針正向偏轉(zhuǎn),或者當一次線圈回路斷開時,如果電流表指針反向偏轉(zhuǎn),則可判定為是減極性接法,否則是加極性或反極性接法。

2 比差角差測試原理及方法

電流互感器的誤差可分為比差和角差。

電流互感器在正常運行時,由于實際電流比與額定電流比不相等所造成的誤差稱為比差,用百分數(shù)表示,計算公式為:

式中:KS為額定電流比,IP為實際一次電流,IS為測量條件下,流過二次繞組的實際電流。

電流互感器一、二次繞組電流的相角差稱為角差。即二次電流向量逆時針轉(zhuǎn)180度后與一次電流向量之間的相角差,二次電流向量超前一次電流向量為正,通常用分或者厘弧為單位。

GB 1208-2006電流互感器(IEC 60044-1)標準對各個準確級的電流互感器比差角差限值有明確的規(guī)定,現(xiàn)羅列如下。

a.對于0.1、0.2、0.5和1級,在二次負載為額定負載的25%～100%之間的任一值時,其額定頻率下的比差和角差應不應超過表1所列限值。

表1 測量用電流互感器(0.1～1級)比差和角差限值

b.對于0.2S、0.5S級,在二次負載為額定負載的25%～100%之間的任一值時,其額定頻率下的比差和角差不應超過表2所列限值。

表2 計量用電流互感器比差和角差限值

c.對于5P、10P級,在額定頻率及額定負荷下,比差、角差、額定準確限值下的復合誤差不應超過表3所列限值。

表3 保護用電流互感器誤差限值

比差角差測試宜選用電流互感器校驗儀進行測試,將所測結(jié)果與表1、表2、表3中數(shù)據(jù)進行比對,在限值下則所測電流互感器合格。

3 伏安特性測試原理及方法

TA伏安特性,是指在電流互感器一次側(cè)開路的情況下,電流互感器二次側(cè)勵磁電流與電流互感器二次側(cè)所加電壓的關(guān)系曲線(電壓為縱座標,電流為橫座標),其實際上就是鐵芯的磁化曲線。

眾所周知,電流互感器正常工作時,鐵芯磁通密度B很小,勵磁電流I0也很小,根據(jù)電流互感器等值電路(圖2)得知,I2=I1-I0≈I1,I2與I1的誤差極小。當一次電流變得極大時,如發(fā)生了短路故障,磁通密度B大大增加,I0也相應增加,但磁通B增加到一定程度后將出現(xiàn)飽和現(xiàn)象,磁通增加將變得困難,這時增加I0并不能使磁通成線性增加,而是增加I0時B增加越來越少。這時I0將急劇增大,于是I2=I1-I0就會出現(xiàn)較大誤差。這就是鐵心飽和導致互感器出現(xiàn)大的傳導誤差的原理[1]。

圖2 電流互感器等值電路

電流互感器一次側(cè)開路的情況下,在二次側(cè)通電壓U,由等值電路圖可知此時I0=I2,根據(jù)磁感應定律,在固定頻率的交流磁場中U與B成正比,故U與I2的關(guān)系曲線即描述的是磁通B與勵磁電流I0的關(guān)系曲線,即電流互感器鐵芯的磁化曲線。如圖3所示。

圖3 伏安特性曲線

根據(jù)伏安特性曲線可得出2個結(jié)論,一是得出電流互感器的10%誤差曲線,二是可以判斷電流互感器是否發(fā)生匝間短路。

施加于電流互感器二次接線端子上的額定頻率的電壓,若其有效值增加10%,勵磁電流便增加50%,則此電壓值稱為伏安特性曲線的拐點電壓。拐點電壓位置的電流互感器鐵芯進入飽和狀態(tài),此時勵磁電流幾乎全部損耗在鐵芯發(fā)熱上,由于CT直流電阻R2與CT二次繞組匝數(shù)有關(guān),當CT二次繞組匝間短路時,造成直流電阻R2降低,在CT伏安特性上表現(xiàn)為拐點電壓U有明顯的下降,據(jù)此可以判斷CT二次繞組異常。

借助于電流互感器校驗儀或手動加電壓測電流,可得出該互感器當前的伏安特性曲線和拐點電壓,拿之與設備投運時該CT的伏安特性曲線和拐點電壓進行比較,二者一致或相差不大則該電流互感器合格。如圖3所示,1為投運時的伏安特性曲線,A為當時拐點,2為當前伏安特性曲線, B為當前拐點,A點與B點相差較大,故該電流互感器可能發(fā)生了匝間短路。

4 10%誤差曲線測試原理及方法

對保護用電流互感器必須按實際的二次負載大小及系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最大短路電流進行10%校核。電流互感器的10%誤差是繼電保護裝置對其的最大允許值,也是各類保護裝置整定的依據(jù)。所以10%誤差曲線的計算非常重要,特別是對母差保護、變壓器及發(fā)電機的差動保護,由于這類保護的定值較靈敏,其整定依據(jù)之一就是躲過各側(cè)電流互感器按10%誤差計算出來的最大綜合誤差。

當一次系統(tǒng)故障時,電流互感器一次電流通常比正常運行時的電流大得多,因此,電流互感器的誤差也會增大。不論是一次電流加大,還是二次負載阻抗增加,其結(jié)果都會引起電流互感器感應電動勢的升高,從而擴大誤差。所謂10%誤差曲線是變比誤差為10%時,一次電流I1與其額定電流I1N的比值(m=I1/I1N)和二次負載阻抗ZY的關(guān)系特性曲線。也可以理解為,在不同的一次電流倍數(shù)下,為使電流互感器的變比誤差小于或等于10%而允許的最大二次負載阻抗[2-3]。

如上文所述,根據(jù)伏安特性曲線可得出10%誤差曲線,再根據(jù)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最大短路電流倍數(shù),查10%誤差曲線可得出在10%誤差限下所允許的最大二次負載阻抗ZYMAX,若實際二次負載阻抗ZL＜ZYMAX,則認為該電流互感器合格。

根據(jù)CT等值電路(圖2)可得

圖4 10%誤差曲線示意

表4 電流互感器10%誤差曲線的測量與計算

計算過程如下:

對LB-220電流互感器一個電流圈的實測數(shù)據(jù)并計算的數(shù)據(jù)如表4所示。其最終目的是要計算出不同短路電流倍數(shù)下的最大二次允許負載ZYMAX。再根據(jù)各離散點連成一條平滑的曲線,即為10%誤差曲線。假設該電流互感器使用在最大短路電流IK=18 k A處,則m=15,查出ZYMAX=3.9Ω,大于實測二次負載1.96Ω,結(jié)論為該互感器合格。

現(xiàn)場測量Z2較為困難,其大小對計算結(jié)果影響不大,一般根據(jù)使用的互感器的型號不同用經(jīng)驗公式Z2≈(1～3)R2求得。

5 結(jié)論及建議

電流互感器是變電站保護、測量、計量、錄波系統(tǒng)的基礎(chǔ),承擔著基礎(chǔ)電流數(shù)據(jù)采集的重任,地位舉足輕重。而電流互感器校驗能使其電流輸出更加準確和可靠,從而提高了利用電流互感器實現(xiàn)保護和測量的可靠性。該文從變電站現(xiàn)場工作實際出發(fā),結(jié)合現(xiàn)行技術(shù)標準,分析了電流互感器校驗中的4個關(guān)鍵環(huán)節(jié),對智能電流互感器校驗儀器的研發(fā)和供電公司電流互感器例行試驗具有一定的指導意義。隨著智能電網(wǎng)和智能變電站的不斷推進,光電流互感器迅猛發(fā)展,已在全國各地投產(chǎn)運行。光電流互感器的校驗除了極性測試、比差角差測試仍然試用外,其他兩項測試由于互感器本身原理的變革已變得沒有意義,所以光電流互感器校驗的方法仍需廣大電力工作者的不斷鉆研。

[1] 國家電網(wǎng)公司人力資源.國家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技能人員職業(yè)能力培訓通用教材-電氣試驗[M].北京:中國電力出版社, 2010.

[2] 高占杰.CT伏安特性試驗及10%誤差曲線[J].水電廠自動化,2008,29(1):78-80.

[3] 郭耀珠,石 光,劉 華,等.保護用電流互感器10%誤差曲線現(xiàn)場測試及其二次負載校核[J].電力系統(tǒng)保護與控制, 2008,36(23):103.

[4] DL/T 866-2004,電流互感器和電壓互感器選擇及計算導則[J].

[5] GB 1208-2006,電流互感器[J].

本文責任編輯：羅曉曉

Principle and Method of Key Link in Current Transformer Verification

Gao Long,Zhao Linlin
(State Grid Hebei Electric Power Corporation Baoding Power Supply Branch,Baoding 071000,China)

Current transformer calibration is a very important routine test project of power supply company.Combined with the practical application of current transformer calibration in substation,and the current technical standard of current transformer, this paper expounds comprehensively the principle and method of four key items,including the polarity test,the Ratio and angle difference test,Volt ampere characteristic,and the 10%error curve.

current transformer calibration;polarity;Ratio and angle difference test;volt ampere characteristic;10%error curve

TM452

B

10019898(2017)02005403

20170224

高 龍(1988-),男,助理工程師,主要從事電力系統(tǒng)保護及自動化專業(yè)管理工作。