石油化工變電站設(shè)計(jì)中電流互感器選擇有關(guān)問(wèn)題研究

陳明輝　劉剛

摘 要：電流互感器是變電站設(shè)計(jì)中必備的部件，其主要用途是將一次側(cè)大電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的0～1A或0～5A電流，從而可以保證測(cè)量?jī)x表或者用電裝置輸入端穩(wěn)定，即通過(guò)電流互感器使得測(cè)量?jī)x表或則保護(hù)裝置輸入?yún)?shù)統(tǒng)一，能夠正常發(fā)揮作用而不被破壞。變電站設(shè)計(jì)中，必須要選擇合理的電流互感器的規(guī)格、精度等參數(shù)，否則將會(huì)導(dǎo)致電氣事故。本文基于對(duì)變電站中電流互感器基本分析，闡述內(nèi)部構(gòu)造和和常見(jiàn)誤差，然后再深入分析電流互感器選擇問(wèn)題，逐一討論了電流互感器的二次側(cè)繞組、變比、測(cè)量精度以及準(zhǔn)確等級(jí)選擇等問(wèn)題，以期為今后電氣人員在變電站設(shè)計(jì)中電流互感器選擇提供翔實(shí)的基礎(chǔ)指導(dǎo)信息。

關(guān)鍵詞：電流互感器;變電站;測(cè)量精度

1 引言

互感器是變電站中重要的設(shè)備，精度高的電流互感器其響應(yīng)性能也較好，則能夠發(fā)揮巨大的作用，電流互感器直接影響著繼電設(shè)備執(zhí)行動(dòng)作。但是目前國(guó)內(nèi)多數(shù)電流互感器的測(cè)量線圈由于偏心問(wèn)題嚴(yán)重，導(dǎo)致在實(shí)際測(cè)量中，其準(zhǔn)確性和精度并不高，導(dǎo)致設(shè)備實(shí)時(shí)響應(yīng)性能出問(wèn)題。而變電站中又不可缺少這種設(shè)備，所以在設(shè)計(jì)中要合理選擇電流互感器，通過(guò)詳細(xì)了解設(shè)計(jì)需求和電流互感器基本構(gòu)造原理，進(jìn)一步優(yōu)化電流互感器設(shè)計(jì)和參數(shù)選擇，從而實(shí)現(xiàn)改變電流互感器的測(cè)量精度。本文將詳細(xì)討論常見(jiàn)電流互感器的內(nèi)部構(gòu)造問(wèn)題，分析可能存在的誤差問(wèn)題，然后重點(diǎn)討論了電流互感器的關(guān)鍵參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)電流互感器的優(yōu)化選擇工作，提高電流互感器測(cè)量精度，改善當(dāng)前設(shè)備的實(shí)時(shí)響應(yīng)性能。

2 變電站中電流互感器基本分析

2.1 互感器基本構(gòu)造

電流互感器一般是由1～2匝繞組構(gòu)成，應(yīng)用在電氣設(shè)備中以一次設(shè)備進(jìn)出導(dǎo)線為主。但是隨著技術(shù)發(fā)展，目前開(kāi)始采用二次繞組，其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，匝數(shù)也較多，并且二次定額電流一般為5A或1A。比如，當(dāng)某個(gè)電流互感器的變比參數(shù)為1250/5時(shí)，那么為了達(dá)到同樣的效果，一次繞組為1匝時(shí)，對(duì)應(yīng)的二次繞組則為250匝。

2.2 誤差原因分析

電流互感器內(nèi)部的鐵芯在互感器工作時(shí)還存在勵(lì)磁電流，這種電流會(huì)導(dǎo)致鐵芯產(chǎn)生勵(lì)磁阻抗，這種阻抗是一種電抗，但是若進(jìn)行二次負(fù)載，那么工作中則產(chǎn)生的是阻抗。鑒于此，在二次電動(dòng)勢(shì)的影響下，經(jīng)過(guò)不同電阻的電流幅值和相位均不同。通過(guò)研究電流互感器的角誤差和等值回路發(fā)現(xiàn)以下誤差：若電流互感器的二次負(fù)載為純電阻，則導(dǎo)致角誤差較大。若二次負(fù)載為純電感時(shí)，則不會(huì)產(chǎn)生角誤差。另外，勵(lì)磁阻抗一定時(shí)，會(huì)使二次阻抗變大，繼而導(dǎo)致電流互感器比誤差變大;而二次阻抗一定時(shí)，則勵(lì)磁阻抗變小，也會(huì)導(dǎo)致比誤差變大。整體來(lái)看，在實(shí)際應(yīng)用中，必須要保證電流互感器的角度誤差不超過(guò)7°，幅值誤差不超過(guò)10%。

3 電流互感器選擇有關(guān)問(wèn)題分析

3.1 電流互感器二次側(cè)繞組選擇

通過(guò)前文分析可知，電流互感器有一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組類(lèi)型。在選擇二次側(cè)方式時(shí)，要滿(mǎn)足一次側(cè)額定電流和電壓的要求，同時(shí)二次側(cè)必須滿(mǎn)足繼電保護(hù)和測(cè)量的需求。電流互感器的二次側(cè)具有三種繞組方式，對(duì)應(yīng)三種不同的功能，分別為測(cè)量、保護(hù)、計(jì)量等。若在實(shí)際過(guò)程中需要差動(dòng)保護(hù)，則還要增加一組繞組來(lái)實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)。安裝在計(jì)量貴重的電流互感器可以只選用計(jì)量繞組就可。低壓配電系統(tǒng)，如220V/380V，采用低壓熔斷器和斷路器保護(hù)，所以該電力系統(tǒng)中選擇二次側(cè)繞組可以只考慮測(cè)量繞組。而在高、中壓供配電系統(tǒng)中，需要采取繼電保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)電路保護(hù)，所以在這種電力系統(tǒng)中，二次側(cè)繞組除了采取測(cè)量繞組之外，還需要進(jìn)行保護(hù)、計(jì)量等多個(gè)繞組。因此，變電站在設(shè)計(jì)中需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)優(yōu)化選擇二次側(cè)繞組型式。對(duì)于二次側(cè)繞組選擇，還要在系統(tǒng)設(shè)備一覽表中明確注明電流互感器的規(guī)格和型號(hào)，標(biāo)記選用的電流互感器測(cè)量準(zhǔn)確度和精度，以確保技術(shù)人員可以準(zhǔn)確判斷選用的互感器是否能滿(mǎn)足繼電保護(hù)與測(cè)量的要求。

3.2 電流互感器變比選擇

電流互感器變比選擇需要分以不同情況分析，若變壓器只給一臺(tái)大型用電設(shè)備和一臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行供電，形成電力回路，那么對(duì)于電流互感器一次側(cè)額定電流，可以根據(jù)用電設(shè)備的額定電流達(dá)到或接近互感器額定電流的三分之二時(shí)，對(duì)應(yīng)選擇互感器變比。而對(duì)于多種用電設(shè)備形成的供電回路，則直接按照一次側(cè)計(jì)算電流進(jìn)行選擇，當(dāng)其電流值達(dá)到電流互感器額定電流的三分之二時(shí)，選擇電流互感器變比。另外，為了特殊情況要求，則需要適當(dāng)增大電流互感器的一次側(cè)額定電流時(shí)，那么其值須要根據(jù)繞組的準(zhǔn)確限值進(jìn)行選擇。對(duì)于二次側(cè)額定電流，通常選擇5A，但若供電回路中存在電動(dòng)機(jī)，并且就地遠(yuǎn)距離測(cè)量電流，那么可以選擇1A。因?yàn)檫x擇1A時(shí)，電流互感器二次側(cè)負(fù)載能力要高于5A的25倍之多。所以在不增加電纜截面的情況下，可以實(shí)現(xiàn)就地遠(yuǎn)距離測(cè)量電流。

3.3 電流互感器測(cè)量精度選擇

由前文可知，電流是互感器繞組可以分為保護(hù)、計(jì)量以及測(cè)量繞組等，其中計(jì)量和測(cè)量歸為一類(lèi)。計(jì)量繞組的精度一般選用0.2級(jí)，也可以表達(dá)為0.2S，其中S是表示該電能計(jì)量是具有特殊用途的繞組，這種特殊情況是允許一次側(cè)電流在1～100%之間變化。不同的情況采取需要不同的測(cè)量精度，計(jì)量柜回路或者需要計(jì)費(fèi)的采用0.2級(jí)，而不需要內(nèi)部計(jì)量的繞組則可以選用1.0級(jí)或者0.5級(jí)。對(duì)于高壓變電站，其計(jì)量需要單獨(dú)設(shè)置計(jì)量柜，若無(wú)法設(shè)置計(jì)量柜，則可以將測(cè)量和計(jì)量整合使用，但兩者可以選用不同的精度繞組。

3.4 電流互感器準(zhǔn)確級(jí)選擇

電流互感器測(cè)量精確性一般是采用準(zhǔn)確級(jí)來(lái)體現(xiàn)。準(zhǔn)確級(jí)是在額定一種標(biāo)稱(chēng)數(shù)值，即在額定準(zhǔn)確限值一定時(shí)，電流互感器的一次電流下所規(guī)定的最大允許復(fù)合誤差百分?jǐn)?shù)。通常有10P和5P兩個(gè)等級(jí)，其中10和5表示測(cè)量的精度，5P等級(jí)的測(cè)量復(fù)合誤差在5%，相位誤差為60°，測(cè)量電流誤差為1%，P即為保護(hù)繞組。同樣，10P等級(jí)的復(fù)合誤差為10%，電流測(cè)量誤差為3%，沒(méi)有相位測(cè)量誤差要求。所以設(shè)計(jì)中考慮電流保護(hù)時(shí)，可以選用10P，而在差動(dòng)保護(hù)時(shí)，則需要選擇5P。

電流互感器在滿(mǎn)足復(fù)合誤差要求時(shí)，其最大一次側(cè)電流稱(chēng)為額定準(zhǔn)確限值一次電流，并且該電流與電流互感器額定一次電流的比值定義為準(zhǔn)確限值系數(shù)。實(shí)際上，電流互感器保護(hù)繞組不僅可以用準(zhǔn)確級(jí)來(lái)表示，還可以用額定二次容量表示，并且在P后面標(biāo)識(shí)出來(lái)，比如10P10、5P15等。這表示額定二次測(cè)定容量為10或者15var。通過(guò)分析，當(dāng)二次側(cè)容量大時(shí)，額定的二次負(fù)荷時(shí)的二次電流備份就越大，通過(guò)互感器變比就可以計(jì)算得到允許一次側(cè)電流。

4 結(jié)論

經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)電力需求日益增大，我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模也不斷擴(kuò)大，測(cè)量準(zhǔn)確度問(wèn)題逐漸開(kāi)始引起人們重視。由于測(cè)量裝置的更新?lián)Q代，類(lèi)型越來(lái)越多，導(dǎo)致在測(cè)量中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的新問(wèn)題。所以，在大型變電站設(shè)計(jì)中，要科學(xué)分析測(cè)量精度問(wèn)題，根據(jù)電流互感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行研究，優(yōu)化選擇電流是互感器技術(shù)參數(shù)，保證電力測(cè)量的精確性和可靠性，同時(shí)加強(qiáng)電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，提高測(cè)量管理，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供基本用電保障。

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作者簡(jiǎn)介：

陳明輝（1984- ），男，甘肅慶陽(yáng)人，本科，中石化第五建設(shè)有限公司，工程師，研究方向：石油化工領(lǐng)域變電站內(nèi)電氣調(diào)試技術(shù)。

劉剛（1984- ），男，陜西綏德人，本科，中石化第五建設(shè)有限公司，工程師，研究方向：石油化工領(lǐng)域電氣安裝技術(shù)及變電所電氣設(shè)備一次、二次調(diào)試技術(shù)。