发电厂电流互感器10%误差曲线的绘制及校核

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【摘 要】继电保护是保证电力系统安全稳定运行的重要手段。电流互感器的饱和问题是目前导致微机继电保护装置误动的主要原因。因此，电流互感器10%误差曲线的绘制及校核工作是继电保护专业必须完成的工作。但是，现实中很多电厂由于多种原因，并未开展此项工作，机组在运行中存在着很大的安全隐患。本文就针对发电厂电流互感器10%误差曲线的绘制及校核过程中遇到的具体问题进行了介绍。

【关键词】电流互感器；饱和；10%误差曲线；二次负载；绘制；校核

0 引言

继电保护是保证电力系统安全稳定运行的重要手段。随着电力系统的不断发展和电力市场机制的引入，对继电保护正确动作率要求也越来越高。电流互感器的饱和问题是目前导致微机继电保护装置误动的主要原因。然而，许多发电厂对于继电保护用电流互感器的现场校核工作往往不够重视，尤其是新建电厂，基本未开展此项工作。大部分继保专业人员甚至对CT 10%误差曲线的绘制及校核方法知之甚少。目前的现状是，电流互感器制造厂家不提供CT 10%误差出厂试验报告，调试单位只开展CT伏安特性测试，没有10%误差和二次负载的现场测试，更没有误差曲线的绘制和校核。但是，电流互感器10%误差曲线的绘制及校核工作是安全性评价必查的问题的之一。本文就针对发电厂电流互感器10%误差曲线的绘制及校核过程中遇到的具体问题进行了介绍。

1 电流互感器的误差问题

1.1 电流互感器误差产生的原因

图1

图1为电流互感器的等值电路图。Z1为一次侧漏抗，Z2为二次侧漏抗，Ze为励磁阻抗，Zen为二次负荷阻抗。I1为经过折算到二次侧的一次电流，I2为实际二次电流，Ie为励磁电流，即I1=I2+Ie。电流互感器的比误差为ef=Ie/I1。由此可见，励磁电流Ie的存在是造成电流互感器产生误差的直接原因。

1.2 影响电流互感器误差的因素

当I1增大时，电流互感器铁芯饱和，Ze减小，Ie增大，误差变大。

当Zen增大时，由于二次负荷阻抗分流减少，Ie增大，误差变大。

因此，一次电流和二次负荷阻抗是影响电流互感器误差的主要因素。

1.3 电流互感器误差变大对继电保护的影响

近年来，由于CT饱和，区外故障时差动保护的两侧电流互感器传变电流不一致，而导致保护误动作的情况时有发生。对于发电厂，大容量的电动机启动时，其差动保护也有出现误动作的情况。

2 CT 10%误差的计算及曲线绘制

2.1 10%误差曲线的概念

10%误差曲线是保护用电流互感器的一个重要基本特性。当一次系统出现故障，故障电流通常很大，电流互感器的误差也会变大。为了使保护装置能够正确反应一次故障情况从而正确动作，要求电流互感器的变比误差小于等于10%。

10%误差曲线描述的是当比误差ef为10%时，一次电流I1与额定电流In的比值m10和二次负荷阻抗Zen的关系。即m10=f（Zen）。也可以理解为，在不同的一次电流倍数下，为使电流互感器的变比误差小于等于10%而允许的最大二次负载阻抗。

2.2 10%误差的计算

1）电流互感器的10%误差是根据电流互感器伏安特性的数据计算的。

CT伏安特性是指在电流互感器一次侧开路的情况下，二次侧励磁电流与二次侧所加电压的关系，即U=f（Ie）。

2）由等值电路可知，E=U-Ie（Z2）= U-Ie（R2+jX2），R2可以用电桥测得。对于110kV及以上电压等级的系统，可以近似认为Z2= R2。对于110kV以下电压等级的系统，Z2= 3R2。由此可得E=f（Ie）。

3）由于励磁阻抗Ze=E/Ie，可得Ze= f（Ie）。

4）当电流的比误差等于10%时，励磁电流Ie应为一次电流I1的10%，则二次电流I2为I1的90%， I2=9Ie。所以，一次电流倍数m10= I1/In =10Ie/In。当二次额定电流为1A时，m10=10Ie；当二次额定电流为5A时，m10=2Ie。由此，可以得出Ze= f（m10）的关系。

5）由等值电路可知，Ze与Z2+Zen为并联关系，所以Ze/（Z2+Zen）= I2/Ie=9Ie/Ie=9。因为Z2已知，由Ze= f（m10）的关系可以得出Zen= f（m10）的关系，即m10= f（Zen）的关系，这就是CT的10%误差曲线。

2.3 10%误差曲线的绘制

其实，最终我们得到以下两个关系式：

（1）Zen=U/（9Ie）-10Z2/9

（2）m10=10Ie或m10=2Ie

我们利用CT伏安特性的数据即可绘制m10和Zen的关系曲线，即10%误差曲线。

由此，我们可以编辑excel表格，将伏安特性数据输入，可自动绘制出10%误差曲线，图1：

3 CT 10%误差曲线的校核

CT 10%误差曲线的校核工作，就是要计算出CT安装处的区外最大短路电流（主要是差动保护用CT），得到最大短路电流倍数。根据10%误差曲线查到对应的允许二次负载阻抗，用这个值与我们现场实际的二次负载比较，如果实际二次负载小则满足10%误差曲线要求，大则不满足。

3.1 最大短路电流倍数

根据继电保护整定计算书，可查到各厂实际的一次系统图和等效阻抗。针对不同位置的CT，选取不同的短路点，算出故障时流过该CT的最大短路电流（不一定是三相短路时电流最大，要将各种短路情况进行比较）。用最大短路电流除以CT一次额定电流，就得到最大短路电流倍数。

3.2 现场校核遇到的实际问题

1）要选择差动保护两侧CT保护区外、离CT安装处最近的最大短路电流，以此来校核穿越性故障电流对差动保护两侧CT的影响，判断是否满足10%误差曲线的要求，避免发生穿越性故障时，差动保护两侧CT电流传变不一致而导致保护误动。

2）要注意流过CT的短路电流，不一定全都为发电机和系统两侧的合流，要视具体情况而定。例如主变差动保护的CT，要用主变低压侧短路时系统侧提供的电流与主变高压侧短路时发电机侧提供的电流，二者取大作为最大短路电流来校核。而如果是高厂变差动保护的CT，则要选取高厂变低压侧作为短路点，此时的短路电流为发电机和系统提供的电流的合流。

3）要注意短路电流的折算。例如高厂变差动保护的CT，两侧CT变比不同。校核高压侧CT时，要将短路电流折算到高压侧；校核低压侧CT时，要将短路电流折算到低压侧。

4）对于6kV的电动机，不应该用6kV母线的最大短路电流来校核电机的差动保护CT。因为如果短路点在机端，短路电流实际并未流过差动保护CT；如果短路点在机尾，该电流远远大于电机额定电流，其他保护早已达到动作定值，和差动保护动作的结果一致，即使差动保护误动，并不影响最终切除故障的结果（但故障分析时要明确这一点）。这种情况应该用该电机的启动电流来校核，约为电机额定电流的6-8倍。

5）对于校核主变差动保护在高厂变高压侧的CT，取高厂变高压侧短路电流（此短路电流在高厂变差动保护的区内），校验结果可能不满足。但是即使主变差动保护误动，其结果和高厂变差动保护的出口方式相同，并不影响最终结果（只是在故障分析时有些不妥，需要明确说明这一点）。

6）在实际情况中，最大短路电流倍数一般都比较大，在绘制出的10%误差曲线中往往找不到对应的允许实际二次负载阻抗值。这是因为在做CT伏安特性试验时，没有做到CT二次额定电流这一点，此时我们还可以采用拐点电压法来校核。利用公式K=Ug/I2n/（Z2+Zen），其中K为允许的最大电流倍数，Ug为拐点电压，I2n为二次额定电流，Z2为二次绕组阻抗，Zen为实际的二次负载阻抗。用允许的最大电流倍数与计算出的最大短路电流倍数比较，如果允许的最大电流倍数大于最大短路电流倍数，则认为该CT也是满足10%误差曲线要求的。

4 电流互感器不满足要求时的解决办法

当电流互感器不满足要求时，可以采取以下措施：

1）改用伏安特性较高的电流互感器二次绕组，提高带负载的能力；

2）提高电流互感器的变比，或采用额定电流小的电流互感器，以减小电流倍数m10；

3）串联备用相同级别电流互感器二次绕组，使负荷能力增大一倍；

4）增大二次电缆截面，或采用消耗功率小的继电器，以减小二次侧负荷；

5）将电流互感器的不完全星形接线方式改为完全星形接线方式，差点流接线方式改为不完全星形接线方式；

6）改变二次负荷元件的接线方式，将部分负荷移至互感器备用绕组，以减小计算负荷。

5 结束语

电流互感器饱和是引发微机保护装置不正确动作的主要原因之一，为了最大程度地减小其影响，应该在互感器选型、互感器参数选择、二次负载阻抗计算与现场校核、保护装置采取抗饱和措施等多方面采取合理且有效的措施，以保证发电厂及整个电网的安全稳定运行。

【参考文献】

[1]郭耀珠，石光，刘华，刘巍.保护用电流互感器10%误差曲线现场测试及其二次负载校核[J].电力系统保护与控制，2008，23（36）：101-104.

[2]国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材[M].北京：中国电力出版社，2009.