电流互感器10%误差曲线绘制的实验方法分析

李　想

（1.福州大学 电气工程与自动化学院，福建 福州 350116；2.国网福建检修公司，福建 福州 350000）

电流互感器10%误差曲线绘制的实验方法分析

李想1,2

（1.福州大学 电气工程与自动化学院，福建 福州 350116；2.国网福建检修公司，福建 福州 350000）

摘要：为严防由于电流互感器饱和倍数与二次阻抗不匹配引起的差动保护误动作，开展了对电流互感器10%误差曲线特性试验方案和曲线绘制的探讨，制定了一套成熟的试验方案，分析了电流互感器10%误差的产生根本原因，并利用Excel软件辅助分别绘制了220 kV的鼓山变电站和500 kV的晋江变电所的10%、5%误差曲线，为电流互感器的误差计算提供借鉴。

关键词：电流互感器；10%误差；励磁电流；二次负载；曲线绘制

在电力系统中，电流互感器是运行设备中非常重要的元件之一。由于电力系统的短路水平不断提高，一些火电厂及变电站区外故障或厂用电电流互感器饱和造成保护误动作的现象时有发生[1]。为正确分析故障来源，避免由于电流互感器饱和引起的保护误动作现象，有必要对电流互感器10%误差曲线进行测试。省调在二十五项防措细则中提出对各型设备的差动保护均要按照10%误差曲线进行特性校核。为了判断电流互感器中的二次阻抗与饱和倍数是否匹配使用，确保差动保护正确提供可靠的依据，严防由于电流互感器饱和倍数与二次阻抗不匹配引起的差动保护误动作，影响系统正常运行，扩大事故范围，甚至造成电网的巨大经济损失[2]。所以本文开展对电流互感器10%误差曲线特性试验方案和曲线绘制的探讨，制定一套成熟的试验方案，并利用计算机处理数据。

目前电力系统电流互感试验中的伏安特性试验一般只做到伏安特性曲线的拐点处，仅能反映拐点前电压与电流的关系，判断是否有匝间短路现象。缺少拐点后的伏安特性数据，无法了解电流互感器在饱和状态下二次负荷对饱和倍数的影响以及电压与电流的关系，也无法知道电流互感器的实际饱和倍数是否达到设计值，电流互感器在饱和状态下带负载的能力以及所带的二次负荷是否匹配等[3]。

1　电流互感器的10%误差曲线分析

设电流互感器的变比为Ki，那么一次电流（I1）与二次电流（I2）的关系为I2=I1/Ki[4-5]。当电流互感器铁芯不饱和时（即Ki为常数），一次、二次电流的图形关系是一条直线，具体如图1所示；当电流互感器铁芯开始饱和时，那么一次、二次电流的图形关系不再是直线，即I2与I1/Ki的关系不再是线性关系，而是呈铁芯的磁化曲线状，具体如图2所示。[6-7]继电保护要求10p级电流互感器的一次电流I1等于最大电流时，其变比误差小于或等于10%，所以从图1可以找到一个电流值I1b，自I1b作一条垂直于I1轴的直线，与曲线1相交于B点，与曲线2相交于A点，且BA线段长度等于I1’的0.1倍，其中I1’是折算到二次的I1值。[7]若电流互感器的一次电流（I1）大于 I1b，那么变比误差就大于10%；若I1小于I1b，那么变比误差就小于或等于10%；电流互感器的变比误差还和二次负载阻抗有关。为了计算的简便，对于每种电流互感器，制造商都提供了m10下的允许二次负载阻抗值（Zen）。曲线m10= f（Zen）就称为电流互感器的10%误差曲线，具体如图2所示。

图1　一次电流（I1）与二次电流（I2）的关系

图2　 电流互感器的10%误差曲线

由图2可知，若m10值已知，那么从图中即可得到允许的负载阻抗值（Zen），如果Zen比实际负载阻抗更大或者相等，那么变比误差就满足要求。

2　电流互感器10%误差试验及计算

电流互感器的等值电路如图3所示。

图3　 电流互感器的等值电路

2.1材料的收集

电流互感器10%误差试验需要收集保护类型、整定值、变比和电流互感器的接线方式等相关材料。

2.2电流互感器二次绕组直流电阻的测量

当电抗在低漏磁互感器的情况下，互感器二次绕组只需计算电阻。而计算电流互感器二次绕组直流电阻（R2）可用电流互感器二次绕组漏抗Z2近似代替，其取值规律如下：当电压在110 kV至220 kV范围内的电流互感器，则Z2值即为R2；当电流互感器为厂用馈电线或者贯穿式，且电压为35 kV，则R2为Z2的1/3倍[7]。

2.3励磁电流的计算

伏安特性法测试U=f（Ie）=Ie×（Z2+Ze）曲线，在原有伏安特性曲线上增测饱和区段2-3点，一般取6A、8A、10A、15A。用励磁阻抗法分析，在理想情况下，电流互感器两侧的励磁安匝相等(即I1N1=I2N2)。在实际情况中，二次安匝不能被一次安匝全部转换，其中未被转换的一小部分作为励磁安匝(IeN2)，用于产生磁通（铁心中所需），这也是电流互感器产生误差的根本原因所在。当电流互感器正常运行时，励磁电流可从等值电路图中获得[8]，其计算公式如下：

由于考虑到I1，I2，Ie同相位时误差最大，在此情况下电流互感器误差10%，即Ie=10%I1，代入（1）式得到：

设A=F（Ie）=U/Ie=Z2+Ze，则励磁电流可通过如下计算。即可得到Zen=0.11F（Ie）-1.11Z2。

式中：F为励磁电压；m10为电流倍数；Ze为励磁阻抗；Zen为允许负载；Z2为二次绕组漏抗；Ie为励磁电流。

2.4实测电流互感器的二次负载

测试时，电流互感器输出处进行通电，测差动回路阻抗时，应将差动线圈短接，计算式为[8]：

ZA=（ZAB+ZCA-ZBC）/2（4）ZB=（ZAB+ZBC-ZCA）/2（5）ZC=（ZBC+ZCA-ZAB）/2（6）电流互感器的二次负载等于电流互感器两端电压除以电流互感器绕组内流过电流。

3　试验数据

根据测量的互感器二次绕组电阻R2，按规定确定二次绕组阻抗Z2，根据电流互感器伏安特性中的励磁电流I0，外加电压U，确定参数A=F（Ie）=U/I0，二次负载阻抗的计算值Zen=0.11A-1.1Z2，对于二次额定电流为5 A的电流互感器饱和倍数M10=2I0，将以上数据利用Microsoft Excel软件进行辅助处理，只需输入R2、I0、U，输入A、Zen的计算公式，电子表格将自动计算出Zen、M10。

4　绘制曲线

4.1误差为10%的曲线绘制

二次负载阻抗和饱和倍数的关系是非线性的，如图2所示，可观察性差，无法精确读数，规范的电流互感器10%误差曲线应用对数描述。利用Microsoft Excel软件自动生成对数表格，并加以标注。根据以上电子表格自动计算出的Zen、M10。自动描出相应的点，连成平滑的曲线。在所绘制的曲线上，可以很直观地看出二次负载阻抗和饱和倍数的关系，具体见表1和图4。

表1　 10%误差的电流互感器情况

图4　误差为10%的曲线

选取励磁特性电压最低的绕组校核，该CT 10%误差曲线满足厂家技术要求，即合格。

4.2误差为5%的曲线绘制

二次负载阻抗计算如下：

Zen=0.026F（Ie）-1.026Z2（7）当二次电流为1A时，M10=10Ie。

二次负载阻抗和饱和倍数的关系，具体数据见表2及图5。

表2　5%误差的电流互感器情况

图5　5%的误差曲线

5　结论

通过分析电流互感器的10%误差曲线，确定了电流互感器10%误差计算方法，探讨了该误差下的特性试验方案，分析了电流互感器10%误差的产生的根本原因。结合220 kV鼓山变电站和500 kV晋江变电所的数据，利用Excel软件辅助分别绘制了误差为10%、5%的曲线绘制，为电流互感器的误差计算提供借鉴。当然，对于每种电流互感器，制造商一般会向用户提供了m 10与二次负载阻抗值 （Zen）的电流互感器的10%误差曲线，且互感器多年运行后才需要自行通过实验来绘制，而本文直接通过试验来绘制电流互感器的10%误差曲线是通过引用前人已有的研究，开展对电流互感器10%误差曲线特性试验方案和曲线绘制的探讨，制定一套较成熟的试验方案。

参考文献：

[1]马南林.电流互感器10%误差曲线试验、绘制及校核[J].水电站机电技术,2005(6):22-23.

[2]熊超.保护用电流互感器10%误差的校核方法[J].电气技术, 2012(11):42-44.

[3]罗喜群.CT饱和对变压器差动保护的影响研究[D].天津:天津大学,2008.

[4]曹团结,张剑,尹项根,等.电流互感器的误差分析与工程计算[J].电力自动化设备,2007(1):53-56.

[5]谭丽中.电流互感器误差分析与校验[J].内蒙古石油化工, 2013(5):33-34.

[6]高占杰.CT伏安特性试验及10%误差校核[J].水电厂自动化,2008(1):78-80.

[7]叶芊雯.电流互感器10%误差曲线绘制与校核[J].中国电业:技术版,2014(8):12-15.

[8]王献春.电力互感器综合特性测试仪的研制开发[D].北京:华北电力大学,2007.

（责任编辑：叶丽娜）

中图分类号：TM452

文献标识码：A

文章编号：1674-2109(2015)09-0043-04

收稿日期：2015-05-27

作者简介：李想（1988-），男，汉族，在读电气工程硕士，助理工程师，主要研究方向：电气工程。

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