發電廠電流互感器10%誤差曲線的繪制及校核

孫曉飛

（江蘇大唐國際呂四港發電有限責任公司，江蘇啟東226200）

0 引言

繼電保護是保證電力系統安全穩定運行的重要手段。隨著電力系統的不斷發展和電力市場機制的引入，對繼電保護正確動作率要求也越來越高。電流互感器的飽和問題是目前導致微機繼電保護裝置誤動的主要原因。然而，許多發電廠對于繼電保護用電流互感器的現場校核工作往往不夠重視，尤其是新建電廠，基本未開展此項工作。大部分繼保專業人員甚至對CT 10%誤差曲線的繪制及校核方法知之甚少。目前的現狀是，電流互感器制造廠家不提供CT 10%誤差出廠試驗報告，調試單位只開展CT伏安特性測試，沒有10%誤差和二次負載的現場測試，更沒有誤差曲線的繪制和校核。但是，電流互感器10%誤差曲線的繪制及校核工作是安全性評價必查的問題的之一。本文就針對發電廠電流互感器10%誤差曲線的繪制及校核過程中遇到的具體問題進行了介紹。

1 電流互感器的誤差問題

1.1 電流互感器誤差產生的原因

圖1

圖1為電流互感器的等值電路圖。Z1為一次側漏抗，Z2為二次側漏抗，Ze為勵磁阻抗，Zen為二次負荷阻抗。I1為經過折算到二次側的一次電流，I2為實際二次電流，Ie為勵磁電流，即I1＝I2+Ie。電流互感器的比誤差為ef＝Ie/I1。由此可見，勵磁電流Ie的存在是造成電流互感器產生誤差的直接原因。

1.2 影響電流互感器誤差的因素

當I1增大時，電流互感器鐵芯飽和，Ze減小，Ie增大，誤差變大。當Zen增大時，由于二次負荷阻抗分流減少，Ie增大，誤差變大。因此，一次電流和二次負荷阻抗是影響電流互感器誤差的主要因素。

1.3 電流互感器誤差變大對繼電保護的影響

近年來，由于CT飽和，區外故障時差動保護的兩側電流互感器傳變電流不一致，而導致保護誤動作的情況時有發生。對于發電廠，大容量的電動機啟動時，其差動保護也有出現誤動作的情況。

2 CT 10%誤差的計算及曲線繪制

2.1 10%誤差曲線的概念

10%誤差曲線是保護用電流互感器的一個重要基本特性。當一次系統出現故障，故障電流通常很大，電流互感器的誤差也會變大。為了使保護裝置能夠正確反應一次故障情況從而正確動作，要求電流互感器的變比誤差小于等于10%。

10%誤差曲線描述的是當比誤差ef為10%時，一次電流I1與額定電流In的比值m10和二次負荷阻抗Zen的關系。即m10＝f(Zen)。也可以理解為，在不同的一次電流倍數下，為使電流互感器的變比誤差小于等于10%而允許的最大二次負載阻抗。

2.2 10%誤差的計算

1）電流互感器的10%誤差是根據電流互感器伏安特性的數據計算的。

CT伏安特性是指在電流互感器一次側開路的情況下，二次側勵磁電流與二次側所加電壓的關系，即U＝f(Ie)。

2）由等值電路可知，E＝U-Ie(Z2)＝ U-Ie(R2+jX2)，R2可以用電橋測得。對于110kV及以上電壓等級的系統，可以近似認為Z2＝R2。對于110kV以下電壓等級的系統，Z2＝3R2。由此可得E＝f(Ie)。

3）由于勵磁阻抗 Ze＝E/Ie，可得 Ze＝ f(Ie)。

4）當電流的比誤差等于10%時，勵磁電流Ie應為一次電流I1的10%，則二次電流I2為I1的90%,I2＝9Ie。 所以，一次電流倍數 m10＝I1/In＝10Ie/In。當二次額定電流為1A時，m10＝10Ie；當二次額定電流為5A時，m10＝2Ie。 由此，可以得出 Ze＝ f(m10)的關系。

5）由等值電路可知，Ze與Z2+Zen為并聯關系，所以Ze/(Z2+Zen)＝I2/Ie＝9Ie/Ie＝9。 因為 Z2已知，由 Ze＝ f(m10)的關系可以得出 Zen＝ f(m10)的關系，即m10＝f(Zen)的關系，這就是CT的10%誤差曲線。

2.3 10%誤差曲線的繪制

其實，最終我們得到以下兩個關系式：

（1）Zen＝U/(9Ie)-10Z2/9

（2）m10＝10Ie或 m10＝2Ie

我們利用CT伏安特性的數據即可繪制m10和Zen的關系曲線，即10%誤差曲線。

由此，我們可以編輯excel表格，將伏安特性數據輸入，可自動繪制出10%誤差曲線，圖1：

3 CT 10%誤差曲線的校核

CT 10%誤差曲線的校核工作，就是要計算出CT安裝處的區外最大短路電流（主要是差動保護用CT），得到最大短路電流倍數。根據10%誤差曲線查到對應的允許二次負載阻抗，用這個值與我們現場實際的二次負載比較，如果實際二次負載小則滿足10%誤差曲線要求，大則不滿足。

3.1 最大短路電流倍數

根據繼電保護整定計算書，可查到各廠實際的一次系統圖和等效阻抗。針對不同位置的CT，選取不同的短路點，算出故障時流過該CT的最大短路電流（不一定是三相短路時電流最大，要將各種短路情況進行比較）。用最大短路電流除以CT一次額定電流，就得到最大短路電流倍數。

3.2 現場校核遇到的實際問題

1）要選擇差動保護兩側CT保護區外、離CT安裝處最近的最大短路電流，以此來校核穿越性故障電流對差動保護兩側CT的影響，判斷是否滿足10%誤差曲線的要求，避免發生穿越性故障時，差動保護兩側CT電流傳變不一致而導致保護誤動。

2）要注意流過CT的短路電流，不一定全都為發電機和系統兩側的合流，要視具體情況而定。例如主變差動保護的CT，要用主變低壓側短路時系統側提供的電流與主變高壓側短路時發電機側提供的電流，二者取大作為最大短路電流來校核。而如果是高廠變差動保護的CT，則要選取高廠變低壓側作為短路點，此時的短路電流為發電機和系統提供的電流的合流。

3）要注意短路電流的折算。例如高廠變差動保護的CT，兩側CT變比不同。校核高壓側CT時，要將短路電流折算到高壓側；校核低壓側CT時，要將短路電流折算到低壓側。

圖1

4）對于6kV的電動機，不應該用6kV母線的最大短路電流來校核電機的差動保護CT。因為如果短路點在機端，短路電流實際并未流過差動保護CT；如果短路點在機尾，該電流遠遠大于電機額定電流，其他保護早已達到動作定值，和差動保護動作的結果一致，即使差動保護誤動，并不影響最終切除故障的結果（但故障分析時要明確這一點）。這種情況應該用該電機的啟動電流來校核，約為電機額定電流的6-8倍。

5）對于校核主變差動保護在高廠變高壓側的CT，取高廠變高壓側短路電流（此短路電流在高廠變差動保護的區內），校驗結果可能不滿足。但是即使主變差動保護誤動，其結果和高廠變差動保護的出口方式相同，并不影響最終結果（只是在故障分析時有些不妥，需要明確說明這一點）。

6）在實際情況中，最大短路電流倍數一般都比較大，在繪制出的10%誤差曲線中往往找不到對應的允許實際二次負載阻抗值。這是因為在做CT伏安特性試驗時，沒有做到CT二次額定電流這一點，此時我們還可以采用拐點電壓法來校核。利用公式K＝Ug/I2n/（Z2+Zen），其中K為允許的最大電流倍數，Ug為拐點電壓，I2n為二次額定電流，Z2為二次繞組阻抗，Zen為實際的二次負載阻抗。用允許的最大電流倍數與計算出的最大短路電流倍數比較，如果允許的最大電流倍數大于最大短路電流倍數，則認為該CT也是滿足10%誤差曲線要求的。

4 電流互感器不滿足要求時的解決辦法

當電流互感器不滿足要求時，可以采取以下措施：

1）改用伏安特性較高的電流互感器二次繞組，提高帶負載的能力；

2）提高電流互感器的變比，或采用額定電流小的電流互感器，以減小電流倍數m10；

3）串聯備用相同級別電流互感器二次繞組，使負荷能力增大一倍；

4）增大二次電纜截面，或采用消耗功率小的繼電器，以減小二次側負荷；

5）將電流互感器的不完全星形接線方式改為完全星形接線方式，差點流接線方式改為不完全星形接線方式；

6）改變二次負荷元件的接線方式，將部分負荷移至互感器備用繞組，以減小計算負荷。

5 結束語

電流互感器飽和是引發微機保護裝置不正確動作的主要原因之一，為了最大程度地減小其影響，應該在互感器選型、互感器參數選擇、二次負載阻抗計算與現場校核、保護裝置采取抗飽和措施等多方面采取合理且有效的措施，以保證發電廠及整個電網的安全穩定運行。

［1］郭耀珠,石光,劉華,劉巍.保護用電流互感器10%誤差曲線現場測試及其二次負載校核[J].電力系統保護與控制，2008，23(36)：101-104.

［2］國家電力調度通信中心.國家電網公司繼電保護培訓教材[M].北京：中國電力出版社,2009.