葉英



摘 要:主要探討了繼電保護電流回路的誤差分析計算,介紹了電流互感器的原理,系統闡述了電流回路誤差的影響因素,并研究了二次負載在實際中的分析計算,以期為相關單位提供參考和借鑒。
關鍵詞:繼電保護;電流回路;磁導率;二次線圈
中圖分類號:TM773 文獻標識碼:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.097
繼電保護在電力系統的安全、穩定運行中發揮著重要的作用,而繼電保護又取決于二次電流采樣。但在二次電流的實際采樣中,由于電流互感器自身具有的特性和二次回路阻抗等因素,導致實際采樣中存在一定的誤差。因此,為了保障二次電流采樣的準確性,我們需要對誤差進行分析和計算。
1 電流互感器的原理
根據《電流互感器》(GB 1208—2006)中的定義:電流互感器(Current Transformer)是指一種在鏈接方法正確時相位差接近0,且在正常使用條件下一次電流與二次電流成正比的互感器。
2 電流采樣誤差的影響因素
2.1 電流互感器的內部因素
電流互感器的內部因素主要包括線圈匝數、二次線圈內阻和漏抗、鐵心損耗、磁導率和鐵心截面。
2.2 二次回路負載誤差
2.2.1 二次回路負載誤差的計算方法
電流互感器的額定輸出容量是指在額定的一次電流、變比的前提下,且滿足準確級的要求時,二次回路能夠承受的最大負載。電流互感器的二次負載一般用阻抗表示:
Zb=Sb/IN2. (1)
式(1)中:IN為電流互感器的額定二次電流;Zb為示抗阻;Sb為容量。
而電流互感器的二次負載可由下式計算獲得:
Z2=ΣKmZm+KlZl+Zc. (2)
式(2)中:Z2為電流互感器的二次負載;Km為二次設備的阻抗換算系數;Zm為二次設備的阻抗;Kl為連接導線的阻抗換算系數;Zl為連接導線的單程阻抗;Zc為接觸電阻,通常取0.05~0.10 Ω。
2.2.2 二次回路負載的滿足條件
對于計量測量用的電流互感器而言,由于電流互感器的二次線圈存在一定的阻抗,所以,在調整誤差前,電流誤差為負值。只有在采取誤差補償措施后,才有可能出現正值的電流誤差。廠家在調整互感器的誤差時,大多數是以60%負荷點為零點。調整后的電流互感器誤差與二次負載的關系如圖1所示。
從圖1中可以看出,當忽略不計Z2的數值時,比值誤差和角度誤差均存在正偏差;當二次負載Z2增大,比值誤差減小,角差正向增加;到達60%負荷點左右時,比值誤差的絕對值為0;
隨著二次負載的繼續增加,比值誤差的絕對值反向增加。對于測量計量用的電流互感器而言,應考慮負荷電流等因素的影響,25%≤Z2≤100%可作為電流互感器二次負荷是否合理的判斷依據。
而保護用的電流互感器的準確度等級要求一般沒有測量用的高。當電力系統發生短路故障時,流過電流互感器的電流可能比額定電流大很多倍。當一次電流I1增加到一定程度時,鐵芯飽和,二次電流I2不再隨一次電流線性變化,進而會影響電流值的測量,且對保護功能產生影響。因此,對于保護用的電流互感器而言,應考慮大電流時的準確度問題,即滿足電流互感器10%倍數曲線計算。此外,電流互感器的變比誤差還與二次負載有關。為了便于計算,制造廠對每種電流互感器提供了在m10下允許的二次負載阻抗值Zen.
3 二次負載在實際中的分析計算
電流互感器的二次負荷包括二次側的電纜阻抗、二次設備阻抗和接觸電阻。二次負荷直接關系著CT的運行工況和二次負載對電流采樣的結果。
取額定電流5 A左右的數值計算得到A相保護繞組電流回路的電阻值為2.56 Ω,而B,C兩相測得電阻值數值相近,分別為0.89 Ω和0.83 Ω。
電流二次回路采用4 mm2的四芯銅電纜,接線結構為:電流互感器二次繞組在現場斷路器端子箱匯總后,接至就地繼保室,形成應線路保護屏,再從線路保護屏串聯至110 kV故障錄波器,從而構成完整的電流二次回路。
經測量,電流互感器接線抽頭至斷路器端子箱電纜的長度約為4 m,現場斷路器端子箱至線路保護屏電纜的長度為70 m,線路保護屏至故錄屏電纜的長度為12 m(經電纜溝走線,并考慮了電纜的預留長度,實際電纜長度大于直線距離,測量結果均按照施工記錄或預估所得)。
現場電流二次回路通流的方式為:在電流互感器二次抽頭S1,S2處利用電流單相設備通過一定的電流,再利用萬用表測出電壓值,從而計算得到電流回路阻抗。二次電流回路電阻的計算公式為:
Z≈2Zl1+2Zl2+Zm1+Zm2+Zc. (3)
式(3)中:Z為二次電流回路電阻;Zl1為電流互感器二次抽頭至保護裝置電纜的阻抗;Zl2為保護裝置至故障錄波器電纜的阻抗;Zm1為保護裝置小型互感器的阻抗;Zm2為故障錄波器小型互感器的阻抗;Zc為接觸電阻。
測量電流互感器二次繞組直流電阻R2,以近似代替其二次繞組阻抗Z2。以下分析均采用電阻值代替阻抗,得到Zm1≈0.015 Ω,Zm2≈0.020 Ω,則:
Zc=Z-(Zm1+Zm2+2×Z1). (4)
進而可計算得到A相的接觸電阻為:Zc(A)=2.56-(0.020+0.015+2×0.376)=1.773 Ω。
同理,可得出Zc(B)=0.103 Ω,Zc(C)=0.043 Ω。結
合式(2)可知,單向接地故障時的二次負載最大,Kl=2,Km=1,
則計算公式為:
Z2=Zm1+Zm2+2Zl+Zc. (5)
將各相接觸電阻的實際值代入式(5),計算得到此時的A相二次負載為:Z2(A)=2.56 Ω,B,C相二次負載分別為0.89 Ω和0.83 Ω。
根據檢查廠家提供的電流互感器10%誤差曲線數值,得出其允許二次負載Zen=2 Ω。此時,B,C相二次負載滿足要求,而A相二次負載Z2(A)>Zen,無法滿足實際阻抗必須小于最大阻抗的條件,進而無法使用。
考慮到三相和兩相短路的情況時,Kl=Km=1,計算得出B,C相二次負載降低至0.514 Ω和0.454 Ω,可滿足條件,而A相二次負載Z2(A)=2.184 Ω,仍然不滿足使用條件。
基于上述A相二次負載不滿足額定負載的情況,并結合式(5)可以看出,影響二次負載的因素主要有二次電纜的阻抗、線路保護裝置和故障錄波器小互感器的阻抗、接觸電阻。現場施工人員選取了100 m的二次銅電纜,經比較理論計算值與實測值后發現,兩者誤差<5%,且各相線路保護裝置的阻抗Zm1與故障錄波器的阻抗Zm2近似相等。因此,確定導致A相二次阻抗偏大的影響因素主要為接觸電阻。
接觸電阻主要存在于電流互感器二次抽頭螺母與銅電纜咬合、斷路器端子箱、線路保護裝置屏與故障錄波器屏電纜經端子排轉接、電流端子的連接片等處。因此,檢查了電纜壓皮的情況、緊固了電流端子、更換了老舊的電流端子和對電流互感器二次抽頭進行了除銹等。
4 結束語
綜上所述,為了確保繼電保護的質量,我們需要做好二次電流的采樣工作,并分析計算采樣過程中的誤差。
參考文獻
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〔編輯:張思楠〕