電流互感器繞組特性與配置論述

厲榮杰，李璨，喬凱

(國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東　濟(jì)南　250000)

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電流互感器繞組特性與配置論述

厲榮杰，李璨，喬凱

(國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東濟(jì)南250000)

電力系統(tǒng)電流互感器起到變流和電氣隔離的作用，是電力系統(tǒng)中測量儀表、繼電保護(hù)等二次設(shè)備獲取電氣一次回路電流信息的傳感器，正確的選擇和配置電流互感器繞組是確保測量及計(jì)量裝置準(zhǔn)確度、保護(hù)裝置正確動(dòng)作的前提?；诖耍榻B了測量及計(jì)量用電流互感器繞組、繼電保護(hù)用電流互感器繞組、電流互感器繞組暫態(tài)特性以及通過一起實(shí)際案例分析了繞組選取的方法。

電流互感器;繞組;繼電保護(hù);暫態(tài)

1　引言

電力系統(tǒng)的一次電壓比較高、電流比較大，而且運(yùn)行的額定參數(shù)不同，對(duì)一次系統(tǒng)進(jìn)行測量、控制的儀器儀表及保護(hù)裝置無法直接接入一次系統(tǒng)，一次系統(tǒng)的大電流需要經(jīng)過電流互感器進(jìn)行隔離，使二次繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和測量儀表能夠安全準(zhǔn)確地獲取電氣一次回路電流信息[1-5]。

正確的選擇和配置電流互感器型號(hào)、參數(shù)、繞組，將繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和測量儀表等接入合適的二次側(cè)，嚴(yán)格按技術(shù)規(guī)程與保護(hù)原理連接電流互感器二次回路，對(duì)繼電保護(hù)等設(shè)備正常運(yùn)行、確保電網(wǎng)安全意義重大[6-9]。

基于此，本文重點(diǎn)介紹了測量及計(jì)量用電流互感器繞組、繼電保護(hù)用電流互感器繞組、電流互感器繞組暫態(tài)特性以及通過一起實(shí)際案例分析了繞組選取的方法。

2　測量及計(jì)量用電流互感器繞組

在我國電力系統(tǒng)目前運(yùn)行的電流互感器中，測量及計(jì)量用電流互感器的準(zhǔn)確度等級(jí)分為0.1、0.2、0.5、1、3、5六個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這是一個(gè)相對(duì)誤差標(biāo)準(zhǔn)，其中0.1～1的四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的二次負(fù)荷在額定負(fù)荷的25%～100%間，3、5兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)其二次負(fù)荷在額定負(fù)荷的50%～100%間，否則準(zhǔn)確度不能滿足要求。如果應(yīng)用在負(fù)荷變化范圍大的系統(tǒng)中，且準(zhǔn)確度要求較高，一般選取經(jīng)補(bǔ)償?shù)?.2S和0.5S型電流互感器，該類型的互感器在1%～120%負(fù)荷范圍內(nèi)均能滿足準(zhǔn)確度要求。測量及計(jì)量用電流互感器除有準(zhǔn)確度要求外，還有角差要求。

3　繼電保護(hù)用電流互感器繞組

繼電保護(hù)用電流互感器繞組的準(zhǔn)確度要求一般沒有測量及計(jì)量用的高，其側(cè)重點(diǎn)不同，不僅要求在額定電流下誤差不超過規(guī)定值，而且要求在故障電流時(shí)也要有較高的變流特性，所以在故障電流下，誤差也不超過規(guī)定值。繼電保護(hù)用電流互感器的準(zhǔn)確性能要求可分為兩類：

(1)要求在給定短路電流下的復(fù)合誤差不超過規(guī)定值。P類及PR類電流互感器一般用εPM表示誤差等級(jí)，如5P15，其含義是在15倍額定電流下的短路電流時(shí)，其誤差滿足5%的要求，式中ε是準(zhǔn)確度等級(jí)，M是保證準(zhǔn)確度的允許最大短路電流倍數(shù)。在國標(biāo)中，規(guī)定了5P、10P兩個(gè)準(zhǔn)確度。

(2)要求對(duì)電流互感器的勵(lì)磁特性做出規(guī)定。適用于PX類電流互感器。

4　電流互感器繞組暫態(tài)特性

電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)都伴隨著電流迅速、大幅度的變化，故障電流中含有大量的直流分量與高次諧波分量，這種暫態(tài)過程在故障瞬間最為嚴(yán)重，并呈現(xiàn)衰減狀態(tài)，這就要求電流互感器要有較好的暫態(tài)特性，否則就無法準(zhǔn)確地進(jìn)行電流變換，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電流互感器飽和，引起保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)。不同容量的系統(tǒng)有不同大小的暫態(tài)過程，暫態(tài)過程的大小與持續(xù)時(shí)間是由系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)決定的。系統(tǒng)容量越大，時(shí)間常數(shù)就會(huì)越大，直流分量與高次諧波分量衰減就會(huì)越慢，故障電流的暫態(tài)過程就會(huì)越長。因此，系統(tǒng)容量越大，短路電流就會(huì)越大，導(dǎo)致暫態(tài)過程越嚴(yán)重，不同容量的系統(tǒng)要選取不同暫態(tài)特性的電流互感器。

通常情況下，P類電流互感器繞組僅考慮在穩(wěn)態(tài)故障電流下確保有規(guī)定的準(zhǔn)確度，TP類電流互感器繞組則能滿足暫態(tài)特性條件下規(guī)定的準(zhǔn)確度，兩類電流互感器繞組相比，TP類具有較好的抗飽和性能，一般在制造過程中通過增加鐵芯截面積或在鐵芯中加入非磁性間隙等方法來改變磁路特性。按照磁路改變程度，可分為TPS、TPX、TPY、TPZ四種等級(jí)的暫態(tài)型電流互感器繞組。

目前，500kV線路保護(hù)中，一般選用TPY級(jí)暫態(tài)電流互感器，此類電流互感器，在鐵芯中設(shè)置一定的非磁性間隙，實(shí)際非磁性間隙長度與鐵芯磁路長度比大于0.1%，剩磁通不超過飽和磁通的10%，由于限制了剩磁通，TPY級(jí)繞組適用于雙循環(huán)和重合閘情況，適用于帶重合閘的線路保護(hù)，但由于磁阻、儲(chǔ)能、磁通變化量的不同，因而二次回路的電流值較高且持續(xù)時(shí)間較長，不宜用于斷路器失靈保護(hù)。

5　繞組選取與實(shí)例分析

以一起實(shí)際案例來分析電流互感器繞組的選取方法：在某500kV變電站中，500kV設(shè)備采用二分之三接線方式，500kV母線、斷路器、電流互感器繞組分布如圖1所示，電流互感器繞組斷路器側(cè)為P1，從P1～P2依次為1S～8S，電流互感器繞組準(zhǔn)確級(jí)如表1所示。

表1　電流互感器繞組準(zhǔn)確級(jí)

圖1　電流互感器繞組分布示例

如圖1中所示的電流互感器繞組分布，計(jì)量裝置對(duì)電流準(zhǔn)確度要求最高，接0.2S的繞組，測量裝置回路可接0.5S的繞組。保護(hù)裝置對(duì)準(zhǔn)確度要求不高，保護(hù)用繞組應(yīng)根據(jù)繼電保護(hù)原理、繞組特性與保護(hù)范圍選擇接入位置，確保保護(hù)裝置不誤動(dòng)、拒動(dòng)，保護(hù)范圍沒有死區(qū)，5P15繞組是在15倍額定電流下的短路電流時(shí)，其誤差也不超過規(guī)定值，因此，斷路器保護(hù)接入此類繞組。

TPY級(jí)繞組適用于雙循環(huán)和重合閘情況，適用于帶重合閘的線路保護(hù)，在該500kV變電站中，線路保護(hù)與母線保護(hù)接入TPY級(jí)繞組。為確保保護(hù)范圍沒有死區(qū)，線路保護(hù)與母線保護(hù)范圍應(yīng)有交叉、重疊，線路保護(hù)接入第四個(gè)繞組，母線保護(hù)接入第五個(gè)繞組，如圖2所示，任意一點(diǎn)發(fā)生故障，都有保護(hù)可靠切除。

圖2　保護(hù)范圍有交叉示意圖

在該500kV變電站中，某500kV電流互感器在制造過程中，內(nèi)部二次繞組實(shí)際排序與產(chǎn)品銘牌不符，銘牌標(biāo)注從P2～P1依次為8S～1S，如表1所示，但電流互感器內(nèi)部實(shí)際布置為P2～P1依次為1S～8S。在繼電保護(hù)裝置二次回路接入時(shí)，按照設(shè)計(jì)，線路保護(hù)接入第四個(gè)繞組，母線保護(hù)接入第五個(gè)繞組，但由于電流互感器內(nèi)部二次繞組排反，導(dǎo)致線路保護(hù)與母線保護(hù)范圍沒有形成交叉。如圖3所示，在第四個(gè)繞組與第五個(gè)繞組之間發(fā)生故障時(shí)，既不在線路保護(hù)范圍內(nèi)，也不在母線保護(hù)范圍內(nèi)，故障只能靠遠(yuǎn)后備保護(hù)切除，擴(kuò)大停電范圍。

圖3　保護(hù)范圍無交叉示意圖

6　總結(jié)

電力系統(tǒng)電流互感器起到電氣隔離的作用，使二次設(shè)備能夠安全準(zhǔn)確地獲取電氣一次回路電流信息，正確的選擇、配置電流互感器繞組能夠確保測量及計(jì)量裝置準(zhǔn)確度、保護(hù)裝置正確動(dòng)作，有利于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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Characteristics and Configuration of Current Transformer Winding

LI Rong-jie，LI Can，QIAO Kai

(State Grid Shandong Electric Power Corporation Maintenance Company,Jinan 250000，China)

A current transformer of the electric power system plays a role of variable current and electrical isolation.It is the sensor of electric power system,such as measuring instrument,relay protection,etc.two times.Based on this,the paper introduces the measurement and measurement of the current transformer windings,relay protection with current transformer windings,current transformer winding transient characteristics,and through a practical accident case analysis of the winding selection method.

current transformer;winding;relay protection;transient

1004-289X(2016)01-0011-03

TM452

B

2015-11-25

厲榮杰(1978- )，本科，主要從事變電檢修管理的工作；

李璨(1989-)，男，碩士，主要從事二次檢修的工作；

喬凱(1986-)，男，本科，主要從事二次檢修的工作。