保护用电流互感器准确级选择的探讨

保护用电流互感器准确级选择的探讨

2004-05-14 自动采集

摘要分析了由于保护用互感器铁心非线性特性，当互感器一次侧电流很大时，二次侧电流未能按线成互感器复合误差。同时介绍了准确级和准确级限值的概念，并在此基础上，结合工程实例对保护用互感结果满足要求。

关键词保护用电流互感器准确级选择

1 问题的提出

保护用电流互感器(TA)主要与继电保护装置配合，在线路发生短路过载等故障时，向继电装置提供信电路，保护电力系统的安全。它的工作条件与测量用互感器完全不同，后者正常一次电流工作范围有合适可，当通过故障短路电流时，希望互感器尽早饱和，以保护测量仪表不受短路电流损害。而前者在比正常或几十倍电流时才开始工作，其误差(电流和相位误差)要求在误差曲线范围内，而同时考核电流误差和相合误差。

保护用TA一次电流i1较小时，二次电流i2线性变化；当i1增大到一定时，互感器铁心中的磁密很高材料的非线性，励磁电流i0中高次谐波含量很大，波形呈尖顶形，与正弦波相去甚远，即使il是理想的也不是正弦的(其波形见图l)。

非正弦小波不能用相量图分析，需采用复合误差的（概念分析)，这使i0迅速增大，相当于部分i1未能转与i1不再成正比变化，从而增加TA误差。

当电力系统发生短路故障而引起继电保护动作时，短路电流i很大，一般为额定电流的10几倍，使误差保护装置的灵敏性和选择性。

另外，从原理上讲，TA本身是个特殊的变压器，变压器都有在额定负荷下运行的要求。因此，如TA 超过其额定二次负荷值，同样会增加其误差。

2 解决的思路

如上所述，TA误差不可避免，其大小与TA铁心励磁特性及二次侧负荷有关。

要控制好这个误差，须处理TA所在位置最大故障i、该电流与额定i1的比值、额定电流比及额定二次因此需准确了解准确级及与其相关的准确级限值、额定电流比和额定负荷的概念。要解决此问题，就要根实际情况选择合适的准确级。

对保护用TA，准确级以该级在额定准确限值i1下的最大允许复合误差的百分数标称，其后标以字母[1]，它实际上是人为规定的TA制造的误差等级要求。准确限值系数指能满足复合误差要求的i1max与值。额定电流比则指额定i1与i2的比值。额定负荷是确定互感器准确级所依据的二次负荷值[1]。

在早期国家标准《电流互感器》(GBl208-75)中规定，TA保护准确级为B和D级。在选择保护用TA准校验10％误差曲线，以保证在短路时电流误差不超过规定值[2]。目前新版中规定准确级为5P和10P，分定准确限值i1时的复合误差限值为5%、10%；其准确限值系数标准值系列为5、10、15、20、30等，表障下，若短路电流i与额定i1，相比的倍数小于该值，则误差控制在准确级范围内。

因此，得到2个结论：1)选择保护用TA的准确级须同时选择准确限值系数，如5P20及1 200／5A，额定i1,即≯20×1 200＝24 kA范围之内时，复合误差≯5%；2)选择双方向，即可根据已给定的ilmax、二10％误差曲线，准确限值系数，选择额定电流比；也可根据给定的i1max、额定电流比和10％误差曲线选系数，根据10％误差曲线选择额定二次负荷和二次电缆截面。

在稳态运行时，TA二次负荷应满足10%误差曲线的要求，只要TA二次实际负荷<10％误差曲线允许

测量误差在10%以内。二次负荷越大，铁心越容易饱和。图2为该曲线P级铁心准确限值系数与二系。

3 实例说明

某110kV变电站110kV母线i1max25 kA，TA二次侧负荷40 V A。

首先根据继电保护装置的要求，保护用TA的稳态误差≯10％[3]，根据工程建设控制设备造价选择准根据实例查图2曲线，得到准确限值系数为24。根据ilmax。为25kA除以准确限值系数得到1042A。考值系数应尽量

浅谈降低电能计量装置综合误差

黄冰广东省潮州电力工业局 (521000)

电能是一种商品，电能计量装置则是一把秤，它的准确与否，直接关系到供用电双方的经济利益。所以，我们应该最大限度降低电能计量装置综合误差，做到公正合理计费。下面略谈如何降低电能计量装置综合误差。

1 电能计量装置分析及存在问题

电能计量装置包括电能表、互感器、二次接线三部分，其误差亦由这三部分的误差组成，统称为综合误差，即为电能表误差、互感器合成误差、电压互感器二次导线压降引起的误差三者的代数和。可以用下式表示：

γ=γb+γh+γd

式中γb--电能表的相对误差，%

γh--互感器合成误差，%

γd--电压互感器二次导线压降引起的误差，%

在实际的计量装置中，除了电能表的误差γb可以在负荷点下将其误差调至误差最小，其他的计量装置误差均与实际二次回路的运行参数有关。要降低计量综合误差γ，则在新投运和改造的计量装置选型上，要求电能表、互感器都必须符合《电能计量装置技术管理规程》要求，按负荷类别选取适当的准确度等级，并在投产前做好各项测试工作，在以后的运行管理中，还要根据规程规定进行周期检定和轮换制度。电流互感器、电压互感器的合成误差在额定二次负荷范围内均可用准确度来控制。而电压互感器二次导线压降所造成的误差，在综合误差中也占有相当的比例，可以通过电能表、互感器的合理选择来补偿，从而降低计量装置的综合误差。

(1) 电能表选型及使用不当引起的误差：

①为了保证电能计量装置准确地测量电能，必须按照有关规程要求，合理选择电能表的型式、电压等级、基本电流、最大额定电流以及准确度等级。对于月平均用电量在100万kW．h以上的Ⅱ类高压计费用户，应采用0.2级的电压、电流互感器，0.5级的有功电能表及2.0级无功电能表。在实际运行中，若用户的负荷电流变化幅度较大或实际使用电流经常小于电流互感器额定一次电流的30%，长期运行于较低载负荷点，会造成计量误差，应采用宽负载电能表。

②用三相三线电能表测量三相四线电能将引起附加误差。由于三相负载不平衡，中性点普遍有电流存在，而Ib=In-Ia-Ic所以，缺少电流Ib所消耗的功率，引起附加误差。

(2) 电流互感器选用不当引起的误差：

①电流互感器二次容量的选择。接入电流互感器的二次负荷包括电能表电流线圈阻抗、外接导线电阻、接触电阻。所以，在选择电流互感器时，应从三方面考虑二次容量大小，通过选用电流回路负荷阻抗较小的表计，如电子式电能表来满足二次容量的要求，必要时还可利用降低外接导线电阻的方法。

②由于一次电流通过电流互感器一次绕组时，要使二次绕组产生感应电动势，必须消耗一部分电流I0来励磁，使铁芯产生磁通。电流互感器的误差是由铁芯所消耗的励磁安匝引起的。

电流互感器误差取决于互感器的比差、角差，而比差、角差又与外接负载阻抗Zb、铁芯导磁率μ、铁芯阻抗角α，铁芯损耗电量角φ有关。由互感器电流特性曲线(图1)、负荷特性曲线(图2)和误差特性表(表1)可见，二次负荷要控制在25%～100%之间，一次电流为其额定值60%左右，至少不得低于30%，才能使电流互感器运行在最优状态，从而降低电流互感器误差。

表1 电流互感器误差特性表

(3) 电压互感器二次导线压降引起的误差：

电压互感器的负载电流通过二次连接导线及串接点的接触电阻时会产生电压降，这样加在负载上的电压就不等于电压互感器二次线圈电压，因此产生计量误差。根据《电能计量装置技术管理规程》DL448-2000规定，对于Ⅰ、Ⅱ类计费电能计量装置，电压互感器的二次压降不大于额定二次电压的0.2%，其他计量装置，则应不大于额定电压的0.5%。

2 降低电能计量装置综合误差的措施

(1) 根据计量规程要求，完善计量装置设置：

①选择高精度、稳定性好的多功能电能表。由于电子技术的发展，现在多功能电子表已日趋完善，其误差较为稳定，且基本呈线性。一只多功能电子表可同时兼有正、反向有功，正、反向无功

四种电能计量和脉冲输出、失压记录、追补电量等辅助功能，且过载能力强、功耗小。对Ⅰ、Ⅱ类用户应采用全电子式电能表。

②根据电流、电压互感器的误差，合理组合配对，使互感器合成误差尽可能小。配对原则是尽可能配用电流互感器和电压互感器的比差符号相反，大小相等，角差符号相同，大小相等。这样，互感器的合成误差基本可以忽略，只需根据互感器二次压降误差配合电能表本身误差作调整，便可最大限度降低计量装置综合误差。

③电压互感器二次导线的选择。根据互感器二次回路的实际情况选择二次导线的截面和长度。在一定负载下，给定电缆截面面积，在规定电压降下，给定导线长度，导线截面积至少不少于

2.5mm2。

④电流互感器二次回路导线截面积最小值为4mm2，且中间不得有接头，导线经转动部分处应留有足够的长度。在投产前，必须测量电流、电压互感器的实际二次负荷，使之在互感器标定的额定负荷之内。

⑤对35kV以上的计费用电压互感器二次回路，应不装设隔离开关辅助触点，但可装设熔断器，对35kV及以下的计费用电压互感器二次回路，应不装设隔离开关辅助触点和熔断器。电流、电压回路应设专用二次回路，不与保护、测量同回路。

(2) 采用正确的计量方式，减少计量误差：

①对接入中性点绝缘系统的电能计量装置，应采用三相三线制电能表，其2台电流互感器二次绕组宜采用四线连线；对三相四线制的电能计量装置，其3台电流互感器二次绕组与电能表之间宜采用六线边线。如采用四线连接，若公共线断开或一相电流互感器极性相反，会影响计量，且进行现场检验时，采用单相法每相电流互感器二次负载电流与实际负载电流不一致，给测试工作带来困难，且造成测量误差。

②对计费用高压电能计量装置应装设失压计量器，及时读取失压记录，作为计量人员追补电量的依据。

(3) 合理选择电流互感器变比：

要求正常负荷电流在电流互感器额定电流的60%左右，对季节性用电的用户应采用二次绕组具有抽头的多变比电流互感器。

(4) 采用电压误差补偿装置：

如果电压互感器二次回路的负荷导纳变化范围不大，可采用电压误差补偿器，补偿二次导线电压引起的比差和角差。

(5) 开展计量装置综合误差分析：

把投产前电流、电压互感器合成误差、电压互感器二次回路压降误差通过计算形成数据表，在每次的周期校验时，都可以对照各项数据配合电能表进行调整，使计量综合误差达到最小。同时，按规程规定做好电能表、互感器、电压互感器进行周期检验和轮换工作。