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摘 要：该文论述了电流互感器10%误差曲线的产生原因及现场应用励磁特性曲线进行10%误差曲线校核的方法。在现场继电保护整定中，具有一定的实际意义。
关键词：电流互感器；10%误差曲线；继电保护
中图分类号：[TM452] 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2013）-12-0258-01
10%误差曲线是保护用电流互感器的一个重要的基本特性。保护用电流互感器的工作特点不同于测量用电流互感器，它要求当电气设备发生事故时，启动相应的保护装置，切除故障设备。继电保护装置整定的动作电流通常比电气设备正常运行时的工作电流大几倍甚至几十倍，为了保证继电保护装置的正确动作，不因为饱和及误差带来拒动规程规定保护用电流互感器，在一次侧负载和一次电流为已知的情况下，电流互感器的电流误差不得超过10%。电流互感器10%误差曲线是指在电流误差为10%的条件下，一次电流对其额定电流的倍数M与电流互感器允许的二次负载的关系曲线。
一、电流互感器产生误差的原因
从电磁感应的工作原理上看，电流互感器为了正常工作所必须的激磁功率是产生误差的基本原因。不论电流倍数加大，或是二次负载增加，它们的结果都引起电流互感器感应电动势E2（E2=IoχZ2总，Z2总=Z2N+Z2W，Z2N是电流互感器自身二次绕组阻抗，Z2W是外电路二次负载）的升高，互感器的铁芯和二次绕组匝数W2制造时已定，E2的升高就是电流互感器铁芯中磁通密度和激磁功率的升高。电流互感器的激磁功率只能来自于它的电源侧——一次绕组。也就是说一次绕组电流有更多份额未能变换反映到二次电路中去，其结果是误差分量的扩大。特别在铁芯接近磁饱和时，稍升高E2，耗用的激磁功率就剧增，所以10%误差曲线是10%负误差曲线
1、电流互感器10%误差曲线
电流互感器LA1—10—400/5的10%误差曲线如图1，由曲线可看出，一次电流倍数越大，相应允许的二次负载越小。
2、励磁特性曲线
在运行单位或安装现场，测试电流互感器的10%误差曲线是很困难的，现场通常进行励磁特性曲线试验，并利用它的励磁特性曲线进行10%误差校核。励磁特性曲线试验的接线见图2。试验时，电流互感器一次绕组开路，从二次绕组通入50Hz交流电流，测得各电流值二次绕组端子上的电压值，即可绘出励磁特性曲线，见图3。
二、电流互感器二次负载校核计算
1、动作电流的取用
继电保护整定计算中，因根据保护用电流互感器10%的误差曲线进行二次负载的校核计算，校核计算取用的电流倍数M可分别情况考虑。
对一般的继电保护装置，可按最大整定动作电流，如采用I阶段动作电流至互感器额定电流的倍数，就是电流互感器的二次负载不可大于按这个倍数M从10%误差曲线上查得的对应的允许值。按最大整定动作电流校核合格的话，对最大短路电流来说，虽电流倍数更大，误差亦可能超过10%，但它的二次电流绝对值必定大于整定动作电流（二次值），所以不会影响保护装置的正确动作，故亦不需要按电器设备最大短路电流去校核10%误差曲线。至于按最大短路电流校核电流互感器的动、热稳定，还是必要的。对用于差动保护的电流互感器，一方面要求在保护范围区內故障时保护装置能可靠动作；另一方面，差动保护两端（对三点差动保护就是三端）电流互感器由于励磁特性的差异而产生差动回路的不平衡电流，在任何非区内故障情况下都不允许它引起差动保护误动作。电流倍数越大时，电流互感器特性的差异也越趋明显；当发生区外最大穿越性短路电流时不平衡电流最为严重。所以对差动保护，应按最大穿越性短路电流来校核各端电流互感器的10%误差曲线。
2、二次负载校核
根10%误差曲线校核电流互感器的二次负载，举例说明校核电流互感器容许二次负载的方法。
某变电所变压器差动保护10kV侧电流互感器型号是LA1—10—400/5，次级为星形接线，“D”级的10%误差曲线如图1。该变压器10kv侧最大穿越性短路电流为2875A。
计算穿越性故障电流对额定电流的倍数：
M=2875/400X1.5=10.8
式中：1.5是非周期分量系数
按M=10.8倍查图1的允许二次负载为0.95Ω。电流互感器二次侧负载为0.82Ω时，小于10%误差容许的0.95Ω，满足要求。
三、电流互感器10%误差曲线校核
1、实测校核
某用户变电所的变压器高压开关柜，应用电流互感器二次电流通过继电器GL—25/10常闭接点作交流脱扣器的旁路，构成交流操作的保护接线。电流互感器用两相不完全星形接法。机构是CT—8型弹簧操动机构，柜内电流互感器型号为LA1—10—200/5。变压器低压出口短路时，高压测故障电流928A。
继电器反时限元件整定动作电流考虑上、下级配合，取6A、1S（二倍动作电流）。GL—25/10速动元件动作电流：I=1.5x928x5/200=34.8A。取6倍速动。
利用励磁特性曲线进行10%误差校核。
实测电流互感器二次负载Z2w=2.1Ω（连脱扣器阻抗），查资料LA1—10—200/5自身二次绕组阻抗值为0.369Ω。
Z2总=Z2N+Z2W=0.369+2.1=2.469Ω
当速动元件动作时，动作电流36A，需要电流互感器提供的二次电势E2=36Ax2.469Ω=89V。由图3可见LA1—10—200/5的励磁饱和电势为60V，不可能提供89V电势；若要保证速动元件可靠动作，从满足10%误差的要求来看，即36Ax10%=3.6A，在图3上对应的励磁电压不能超出58V。校
核结果表明电流互感器不满足保护要求，也就是说在这种情况下，不能保证开关速动跳闸。
此时注意一点，与利用10%误差曲线校核电流互感器二次负载不同；在用励磁特性曲线和整定电流通过二次阻抗所必须的二次电势进行校核时，必须计入电流互感器自身的二次绕组阻抗。
2、采取的措施
在设计计算或现场校核中，为保证在故障情况下继电保护装置能正确可靠地动作，可采取以下一些方法：
（1）减少二次负载，如当电流互感器与保护装置之间的引接电缆较长时，可采用截面大一些的或双芯并作一相。
（2）选用较大变流比的电流互感器。采用较大变流比后，校核误差的一次电流值不变，对互感器一次额定电流的倍数M就较小了。
（3）电流互感器选型时采用10%误差曲线较高的产品，如LA1—10改用LDZ—10型，后者的曲线比前者高的多，
（4）高压电流互感器通常每台由二次互感器元件组成，若把它的二次级绕组串接使用，能提高容许二次负载值。
四、当电流互感器不满足10%误差要求时，应采取以下措施：
（1）改用伏安特性较高的电流互感器二次绕阻，提高代负荷的能力；
（2）提高电流互感器的变比，或采用额定电流小的电流互感器；以减小电流倍数m10；
（3）串联备用相同级别电流互感器二次绕组，使负荷能力增大一倍；
（4）增大二次电缆截面，或采用消耗功率小的继电器；以减小二次侧负荷Zfh；将电流互感器的不完全星形接线方式改为完全星形接 线方式；差电流接线方式改为不完全星形接线方式；改变二次负荷元件的接线方式，将部分负荷移至互感器备用绕组，以减小计算负荷。
（5）将电流互感器的不完全星形接线方式改为完全星形接线方式；差电流接线方式改为不完全星形接线方式；
（6）改变二次负荷元件的接线方式，将部分负荷移至互感器备用绕组，以减小计算负荷。
五、总结
以上论述说明，电流互感器10%误差曲线应用的研究对保护用的电流互感器的使用有着及其重要的意义。
关键词：电流互感器；10%误差曲线；继电保护
中图分类号：[TM452] 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2013）-12-0258-01
10%误差曲线是保护用电流互感器的一个重要的基本特性。保护用电流互感器的工作特点不同于测量用电流互感器，它要求当电气设备发生事故时，启动相应的保护装置，切除故障设备。继电保护装置整定的动作电流通常比电气设备正常运行时的工作电流大几倍甚至几十倍，为了保证继电保护装置的正确动作，不因为饱和及误差带来拒动规程规定保护用电流互感器，在一次侧负载和一次电流为已知的情况下，电流互感器的电流误差不得超过10%。电流互感器10%误差曲线是指在电流误差为10%的条件下，一次电流对其额定电流的倍数M与电流互感器允许的二次负载的关系曲线。
一、电流互感器产生误差的原因
从电磁感应的工作原理上看，电流互感器为了正常工作所必须的激磁功率是产生误差的基本原因。不论电流倍数加大，或是二次负载增加，它们的结果都引起电流互感器感应电动势E2（E2=IoχZ2总，Z2总=Z2N+Z2W，Z2N是电流互感器自身二次绕组阻抗，Z2W是外电路二次负载）的升高，互感器的铁芯和二次绕组匝数W2制造时已定，E2的升高就是电流互感器铁芯中磁通密度和激磁功率的升高。电流互感器的激磁功率只能来自于它的电源侧——一次绕组。也就是说一次绕组电流有更多份额未能变换反映到二次电路中去，其结果是误差分量的扩大。特别在铁芯接近磁饱和时，稍升高E2，耗用的激磁功率就剧增，所以10%误差曲线是10%负误差曲线
1、电流互感器10%误差曲线
电流互感器LA1—10—400/5的10%误差曲线如图1，由曲线可看出，一次电流倍数越大，相应允许的二次负载越小。
2、励磁特性曲线
在运行单位或安装现场，测试电流互感器的10%误差曲线是很困难的，现场通常进行励磁特性曲线试验，并利用它的励磁特性曲线进行10%误差校核。励磁特性曲线试验的接线见图2。试验时，电流互感器一次绕组开路，从二次绕组通入50Hz交流电流，测得各电流值二次绕组端子上的电压值，即可绘出励磁特性曲线，见图3。
二、电流互感器二次负载校核计算
1、动作电流的取用
继电保护整定计算中，因根据保护用电流互感器10%的误差曲线进行二次负载的校核计算，校核计算取用的电流倍数M可分别情况考虑。
对一般的继电保护装置，可按最大整定动作电流，如采用I阶段动作电流至互感器额定电流的倍数，就是电流互感器的二次负载不可大于按这个倍数M从10%误差曲线上查得的对应的允许值。按最大整定动作电流校核合格的话，对最大短路电流来说，虽电流倍数更大，误差亦可能超过10%，但它的二次电流绝对值必定大于整定动作电流（二次值），所以不会影响保护装置的正确动作，故亦不需要按电器设备最大短路电流去校核10%误差曲线。至于按最大短路电流校核电流互感器的动、热稳定，还是必要的。对用于差动保护的电流互感器，一方面要求在保护范围区內故障时保护装置能可靠动作；另一方面，差动保护两端（对三点差动保护就是三端）电流互感器由于励磁特性的差异而产生差动回路的不平衡电流，在任何非区内故障情况下都不允许它引起差动保护误动作。电流倍数越大时，电流互感器特性的差异也越趋明显；当发生区外最大穿越性短路电流时不平衡电流最为严重。所以对差动保护，应按最大穿越性短路电流来校核各端电流互感器的10%误差曲线。
2、二次负载校核
根10%误差曲线校核电流互感器的二次负载，举例说明校核电流互感器容许二次负载的方法。
某变电所变压器差动保护10kV侧电流互感器型号是LA1—10—400/5，次级为星形接线，“D”级的10%误差曲线如图1。该变压器10kv侧最大穿越性短路电流为2875A。
计算穿越性故障电流对额定电流的倍数：
M=2875/400X1.5=10.8
式中：1.5是非周期分量系数
按M=10.8倍查图1的允许二次负载为0.95Ω。电流互感器二次侧负载为0.82Ω时，小于10%误差容许的0.95Ω，满足要求。
三、电流互感器10%误差曲线校核
1、实测校核
某用户变电所的变压器高压开关柜，应用电流互感器二次电流通过继电器GL—25/10常闭接点作交流脱扣器的旁路，构成交流操作的保护接线。电流互感器用两相不完全星形接法。机构是CT—8型弹簧操动机构，柜内电流互感器型号为LA1—10—200/5。变压器低压出口短路时，高压测故障电流928A。
继电器反时限元件整定动作电流考虑上、下级配合，取6A、1S（二倍动作电流）。GL—25/10速动元件动作电流：I=1.5x928x5/200=34.8A。取6倍速动。
利用励磁特性曲线进行10%误差校核。
实测电流互感器二次负载Z2w=2.1Ω（连脱扣器阻抗），查资料LA1—10—200/5自身二次绕组阻抗值为0.369Ω。
Z2总=Z2N+Z2W=0.369+2.1=2.469Ω
当速动元件动作时，动作电流36A，需要电流互感器提供的二次电势E2=36Ax2.469Ω=89V。由图3可见LA1—10—200/5的励磁饱和电势为60V，不可能提供89V电势；若要保证速动元件可靠动作，从满足10%误差的要求来看，即36Ax10%=3.6A，在图3上对应的励磁电压不能超出58V。校
核结果表明电流互感器不满足保护要求，也就是说在这种情况下，不能保证开关速动跳闸。
此时注意一点，与利用10%误差曲线校核电流互感器二次负载不同；在用励磁特性曲线和整定电流通过二次阻抗所必须的二次电势进行校核时，必须计入电流互感器自身的二次绕组阻抗。
2、采取的措施
在设计计算或现场校核中，为保证在故障情况下继电保护装置能正确可靠地动作，可采取以下一些方法：
（1）减少二次负载，如当电流互感器与保护装置之间的引接电缆较长时，可采用截面大一些的或双芯并作一相。
（2）选用较大变流比的电流互感器。采用较大变流比后，校核误差的一次电流值不变，对互感器一次额定电流的倍数M就较小了。
（3）电流互感器选型时采用10%误差曲线较高的产品，如LA1—10改用LDZ—10型，后者的曲线比前者高的多，
（4）高压电流互感器通常每台由二次互感器元件组成，若把它的二次级绕组串接使用，能提高容许二次负载值。
四、当电流互感器不满足10%误差要求时，应采取以下措施：
（1）改用伏安特性较高的电流互感器二次绕阻，提高代负荷的能力；
（2）提高电流互感器的变比，或采用额定电流小的电流互感器；以减小电流倍数m10；
（3）串联备用相同级别电流互感器二次绕组，使负荷能力增大一倍；
（4）增大二次电缆截面，或采用消耗功率小的继电器；以减小二次侧负荷Zfh；将电流互感器的不完全星形接线方式改为完全星形接 线方式；差电流接线方式改为不完全星形接线方式；改变二次负荷元件的接线方式，将部分负荷移至互感器备用绕组，以减小计算负荷。
（5）将电流互感器的不完全星形接线方式改为完全星形接线方式；差电流接线方式改为不完全星形接线方式；
（6）改变二次负荷元件的接线方式，将部分负荷移至互感器备用绕组，以减小计算负荷。
五、总结
以上论述说明，电流互感器10%误差曲线应用的研究对保护用的电流互感器的使用有着及其重要的意义。