電流互感器正確級(jí)選擇
1 問題的提出
保護(hù)用電流互感器(TA)主要與繼電保護(hù)裝置配合,在線路發(fā)生短路過載等故障時(shí),向繼電裝置提供信號(hào)切斷故障電路,保護(hù)電力系統(tǒng)的安全。它的工作條件與測(cè)量用互感器完全不同,后者正常一次電流工作范圍有合適的準(zhǔn)確度即可,當(dāng)通過故障短路電流時(shí),希望互感器盡早飽和,以保護(hù)測(cè)量?jī)x表不受短路電流損害。而前者在比正常電流大幾倍或幾十倍電流時(shí)才開始工作,其誤差(電流和相位誤差)要求在誤差曲線范圍內(nèi),而同時(shí)考核電流誤差和相位差時(shí)用復(fù)合誤差。
保護(hù)用TA一次電流i1較小時(shí),二次電流i2線 性變化;當(dāng)i1增大到一定時(shí),互感器鐵心中的磁密很高。由于鐵磁材料的非線性,勵(lì)磁電流i0中高次諧波含量很大,波形呈尖頂形,與正弦波相去甚遠(yuǎn),即使il是理想的正弦波,i2也不是正弦的。
非正弦小波不能用相量圖分析,需采用復(fù)合誤差的(概念分析),這使i0迅速增大,相當(dāng)于部分i1未能轉(zhuǎn)換成i2,i2與i1不再成正比變化,從而增加TA誤差。
當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障而引起繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí),短路電流i很大,一般為額定電流的10幾倍,使誤差增大,危及保護(hù)裝置的靈敏性和選擇性。
另外,從原理上講,TA本身是個(gè)特殊的變壓器,變壓器都有在額定負(fù)荷下運(yùn)行的要求。因此,如TA二次側(cè)負(fù)荷超過其額定二次負(fù)荷值,同樣會(huì)增加其誤差。
2 解決的思路
如上所述,TA誤差不可避免,其大小與TA鐵心勵(lì)磁特性及二次側(cè)負(fù)荷有關(guān)。
要控制好這個(gè)誤差,須處理TA所在位置最大故障i、該電流與額定i1的比值、額定電流比及額定二次負(fù)荷的關(guān)系。因此需準(zhǔn)確了解準(zhǔn)確級(jí)及與其相關(guān)的準(zhǔn)確級(jí)限值、額定電流比和額定負(fù)荷的概念。要解決此問題,就要根據(jù)變電站的實(shí)際情況選擇合適的準(zhǔn)確級(jí)。
對(duì)保護(hù)用TA,準(zhǔn)確級(jí)以該級(jí)在額定準(zhǔn)確限值i1下的最大允許復(fù)合誤差的百分?jǐn)?shù)標(biāo)稱,其后標(biāo)以字母"P"表示保護(hù)[1],它實(shí)際上是人為規(guī)定的TA制造的誤差等級(jí)要求。準(zhǔn)確限值系數(shù)指能滿足復(fù)合誤差要求的i1max與額定i1的比值。額定電流比則指額定i1與i2的比值。額定負(fù)荷是確定互感器準(zhǔn)確級(jí)所依據(jù)的二次負(fù)荷值[1]。
在早期國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電流互感器》(GBl208-75)中規(guī)定,TA保護(hù)準(zhǔn)確級(jí)為B和D級(jí)。在選擇保護(hù)用TA準(zhǔn)確級(jí)時(shí),應(yīng)校驗(yàn)10%誤差曲線,以保證在短路時(shí)電流誤差不超過規(guī)定值[2]。目前新版中規(guī)定準(zhǔn)確級(jí)為5P和10P,分別表示在額定準(zhǔn)確限值i1時(shí)的復(fù)合誤差限值為5%、10%;其準(zhǔn)確限值系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值系列為5、10、15、20、30等,表示在短路故障下,若短路電流i與額定i1,相比的倍數(shù)小于該值,則誤差控制在準(zhǔn)確級(jí)范圍內(nèi)。
因此,得到2個(gè)結(jié)論:1)選擇保護(hù)用TA的準(zhǔn)確級(jí)須同時(shí)選擇準(zhǔn)確限值系數(shù),如5P20及1 200/5A,表示i≯20倍額定i1,即≯20×1 200=24 kA范圍之內(nèi)時(shí),復(fù)合誤差≯5%;2)選擇雙方向,即可根據(jù)已給定的ilmax、二次負(fù)荷值和10%誤差曲線,準(zhǔn)確限值系數(shù),選擇額定電流比;也可根據(jù)給定的i1max、額定電流比和10%誤差曲線選擇準(zhǔn)確限值系數(shù),根據(jù)10%誤差曲線選擇額定二次負(fù)荷和二次電纜截面。
在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí),TA二次負(fù)荷應(yīng)滿足10%誤差曲線的要求,只要TA二次實(shí)際負(fù)荷<10%誤差曲線允許的負(fù)荷,其測(cè)量誤差在10%以內(nèi)。二次負(fù)荷越大,鐵心越容易飽和。
3 實(shí)例說明
某110kV變電站110kV母線i1max25 kA,TA二次側(cè)負(fù)荷40 VA。
首先根據(jù)繼電保護(hù)裝置的要求,保護(hù)用TA的穩(wěn)態(tài)誤差≯10%[3],根據(jù)工程建設(shè)控制設(shè)備造價(jià)選擇準(zhǔn)確級(jí)為10P。根據(jù)實(shí)例查圖2曲線,得到準(zhǔn)確限值系數(shù)為24。根據(jù)ilmax。為25kA除以準(zhǔn)確限值系數(shù)得到1042A??紤]到準(zhǔn)確限值系數(shù)應(yīng)盡量<l0%誤差曲線上對(duì)應(yīng)的二次負(fù)荷數(shù)值的因素,取額定il為1250A。