浅析电流互感器的准确度等级对电网设备安全的影响


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摘 要:电流互感器是电网中常用的电力设备,按其作用可分为测量用电流互感器和保护用电流互感器,本文对这两类电流互感器不同准确等级的特性进行分析,阐述了不同准确度等级的适用范围及不同准确度等级混用对电网设备安全的危害。

关键词:电流互感器 准确度等级

中图分类号:TM452 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)02(a)-0145-01

1 电流互感器准确等级的含义

准确级是指在规定的二次负荷变化范围内,一次电流为额定值时的最大电流误差。准确度等级中含S的电流互感器,在1.2倍负荷范围内具有较高的精度,通常取5个负荷点测量其误差小于规定的范围,不含S的则取4个负荷点测量其误差小于规定的范围。

1.1 测量用电流互感器

0.2级、0.2S、0.5、0.5S等级都属于测量用电流互感器,其区别在于负荷较小时,同等级下带S级比不带S级有更高的测量精度;主要是用于负荷变动范围比较大,而有些时候几乎空载的场合。

在实际负荷电流小于额定电流的30%时,0.2S级的综合误差明显小于0.2级电流互感器。

1.2 保护型用电流互感器

保护用电流互感器按用途分为稳态保护用(P)和暂态保护用(TP)两类。两者有着不同的电流特性,适用于不同情况。

当电力系统发生短路,暂态电流流过电流互感器时,在互感器内产生一个暂态过程。如不采取任何措施,电流互感器铁芯很快趋于饱和。特别是在装有重合闸的线路上,在第一次故障造成的暂态过程尚未衰减完毕的情况下,再叠加另一次短路的暂态过程,由于电流互感器剩磁的存在,有可能使铁芯更快的饱和。其结果是电流互感器传变电流信息的误差增大,这可能导致保护误动或拒动,对电网设备的安全造成危害。

稳态保护用电流互感器的准确级常用的有5P和10P。保护级的准确级是以额定准确限值一次电流下的误差标称的。额定准确限值一次电流即一次电流为额定一次电流的倍数。

(1)TPX级电流互感器。

TPX级电流互感器环形铁芯中不含气隙,因此并不限制剩磁,在额定电流和负载下,其电流误差不超过±5%,相位差不超过±30度,在短路过程中,在电流互感器额定准确级范围内,其瞬间最大电流误差不超过额定二次对称短路电流峰值的5%,电流过零时相位差不超过3度。当电流互感器达到饱和时切断一次电流,则二次电流由饱和状态快速降低到剩磁水平,因此适用于对保护复归时间要求严格的断路器失灵保护的电流起动元件,同时这类电流互感器励磁阻较高,汲出电流小,适用于电流互感器并接的场合。

(2)TPY级电流互感器。

TPY级电流互感器环形铁芯中带小气隙,气隙宽度约为磁路总长度的0.05%,磁路中存在气隙则铁芯很难达到饱和态,这就使得直流分量便于快速衰减。在额定电流和负荷下,其电流误差不大于±1%,相位差不超过±1度,在短路过程中,在电流互感器额定准确级范围内,瞬时最大电流误差小于额定二次短路电流峰值的7.5%,电流过零时相位差小于4.5度。

TPY级暂态型互感器通常用于500 kV线路的保护。220 kV电力系统的时间常数通常小于60 ms,而500 kV电力系统的时间常数在80 ms~200 ms范围内,相对于220 kV系统时间常数增大,于是其短路电流非周期分量的衰减时间和暂态持续时间也增长,同时系统容量增大,短路电流的幅值也相对较大。

(3)TPZ级电流互感器。

TPZ级电流互感器环形铁芯中的气隙较TPY级大,气隙长度约为磁路总长度的0.1%,由于气隙较大使铁芯难以饱和,特别适合用于快速重合闸。磁路气隙大,则剩磁极小,基本上可忽略,铁芯磁化曲线线性度好,二次回路时间常数小,能够有效地传变交流分量。

2 不同准确级电流互感器混用带来的危害

如图1所示的是相同变比互感器的2个绕组,曲线1是5P10级保护用绕组的一、二次电流关系曲线,曲线2是0.5级测量用绕组的一、二次电流关系曲线,b、B点分别是电流互感器的额定一、二次电流值。从图中可以明显看到,随着一次侧电流的增大测量用绕组较早到达饱和,从而保护二次设备不受损害。而保护绕组不易饱和,保护绕组不易饱和,当线路发生短路时,一次侧的电流线性地变换成二次电流,通往保护测量元件,使得相应的保护动作,切除故障部分。

(1)0.5级绕组当作5P10级绕组使用。

如果在实际应用中把0.5级的测量绕组当作5P10级保护级绕组使用,系统发生短路,测量绕组铁心较快进入饱和状态,铁心饱和后无论一次电流增大多少,二次电流基本保持不变,无法正确反应一次侧电流,使保护无法正确动作,从而可能导致事故的扩大。

(2)5P10级绕组当作0.5级绕组使用。

如果将电流互感器的5P10级保护级绕组当作0.5级测量绕组使用,在正常运行条件下

将导致测量用电流互感器的误差增大, 因为保护用绕组本身在其二次额定电流下对误差的要求不高;另一方面,当系统发生短路时,保护绕组的铁心不容易达到饱和状态,于是二次电流将不断随一次电流增大,最终造成电流互感器二次设备的损坏。

(3)0.5级和5P10级二次绕组当作TPY级绕组使用。

如果将电流互感器的0.5级和5P10级二次绕组当作TPY级绕组使用,则该绕组失去了暂态特性,无法正常工作,可能产生误判导致保护误动或拒动。如果将电流互感器的TPY级二次绕组当作0.5级绕组使用,其对0.5级的影响同样是会产生较大的测量误差。

3 结语

通过对电流互感器几种常见准确等级绕组特性的阐述和分析,加深对各准确等级应用的理解,同时通过图例,分析了混用准确等级可能对电网安全造成的危害,为今后正确地应用互感器各个绕组积累了经验。

参考文献

[1] 王晓琪,郭克勤,姚敏.剩磁对电流互感器准确级的影响[J].变压器,1996(6):5-9.

[2] 袁季修,盛和东.电流互感器的暂态饱和及应用计算[J].继电器,2002,30(2).