继电保护电流回路误差的分析计算

叶英

摘 要：主要探讨了继电保护电流回路的误差分析计算，介绍了电流互感器的原理，系统阐述了电流回路误差的影响因素，并研究了二次负载在实际中的分析计算，以期为相关单位提供参考和借鉴。

关键词：继电保护；电流回路；磁导率；二次线圈

中图分类号：TM773 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.097

继电保护在电力系统的安全、稳定运行中发挥着重要的作用，而继电保护又取决于二次电流采样。但在二次电流的实际采样中，由于电流互感器自身具有的特性和二次回路阻抗等因素，导致实际采样中存在一定的误差。因此，为了保障二次电流采样的准确性，我们需要对误差进行分析和计算。

1 电流互感器的原理

根据《电流互感器》（GB 1208—2006）中的定义：电流互感器（Current Transformer）是指一种在链接方法正确时相位差接近0，且在正常使用条件下一次电流与二次电流成正比的互感器。

2 电流采样误差的影响因素

2.1 电流互感器的内部因素

电流互感器的内部因素主要包括线圈匝数、二次线圈内阻和漏抗、铁心损耗、磁导率和铁心截面。

2.2 二次回路负载误差

2.2.1 二次回路负载误差的计算方法

电流互感器的额定输出容量是指在额定的一次电流、变比的前提下，且满足准确级的要求时，二次回路能够承受的最大负载。电流互感器的二次负载一般用阻抗表示：

Zb=Sb/IN2. （1）

式（1）中：IN为电流互感器的额定二次电流；Zb为示抗阻；Sb为容量。

而电流互感器的二次负载可由下式计算获得：

Z2=ΣKmZm+KlZl+Zc. （2）

式（2）中：Z2为电流互感器的二次负载；Km为二次设备的阻抗换算系数；Zm为二次设备的阻抗；Kl为连接导线的阻抗换算系数；Zl为连接导线的单程阻抗；Zc为接触电阻，通常取0.05～0.10 Ω。

2.2.2 二次回路负载的满足条件

对于计量测量用的电流互感器而言，由于电流互感器的二次线圈存在一定的阻抗，所以，在调整误差前，电流误差为负值。只有在采取误差补偿措施后，才有可能出现正值的电流误差。厂家在调整互感器的误差时，大多数是以60%负荷点为零点。调整后的电流互感器误差与二次负载的关系如图1所示。

从图1中可以看出，当忽略不计Z2的数值时，比值误差和角度误差均存在正偏差；当二次负载Z2增大，比值误差减小，角差正向增加；到达60%负荷点左右时，比值误差的绝对值为0；

随着二次负载的继续增加，比值误差的绝对值反向增加。对于测量计量用的电流互感器而言，应考虑负荷电流等因素的影响，25%≤Z2≤100%可作为电流互感器二次负荷是否合理的判断依据。

而保护用的电流互感器的准确度等级要求一般没有测量用的高。当电力系统发生短路故障时，流过电流互感器的电流可能比额定电流大很多倍。当一次电流I1增加到一定程度时，铁芯饱和，二次电流I2不再随一次电流线性变化，进而会影响电流值的测量，且对保护功能产生影响。因此，对于保护用的电流互感器而言，应考虑大电流时的准确度问题，即满足电流互感器10%倍数曲线计算。此外，电流互感器的变比误差还与二次负载有关。为了便于计算，制造厂对每种电流互感器提供了在m10下允许的二次负载阻抗值Zen.

3 二次负载在实际中的分析计算

电流互感器的二次负荷包括二次侧的电缆阻抗、二次设备阻抗和接触电阻。二次负荷直接关系着CT的运行工况和二次负载对电流采样的结果。

取额定电流5 A左右的数值计算得到A相保护绕组电流回路的电阻值为2.56 Ω，而B，C两相测得电阻值数值相近，分别为0.89 Ω和0.83 Ω。

电流二次回路采用4 mm2的四芯铜电缆，接线结构为：电流互感器二次绕组在现场断路器端子箱汇总后，接至就地继保室，形成应线路保护屏，再从线路保护屏串联至110 kV故障录波器，从而构成完整的电流二次回路。

经测量，电流互感器接线抽头至断路器端子箱电缆的长度约为4 m，现场断路器端子箱至线路保护屏电缆的长度为70 m，线路保护屏至故录屏电缆的长度为12 m（经电缆沟走线，并考虑了电缆的预留长度，实际电缆长度大于直线距离，测量结果均按照施工记录或预估所得）。

现场电流二次回路通流的方式为：在电流互感器二次抽头S1，S2处利用电流单相设备通过一定的电流，再利用万用表测出电压值，从而计算得到电流回路阻抗。二次电流回路电阻的计算公式为：

Z≈2Zl1+2Zl2+Zm1+Zm2+Zc. （3）

式（3）中：Z为二次电流回路电阻；Zl1为电流互感器二次抽头至保护装置电缆的阻抗；Zl2为保护装置至故障录波器电缆的阻抗；Zm1为保护装置小型互感器的阻抗；Zm2为故障录波器小型互感器的阻抗；Zc为接触电阻。

测量电流互感器二次绕组直流电阻R2，以近似代替其二次绕组阻抗Z2。以下分析均采用电阻值代替阻抗，得到Zm1≈0.015 Ω，Zm2≈0.020 Ω，则：

Zc=Z-（Zm1+Zm2+2×Z1）. （4）

进而可计算得到A相的接触电阻为：Zc（A）=2.56-（0.020+0.015+2×0.376）=1.773 Ω。

同理，可得出Zc（B）=0.103 Ω，Zc（C）=0.043 Ω。结

合式（2）可知，单向接地故障时的二次负载最大，Kl=2，Km=1，

则计算公式为：

Z2=Zm1+Zm2+2Zl+Zc. （5）

将各相接触电阻的实际值代入式（5），计算得到此时的A相二次负载为：Z2（A）=2.56 Ω，B，C相二次负载分别为0.89 Ω和0.83 Ω。

根据检查厂家提供的电流互感器10%误差曲线数值，得出其允许二次负载Zen=2 Ω。此时，B，C相二次负载满足要求，而A相二次负载Z2（A）>Zen，无法满足实际阻抗必须小于最大阻抗的条件，进而无法使用。

考虑到三相和两相短路的情况时，Kl=Km=1，计算得出B，C相二次负载降低至0.514 Ω和0.454 Ω，可满足条件，而A相二次负载Z2（A）=2.184 Ω，仍然不满足使用条件。

基于上述A相二次负载不满足额定负载的情况，并结合式（5）可以看出，影响二次负载的因素主要有二次电缆的阻抗、线路保护装置和故障录波器小互感器的阻抗、接触电阻。现场施工人员选取了100 m的二次铜电缆，经比较理论计算值与实测值后发现，两者误差<5%，且各相线路保护装置的阻抗Zm1与故障录波器的阻抗Zm2近似相等。因此，确定导致A相二次阻抗偏大的影响因素主要为接触电阻。

接触电阻主要存在于电流互感器二次抽头螺母与铜电缆咬合、断路器端子箱、线路保护装置屏与故障录波器屏电缆经端子排转接、电流端子的连接片等处。因此，检查了电缆压皮的情况、紧固了电流端子、更换了老旧的电流端子和对电流互感器二次抽头进行了除锈等。

4 结束语

综上所述，为了确保继电保护的质量，我们需要做好二次电流的采样工作，并分析计算采样过程中的误差。

参考文献

[1]李振宇.浅析继电保护中电流回路极性的重要性[J].商品与质量，2011（SA）.

[2]陈芳洁，陈辉，杨宝玉.继电保护二次电流回路监测的研究[J].科技创新导报，2014（13）.

〔编辑：张思楠〕