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保护用电流互感器

2014-8-12 9:56:57      点击:
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,向继电装置提供信号切断故障电路,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的准确度即可,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。而前者在比正常电流大几倍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位差时用复合误差。
     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。由于铁磁材料的非线性,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是理想的正弦波,i2也不是正弦的。 
     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未能转换成i2,i2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,使误差增大,危及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二次侧负荷超过其额定二次负荷值,同样会增加其误差。 
     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负荷的关系。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,就要根据变电站的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"P"表示保护,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与额定i1的比值。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。
    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准确级时,应校验10%误差曲线,以保证在短路时电流误差不超过规定值。目前新版中规定准确级为5P和10P,分别表示在额定准确限值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,表示在短路故障下,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,表示i≯20倍额定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、二次负荷值和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%误差曲线选择准确限值系数,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%误差曲线允许的负荷,其测量误差在10%以内。二次负荷越大,铁心越容易饱和。
    某110kV变电站110kV母线i1max25 kA,TA二次侧负荷40 VA。
    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确级为10P。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。考虑到准确限值系数应尽量l为1250A。
关于电流互感器额定一次电流的选择,对于计量、测量和保护,应该选取不同的额定电流。
    计量和测量用的主要精度有:0.2,0.5,0.2S,0.5S
    对于前两者,精度要求是分别在额定电流的5%,20%,100%,120%下的,其它点的要求应该在这几个点的连线以下。
    对于后两个,精度要求是分别在额定电流的1%,5%,20%,100%,120%下的,其它点的要求应该在这几个点的连线以下。
    因此,选取原则应该是:在一段时期内,需要关注的电流最小,最大值的范围,然后选取合适的一次电流,同时根据其它要求选取精度、负荷等参数。对于长期后的扩容,通过理论预测及计算后类似解决,就可以得到另外一个一次电流。
对于保护线圈:
    普通保护线圈,额定电流可以选取的大一些,毕竟,保护线圈在额定电流下的输出,是不怎么关注的。关键是看其在要求的保护电流下的反映。这样操作时,保护线圈也比较好作一些,成本也会下降一些。比如,你要作100/5,5P30,30VA,内径300mm的二次保护线圈,可能是很难作到的,即使做到,其尺寸重量可能也太难以令人接受。同样,如果作300/5,5P10,30VA,内径300mm,其难度就会降低很多,实现起来也会容易很多。
    对于,用作差动保护的线圈,其相关参数最好和另一侧的一致。同时,如果是两侧都是新建,最好用一个厂家的,否则,应该提供另一侧差动保护线圈的伏安特性,本侧线圈的伏安特性应该要求与另侧基本吻合。
1、实际上,现在的微机保护装置的功耗应该是非常小的,对于电流互感器而言,主要的负载应该是信号电缆的电阻值和接触电阻等。比如:二次5A的CT,如果距离控制室100m,采用4平方的线(每千米约4.5欧),则,线路上电阻就为:2×0.1×4.5=0.9欧,线路的损耗就达到了:22.5VA,很厉害的。
    2、准确限值系数主要是看过电流的能力,即,在多少倍的额定一次电流下,要求其复合误差不得大于10%(10P),或5%(5P)。选择容量时,对其不需要过多的关注!
    3、两个CT串联使用的情况也有,但是还是应该谨慎使用,毕竟串联后合成的性能也需要实际的校核。不过,对于容量不足时,有个非常简单的办法:一般信号电缆都是多芯4平方的线,并且应该会有一些空置备用的,用两根4平方的线并联起来作为回路信号线,其截面增大1倍,回路电阻减小1倍,实际负载会下降将近一半,效果非常明显的。
容量肯定是按照额定电流算了,设计时,极限过流也不会让其超过准确限值系数(ALF),这时其输出按理论上说,应该是额定二次电流的ALF倍,实际输出是在10%(10P)或5%(5P)的范围之内的。例如:300/5,5P30,30VA,其额定二次阻抗为:30/(5*5)=1.2,一般功率因素都取的是0.8,同时,实际负载最好不要超过额定值,否则性能可能会受到影响(测量也一样)。在一次300A时,输出5A(误差:比差1%,角差60‘),当极限状态时,即:300×30=9kA时,其二次输出为150A(误差范围5%)。应该正常输出。
    在这里需要特别注意的是:此时,二次输出一般情况下已经不是纯正弦了,所以这里说的是复合误差。实际上,在过电流很大的情况下,虽然互感器铁心还没有进入定义中的饱和区域,但是也已经远离线性段了,也就是说,已经有波形畸变发生了,但是这在实际应用中是可以接受的。要是把其都控制在线性段,那成本、尺寸、重量等都很难控制了。