电流互感器10％误差校验的计算方法

: liubingrui

2007-08-11

由中国航空工业规划设计研究院组编，中国电力出版社出版的《工业与民用配电设计手册》（以下简称手册）自1983年11月第一版到2005年10月的第三版，发行量近16万册，该手册的权威性、指导性，对工业与民用配电设计行业的影响是勿庸置疑的。正因为广大设计者对该手册的重视和尊重，更要求它是完美的。本文就手册中关于“电流互感器10%误差校验的计算方法”提出不同的意见，供大家参考。尽管如此，本人仍然认为，暇不掩玉，该手册仍然是广大设计者必备的案头参考书。　　手册给出的电流互感器允许误差计算步骤如下：
　　1，按照保护装置类型计算流过电流互感器的一次电流倍数
　　2，根据电流互感器的型号、变比和一次电流倍数，在10%误差曲线上确定电流互感器的允许二次负荷。
　　3，按照对电流互感器二次负荷最严重的短路类型计算电流互感器的实际二次负荷。
　　4，比较实际二次负荷与允许二次负荷，如实际二次负荷小于允许二次负荷，表示电流互感器的误差不超过10％。
　　对于步骤1、2、4，本文并无异议，对步骤3，有值得商榷的地方。现引用《工业与民用配电设计手册》例题【7－9】，6KV线路过流与速断保护为例来说明问题。已知条件如下（对原例题中与本讨论无关的给予了简化）：
　　某6KV单侧放射式单回路线路，工作电流Ig.xl为100A，电动机起动时的过负荷电流Igh为181A。经校验实际线路长度能满足瞬时电流速断选择性动作，且短路时母线上有规定的残压。采用DL-11型电流继电器、DL-13型继电器、DSL-12型时间继电器和ZJ6型中间继电器作为线路的电流速断保护和过电流保护（交流操作），电流互感器选用LFZB6-10型，变比150/5，三相星型接线方式。另采用ZD-4型小电流接地信号装置作为线路单相接地保护。已知最大运行方式下，线路末端三相短路时的超瞬态电流I”2k3.MAX=1752A。最小运行方式下，线路末端三相短路时的超瞬态电流I”2k3.Min=1674A。
　　计算过程为：
　　1）瞬时电流速断保护的整定：
　　IopK=KrelKjxI”2k3.MAX/nTA=1.2x1x1752/30=70.1A （式1）
　　式中Krel：可靠系数，取1.2；Kjx：接线系数，接于相电流时取1；IopK：继电器动作值，计算值为70.1A，取70A，装设DL-11/200型继电器。
　　2）过电流保护整定：
　　IopK=KrelKjxIgh/Kr nTA=1.2x1x181/0.85x30=8.52A（式2）
　　取9A，装设DL-13/20型继电器，
　　3）  电流互感器10%误差校验
　　a，确定电流互感器的一次电流计算倍数：
　　鉴于速断保护和过流保护继电器接在同一电流互感器的二次侧，且电流速断的整定值较过流保护整定值大，所以只需计算速断保护动作时的电流互感器一次电流倍数，只要速断保护能够满足，则过流保护一定满足。
　　m=1.1IopK/I2rKfpK=1.1X70/5X1=15.4  （式3）
　　式中I2r：电流互感器二次额定电流；KfpK：继电器分配系数，见下表7－26，取值1。
　　b，根据电流互感器10%误差曲线在m为15.4时，LFZB6-10型电流互感器的最大允许二次负荷Zfhr为0.3Ω。
　　c，计算电流互感器的实际二次负荷：
　　此处手册按表7－26，取
　　Zfh=Zk+2Rdx+Zkn+Rjc  （式4）
　　式中Zk：为DL-11/200型电流速断保护继电器的阻抗ZK1=0.004Ω、DL-13/20型过电流保护用继电器的阻抗ZK2=0.01Ω和ZJ6型中间继电器的阻抗ZK3=0.038Ω之和。即ZK=0.004+0.01+0.038=0.052Ω。Zkn：为中性线继电器阻抗，此处为0。Rjc：接触电阻，取0.05Ω。Rdx：电流互感器至开关柜上继电器之间的导线电阻，距离取2米。其值为ρl/s=0.0184x2/2.5=0.0147Ω。
　　故：Zfh=Zk+2Rdx+Zkn+Rjc＝0.052＋2x0.0147+0.05=0.132Ω
　　由于Zfh<Zfhr，故满足10％电流互感器误差校验。
　　以上为手册例【7－9】的计算过程。本人认为手册对“式4”的取法，值得商榷。理由如下：查表7－26，知Zfh=Zk+2Rdx+Zkn+Rjc是针对三相星型接线，单相短路类型时的电流互感器实际二次负荷计算公式，比较各类短路类型，可知此时取单相短路二次负荷计算公式，满足手册的计算步骤第三步“按照对电流互感器二次负荷最严重的短路类型计算电流互感器的实际二次负荷”的要求。但手册忽略了一次电流倍数与短路类型之间是有着某些关联的，即选用单相短路类型的电流互感器二次负荷计算公式时，其计算一次电流倍数应采用单相短路电流值。而手册是按三相或两相短路电流值（对应的即为继电器动作值，取可靠系数后，折算到一次侧），计算一次电流倍数。此时就出现了计算的一次电流倍数和套用的实际二次负荷计算公式不对应。结合本例，6KV系统是不接地运行系统，线路的单相接地保护由专用的ZD-4型小电流接地信号装置及零序电流互感器构成。该单相接地电流为电容电流，其值根本不可能使接在150/5电流互感器上的DL-11/200继电器动作。使DL-11/200继电器动作的只可能是三相或两相的短路类型。所以手册取单相短路类型的电流互感器二次负荷计算公式，来校验三相或者两相短路时的一次电流倍数时的允许负荷，是不合适的或者说是过于保守的。本人以为，此处的二次负荷计算式应取三相及两相短路类型时的Zfh=Zk+Rdx+Rjc－（式5）。我们知道，从电流互感器到继电器的导线电阻，在电流互感器的二次负荷中占有较大比重，当继电保护装置，不是设在开关柜上，而是集中设在中央控制室时，其线路长度往往较长。如果本例线路长度超过13.5米时，按“式4”将不能校验通过，要采取增大导线截面，重新调整变比或更换电流互感器类型的措施。但按“式5”则可以通过校验。
　　下面以D,Yn11-10/0.4KV配电变压器高压侧装设过电流保护、电流速断保护及利用高压侧三相式过电流保护兼低压侧单相接地保护，且电流互感器接线为三相星型为例，分析如何对应m（一次电流倍数）与Zfh（实际二次负荷计算公式）的关系。
　　1，根据二次接线可知，过电流保护、电流速断保护及低压侧单相接地保护，都是利用装在高压侧的一套电流互感器配合相应的继电器来完成。此时校验该互感器的允许误差，应取最严重的负荷类型来校验。
　　2，对于电流速断保护、过流保护和低压侧单相接地保护时，应分别按以下三种关系式校验：
　　m1=1.1IOP K1/I2rKfp k，IOP K1为速断保护继电器动作值。Zfh1＝Zk+Rdx+Rjc  （式6）
　　m2=1.1IOP K2/I2rKfp k，IOP K2为过流保护继电器动作值。Zfh2＝Zk+Rdx+Rjc  （式7）
　　m3=1.1IOP K2/I2rKfp k，IOP K2为过流保护继电器动作值。Zfh3＝Zk+2Rdx+Rjc （式8）
　　其中由于m1>m2，而Zfh1＝Zfh2，所以一般只需校验“式6”，满足“式6”则一定满足“式7”。“式8”是因为利用高压侧三相式过电流保护兼低压侧单相接地保护时所引起的，即单相接地时，过流保护应能可靠动作，尽管m3<m1,但Zfh3>Zfh1，满足“式6”不一定满足“式8”，所以应分别校验。
　　3，当低压侧单相接地保护采用在低压侧中性线上装设专用的零序保护时，上述“式8”可取消。
　　4，当采用两相三继电器二次接线方式时（此时不能利用高压侧三相式过电流保护兼低压侧单相接地保护），校验误差的关系式变为：
　　m1=1.1IOP K1/I2rKfp k，IOP K1为速断保护继电器动作值。Zfh1＝2Zk+2Rdx+Rjc  （式9）
　　m2=1.1IOP K2/I2rKfp k，IOP K2为过流保护继电器动作值。Zfh2＝2Zk+2Rdx+Rjc （式10）
　　其中由于m1>m2，而Zfh1＝Zfh2，所以一般只需校验“式9”。
　　手册中以最大一次电流倍数（对应电流互感器最小的允许二次负荷）和最严重的短路类型（对应电流互感器最大的实际二次负荷）来校验，过于保守，忽略了短路类型与一次电流倍数的对应关系。按手册的校验方法能通过的，按本文的校验方法必然能通过。反之则不然。
　　局部引用《工业与民用配电设计手册》表7-26如下：

接线方式	短路类型	继电器分配系数KfpK	二次负荷Zfh
	三相及两相	1	Zfh=Zk+Rdx+Rjc
	Y,d接线变压器低压侧两相	1	Zfh=Zk+Rdx+Rjc
	单相	1	Zfh=Zk+2Rdx+Zkn+Rjc
	三相	1	Zfh=√3Zk+√3Rdx+Rjc
	uw两相	1	Zfh=Zk+Rdx+Rjc
	uv,vw两相及单相	1	Zfh=2Zk+2Rdx+Rjc
	Y,d接线变压器低压侧uv相	1	Zfh=3Zk+3Rdx+Rjc
	Y,yn接线变压器低压侧v相单相	1	Zfh=3Zk+3Rdx+Rjc

　　参考文献：
　　《工业与民用配电设计手册》第三版中国航空工业规划设计研究院组编中国电力出版社出版

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