在高壓電流互感器二次接線安裝中有可能出現(xiàn)這樣如下圖的錯(cuò)誤接線:在二次線圈有中間抽頭電流互感器當(dāng)采用小變比運(yùn)行時(shí)(如圖1),誤將空置抽頭短接(如圖2),造成電流互感器接線故障并且嚴(yán)重影響電能計(jì)量。此時(shí)該互感器的工作狀態(tài)的分析和實(shí)際運(yùn)行變比的判斷分析與驗(yàn)證。
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案例分析
我公司某客戶的110kv變電所,受電變壓器是華鵬16000千伏安110 kv /10kv、 yn,/d11接線,計(jì)量點(diǎn)設(shè)在110kv側(cè),電流互感器采用2×75/5電流互感器。在首次現(xiàn)場(chǎng)電能表校驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電能表計(jì)量功率嚴(yán)重小于10kv總柜功率表顯示功率。經(jīng)多方檢查發(fā)現(xiàn)是電流互感器二次端子箱內(nèi)接線錯(cuò)誤(如圖2),及誤將原本不該接線的k2、k3短接。
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在理想情況下電流互感器一次與二次的安匝數(shù)都應(yīng)該相等,用公式 i1 n1=i2 n2表示,式中i1 i2為一、二次電流,n1、n2為一、二次線圈的匝數(shù)。
分析電流互感器在(如圖3)接線情況下的工作狀態(tài),此時(shí)互感器同樣也滿足磁勢(shì)平衡i1 n1=i2 n2。而因該電流互感器是2×75/5的互感器,二次線圈有中間抽頭而且線圈l1 l2與l2 l3的匝數(shù)相等,二次線圈n2=n21+n22、當(dāng)n21= n22當(dāng)該互感器按k=75/5正常接線時(shí),磁勢(shì)平衡公式:i1 n1=i21 n21 ,變比: k=i1/i21=n21/n1當(dāng)該互感器錯(cuò)誤接線時(shí),磁勢(shì)平衡公式i1 n1=i21' n21+i22 n22,,得:i1 =(i21' n21+i22 n22)/ n1, i1/ k=(i21'+i22),因i1/k=i2,所以i2=(i21'+i22)。
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因電流互感器二次線圈l2是中間抽頭且l1 l2與l2 l3的匝數(shù)相等n21 = n22 當(dāng)互感器一次通過(guò)一次電流時(shí),在互感器二次線圈l1 l2與l2 l3的感應(yīng)電勢(shì)相等,因此互感器二次的電流i21與i22的比值與它們的回路阻抗成反比,當(dāng)互感器二次接線完成后它們的回路阻抗就確定并保持穩(wěn)定不受互感器的運(yùn)行方式變化影響。此時(shí)該電流互感器計(jì)量回路i1 / i21'仍然保持線性關(guān)系,此時(shí)互感器的實(shí)際運(yùn)行變比明顯增大。互感器實(shí)際運(yùn)行變比可以通過(guò)二次線圈l1 l2與l2 l3的回路總阻抗的比值來(lái)計(jì)算(回路總阻抗=互感器二次線圈阻抗+外接二次回路阻抗),由于互感器二次回路阻抗很小,因此很難精確測(cè)量?jī)苫芈返淖杩怪?因此很難計(jì)算出此接線(圖2)時(shí)的實(shí)際工作變比。
既然該互感器在(圖2)接線的情況下的實(shí)際運(yùn)行時(shí)仍然保持線性關(guān)系,那么可等廠休、或線路停電時(shí),采用測(cè)量法來(lái)計(jì)算該互感器的工作變比,方法是:由于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行電流互感器變比為75/5,可用一臺(tái)75/5的標(biāo)準(zhǔn)電流互感器一次與現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行電流互感器一次串連,二次接入模擬負(fù)載,用一臺(tái)0.1級(jí)電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)的電流測(cè)量功能(測(cè)量精度0.5級(jí))同時(shí)分別測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)互感器與現(xiàn)場(chǎng)電流互感器計(jì)量回路的二次電流。計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)互感器與現(xiàn)場(chǎng)電流互感器的二次電流比值,再用此比值乘以標(biāo)準(zhǔn)互感器變比得出實(shí)際運(yùn)行中故障電流互感器的變比。
這樣既可以計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)接錯(cuò)線的電流互感器的變比還可以驗(yàn)證此種情況下互感器的變比仍然保持良好的線性關(guān)系。
從表1數(shù)據(jù)可以看出,在電流互感器二次抽頭被短接后該互感器的變比發(fā)生了變化,而比值的線性并沒有發(fā)生變化,平均比值是5.94,因此該互感器實(shí)際工作變比可以用此式計(jì)算:5.94×75/5=445.5/5。
電流互感器匝間短路故障分析
在運(yùn)行中的互感器發(fā)生二次線圈匝間短路故障時(shí),該互感器的誤差如何變化？分析如下:
電流互感器的變比k=i1/i2=n2/n1, 當(dāng)電流互感器二次線圈n2發(fā)生短路時(shí)n2匝數(shù)減少,而互感器的變比正比于n2。n2減小互感器變比也減小,互感器的誤差往正偏,及電流互感器的二次電流增大。
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那么是不是電流互感器二次線圈n2短路匝數(shù)越多誤差越往正偏呢？可能并非如此,因?yàn)楫?dāng)互感器二次發(fā)生短路時(shí)n2是減小了,但是被短路的那幾匝線圈仍然繞在互感器的鐵芯而且構(gòu)成自己的回路并且與原互感器二次線圈并聯(lián),在這回路中同樣會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,因此發(fā)生二次繞組短路的電流互感器的磁勢(shì)平衡公式應(yīng)該是:
i1 n1=i2 n2'+ id nd , nd、id分別是短路的匝數(shù)與短路匝中的電流。
當(dāng)i2 = id時(shí),因?yàn)閚2= n2 '+ nd,i1 n1=i2 n2'+ id nd = i2 n2電流互感器誤差不變。
當(dāng)i2 當(dāng)i2 >id時(shí),因?yàn)閚2= n2'+ nd,i1 n1=i2 n2'+ id nd ,又因id=yi2(y為小于一的正數(shù))i1 n1=i2 n2'+yi2 nd=i2(n2'+ y nd),因此n2>(n2'+ y nd)電流互感器相當(dāng)于匝數(shù)減少誤差變正。
由于電流互感器運(yùn)行時(shí)二次都存在一定的負(fù)載,當(dāng)互感器二次短路時(shí)短路點(diǎn)同樣有部分接觸電阻。在短路點(diǎn)處接觸電阻不大時(shí),短路匝nd中的電流id大多數(shù)情況下大于二次電流i2及i2
我們采用一只800/5穿心互感器,一次穿心一匝,二次繞組160匝。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程---保持二次線圈匝數(shù),將二次線圈中短路一個(gè)一匝、二個(gè)一匝、三個(gè)一匝和一個(gè)兩匝。模擬互感器在運(yùn)行中匝間短路的現(xiàn)象,測(cè)量數(shù)據(jù)如表2;
由以上測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出當(dāng)互感器發(fā)生匝間短路時(shí)絕大多數(shù)情況下誤差往負(fù)偏即互感器二次電流減小將會(huì)導(dǎo)致電能表少計(jì)電量。