案例分析
我公司某客户的110kV变电所,受电变压器是华鹏16000千伏安110 kV /10kV、 Yn,/d11接线,计量点设在110kV侧,电流互感器采用2×75/5电流互感器。在首次现场电能表校验发现电能表计量功率严重小于10kV总柜功率表显示功率。经多方检查发现是电流互感器二次端子箱内接线错误(如图2),及误将原本不该接线的K2、K3短接。
在理想情况下电流互感器一次与二次的安匝数都应该相等,用公式 I1 N1=I2 N2表示,式中I1 I2为一、二次电流,N1、N2为一、二次线圈的匝数。
分析电流互感器在(如图3)接线情况下的工作状态,此时互感器同样也满足磁势平衡I1 N1=I2 N2。而因该电流互感器是2×75/5的互感器,二次线圈有中间抽头而且线圈L1 L2与L2 L3的匝数相等,二次线圈N2=N21+N22、当N21= N22当该互感器按K=75/5正常接线时,磁势平衡公式:I1 N1=I21 N21 ,变比: K=I1/I21=N21/N1当该互感器错误接线时,磁势平衡公式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)。
因电流互感器二次线圈L2是中间抽头且L1 L2与L2 L3的匝数相等N21 = N22 当互感器一次通过一次电流时,在互感器二次线圈L1 L2与L2 L3的感应电势相等,因此互感器二次的电流I21与I22的比值与它们的回路阻抗成反比,当互感器二次接线完成后它们的回路阻抗就确定并保持稳定不受互感器的运行方式变化影响。此时该电流互感器计量回路I1 / I21'仍然保持线性关系,此时互感器的实际运行变比明显增大。互感器实际运行变比可以通过二次线圈L1 L2与L2 L3的回路总阻抗的比值来计算(回路总阻抗=互感器二次线圈阻抗+外接二次回路阻抗),由于互感器二次回路阻抗很小,因此很难精确测量两回路的阻抗之比,因此很难计算出此接线(图2)时的实际工作变比。
既然该互感器在(图2)接线的情况下的实际运行时仍然保持线性关系,那么可等厂休、或线路停电时,采用测量法来计算该互感器的工作变比,方法是:由于现场运行电流互感器变比为75/5,可用一台75/5的标准电流互感器一次与现场运行电流互感器一次串连,二次接入模拟负载,用一台0.1级电能表现场校验的电流测量功能(测量精度0.5级)同时分别测量标准互感器与现场电流互感器计量回路的二次电流。计算标准互感器与现场电流互感器的二次电流比值,再用此比值乘以标准互感器变比得出实际运行中故障电流互感器的变比。
这样既可以计算现场接错线的电流互感器的变比还可以验证此种情况下互感器的变比仍然保持良好的线性关系。
从表1数据可以看出,在电流互感器二次抽头被短接后该互感器的变比发生了变化,而比值的线性并没有发生变化,平均比值是5.94,因此该互感器实际工作变比可以用此式计算:5.94×75/5=445.5/5。
电流互感器匝间短路故障分析
在运行中的互感器发生二次线圈匝间短路故障时,该互感器的误差如何变化？分析如下:
电流互感器的变比K=I1/I2=N2/N1, 当电流互感器二次线圈N2发生短路时N2匝数减少,而互感器的变比正比于N2。N2减小互感器变比也减小,互感器的误差往正偏,及电流互感器的二次电流增大。
那么是不是电流互感器二次线圈N2短路匝数越多误差越往正偏呢？可能并非如此,因为当互感器二次发生短路时N2是减小了,但是被短路的那几匝线圈仍然绕在互感器的铁芯而且构成自己的回路并且与原互感器二次线圈并联,在这回路中同样会产生感应电流,因此发生二次绕组短路的电流互感器的磁势平衡公式应该是:
I1 N1=I2 N2'+ ID ND , ND、ID分别是短路的匝数与短路匝中的电流。
当I2 = ID时,因为N2= N2 '+ ND,I1 N1=I2 N2'+ ID ND = I2 N2电流互感器误差不变。
当I2 当I2 >ID时,因为N2= N2'+ ND,I1 N1=I2 N2'+ ID ND ,又因ID=YI2(Y为小于一的正数)I1 N1=I2 N2'+YI2 ND=I2(N2'+ Y ND),因此N2>(N2'+ Y ND)电流互感器相当于匝数减少误差变正。
由于电流互感器运行时二次都存在一定的负载,当互感器二次短路时短路点同样有部分接触电阻。在短路点处接触电阻不大时,短路匝ND中的电流ID大多数情况下大于二次电流I2及I2
我们采用一只800/5穿心互感器,一次穿心一匝,二次绕组160匝。
实验过程---保持二次线圈匝数,将二次线圈中短路一个一匝、二个一匝、三个一匝和一个两匝。模拟互感器在运行中匝间短路的现象,测量数据如表2;
由以上测试数据可以看出当互感器发生匝间短路时绝大多数情况下误差往负偏即互感器二次电流减小将会导致电能表少计电量。