電流互感器的磁路飽和特性對(duì)繼電保護(hù)的影響及其防護(hù)措施

摘要：分析在電網(wǎng)三相短路情況下，電流互感器的磁路飽和特性對(duì)繼電保護(hù)裝置的影響，提出了減少影響的方法和措施，具有一定的工程意義。

關(guān)鍵詞：特性；飽和；非周期分量；繼電保護(hù)

1 問(wèn)題提出

繼電保護(hù)裝置的任務(wù)是能夠在被保護(hù)設(shè)備發(fā)生故障或不正常工作狀態(tài)下，作用于開(kāi)關(guān)跳閘或發(fā)出警告信號(hào)。因此，需要將設(shè)備上的電流引人保護(hù)裝置，該任務(wù)一般都是由電流互感器來(lái)完成的。互感器的一次繞組串聯(lián)在被測(cè)量的電力線路中，線路電流就是互感器的一次電流；二次繞組外部回路接有繼電保護(hù)裝置等二次設(shè)備。所以，電流互感器的特性對(duì)繼電保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)是很重要的。電流互感器的準(zhǔn)確度與短路電流的數(shù)值有很大關(guān)系，對(duì)于特性不良的電流互感器，其準(zhǔn)確度會(huì)大大降低，使繼電器保護(hù)不能可靠工作。

目前，廣泛采用的是帶鐵芯的電流互感器，根據(jù)電力變壓器的工作原理和理論分析方法，它的等值電路如圖l表示的T型圖。

由于電流互感器是一個(gè)具有鐵芯的非線性元件。當(dāng)鐵芯不飽和時(shí)，Ｚm的數(shù)值很大且基本不變，因此勵(lì)磁電流很小，近似可認(rèn)為勵(lì)磁支路開(kāi)路，此時(shí)可認(rèn)為一次電流和二次電流成正比而且誤差很小。當(dāng)接有互感器的主回路發(fā)生短路故障時(shí)會(huì)有很大的短路電流通過(guò)，互感器可能發(fā)生嚴(yán)重飽和，Zm將迅速下降，勵(lì)磁電流增大，因而，二次電流的誤差也隨之增大。鐵芯越飽和則誤差越大。此時(shí)，一次系統(tǒng)的故障電流不能正確地反映到互感器二次側(cè)，致使繼電器保護(hù)裝置不能正常工作。

2 對(duì)三相短路電流的分析

當(dāng)電路發(fā)生三相短路時(shí)，短路電流是由周期(交流)分量和非周期分量組成，其中，非周期分量在導(dǎo)致互感器的飽和方面比交流分量的影響要大，使互感器工作特性變差。

式中Ta為電路的時(shí)間常數(shù)。

3 非周期分量對(duì)電流互感器特性的影響

分析上述公式(2)可知，當(dāng)id在下述情況下發(fā)生時(shí)，短路情況最為嚴(yán)重：

(1) 短路前的電路是空載的，即t=0時(shí)，i=0；

(2) 短路發(fā)生于電壓瞬時(shí)值經(jīng)過(guò)零值時(shí)，即t=0時(shí)，?琢=0。將這兩個(gè)條件代人式(2)，則有：

圖3是一個(gè)簡(jiǎn)單的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的接線圖。當(dāng)正常情況時(shí)，差動(dòng)回路的電流應(yīng)近似為零。當(dāng)本線路以外發(fā)生短路時(shí)，如果短路電流很大，將使互感器鐵心嚴(yán)重飽和，互感器二次側(cè)電流將發(fā)生突變，使差動(dòng)回路的不平衡電流增加，當(dāng)不平衡電流大于保護(hù)繼電器動(dòng)作的整定值時(shí)，裝置將誤動(dòng)作。

要解決由于短路電流引起互感器特性變差而導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作，除了選用特性良好的互感器和擴(kuò)大整定值的裕度以外，還可以采用具有磁力制動(dòng)的差動(dòng)繼電器。

圖4為不平衡電流 與外部短路電流變換到二次側(cè)之值的關(guān)系圖。直線2為無(wú)制動(dòng)特性繼電器的啟動(dòng)電流圖，啟動(dòng)值為一常數(shù)。采用這種繼電器由于整定值較大，將導(dǎo)致保護(hù)裝置的靈敏性下降。曲線3為具有制動(dòng)特性繼電器的啟動(dòng)電流圖，從圖上可以明顯看出隨短路電流地增大，繼電器的啟動(dòng)電流也隨之增大，這樣就有效地避免了因短路電流引起互感器特性變差而導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)作的危險(xiǎn)性。

以下為一個(gè)用具有制動(dòng)特性的差動(dòng)繼電器來(lái)構(gòu)成變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。在圖5中，W 為制動(dòng)線圈，接于差動(dòng)回路的一臂上，流過(guò)電流 ；W 為工作線圈，接于差動(dòng)回路之中；W 為二次線圈，其輸出接于電流繼電器上；W 為平衡線圈。兩個(gè)制動(dòng)線圈的極性聯(lián)接，應(yīng)保證所產(chǎn)生的磁通在兩個(gè)邊柱上成回路而不流入中間鐵心。兩個(gè)二次線圈的聯(lián)接應(yīng)保證在制動(dòng)磁通的作用下所感應(yīng)的電勢(shì)互相抵消，不影響執(zhí)行元件的工作。這樣當(dāng)工作線圈中流有電流時(shí)，它所產(chǎn)生的磁通在W 中感應(yīng)的電勢(shì)就是相加，因而在電流達(dá)到整定值之后繼電器將動(dòng)作。當(dāng)W 中沒(méi)有電流時(shí)，為使差動(dòng)繼電器動(dòng)作，需在工作線圈中加入一個(gè)電流 ，由此電流產(chǎn)生的磁通在W 中感應(yīng)一定的電勢(shì)E ，它剛好能使元件動(dòng)作，此電流稱為最小啟動(dòng)電流。當(dāng)中有電流以后，它將在鐵心的兩個(gè)邊柱上產(chǎn)生磁通 ，使鐵心飽和，導(dǎo)磁率下降.。此時(shí)必須增大W 中的電流才能在W 中產(chǎn)生電勢(shì)E ，使執(zhí)行元件動(dòng)作。因此啟動(dòng)電流隨制動(dòng)電流的增大而增大，這樣就可以有效地避免因短路電流引起互感器特性變差而導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)作的危險(xiǎn)性。

結(jié)束語(yǔ)。綜上所述，由于電流互感器磁化特性的不同，亦即飽和情況的不同，當(dāng)外部短路時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生足夠大的不平衡電流，使差動(dòng)保護(hù)、零序接地保護(hù)等對(duì)不平衡電流較敏感的保護(hù)裝置誤動(dòng)作。尤其是短路電流中的非周期分量要比周期分量值大幾倍．對(duì)互感器的特性影響也就更大。因此，電流互感器的直流飽和問(wèn)題必須引起重視。對(duì)用于差動(dòng)保護(hù)、零序接地保護(hù)裝置的電流互感器，應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行勵(lì)磁特性(伏安特性)曲線試驗(yàn)．從曲線中可以判斷磁飽和狀態(tài)，選用飽和倍數(shù)較大的電流互感器或者選用帶制動(dòng)特性的電流互感器。

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