主變高壓側電流互感器抗短路電流特性分析

周建生

摘要：文章分析電流互感器的穩態特性，對互感器等值電路參數進行計算，建立互感器數學分析模型，依據模型，對互感器誤差特性曲線進行分析和研究，提出額定二次極限電動勢法，采取實測的拐點電壓的方法對模型進行驗算，并利用實時仿真系統對互感器飽和程度進行數字仿真，仿真結果表明與理論分析相一致。

關鍵詞：主變高壓側；電流互感器；抗短路電流；等值電路參數；數學分析模型；實時仿真系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM452 文章編號：1009-2374（2015）10-0147-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0924

220kV電力系統電流互感器飽和問題長期存在，也是系統穩定性以及動作保護裝置靈敏性的研究重要課題。采用暫態仿真軟件對數據進行實時仿真，根據仿真結果，220kV系統選用TPY級暫態型電流互感器，效果較好。這種互感器的鐵芯具備一定的非磁性間隙，剩磁通被限制在飽和磁通的10%以內，有利于提高重合閘及斷路器保護靈敏度。

1 CT理論計算分析

1.1 TA的等值電路與參數計算

電流互感器原理是一次繞組中存在電流通過電磁感應，二次繞組上會產生一定的感應電流，在理論分析方面采取等值電路計算。

CT電勢（電壓）、電流和阻抗，一次折算至二次的計算為：

E1?=Kn*E1 （1）

I1?=I1/Kn （2）

Z1?=Kn?Z1 （3）

式（1）、式（2）、式（3）中，E1、I1、Z1為一次回路的感應電勢、電流、阻抗；Z為阻抗。

折算得到一次和二次的感應電勢相等：

E1?=E2 （4）

以上各值均為相量，電流互感器等值電路圖如圖1所示：

Kn為一、二次繞組匝數比；Es為感應電動勢；Us為二次電壓；Za和Zb分別為一二次繞組阻抗和負載阻抗；Ze為二次勵磁阻抗

圖1 電流互感器等值電路圖

1.2 電流互感器鐵芯模型分析

采用極限回環壓縮的辦法來描述鐵芯的暫態磁化特，首先假定鐵芯磁化曲線的主磁滯回環和次磁滯回環具有相似性，由主磁滯回環壓縮生成次磁滯回環，再用反正切函數擬合主磁滯回環：。

式中α、h、β、C均為常數。

圖2給出了互感器鐵芯動態磁化曲線圖：

圖2 互感器鐵芯動態磁化曲線圖

1.3 TA誤差特性曲線分析

通過實測CT伏安特性繪曲線，從而達到10%誤差分析目的，對于差動保護，由于外部故障時，差動繼電器僅流過不平衡電流，故障電流不流過差動繼電器，所以試驗時應將差動繼電器的線圈短接。在星形連接電路中，需要在CT二次側A-N、B-N、C-N進行電壓、電流實驗，根據各相負載阻，可以計算CT二次最大負載Zfh，Zfh取各相最大值。對于三角形接線，分別從AB、BC、CA通入試驗電壓電流。其中，，，計算出A、B、C相阻抗：

根據CT二次接線方式和故障類型，確定CT二次最大負載Zfh。

一般情況下，為繼電器線圈阻抗，為連接導線阻抗，其他CT接線方式最大負載Zfh計算，對于有差回路的差動保。對于互感器誤差分析則是根據計算電流倍，曲線上可以分析出允許二次最大負的值域。<時，能夠滿足CT的10%誤差范圍，≥時，CT不具備滿足誤差條件。圖3給出了誤差曲線分析圖。

圖3 互感器誤差曲線圖

2 性能驗算

2.1 電流互感器性能要求

根據電力設計標準規定要求，主變一次側繼電保護用CT的選取，通常首先確定一次側電流總負荷值和二次側負載狀況后，電流時域幅值誤差必須不大于10%，角度誤差控制在7度以內。本文采選取TPY級保護CT，以10%誤差曲線對電流互感器的性能進行驗算。通常規程對CT性能要求綜合分析主要內容如下：（1）保護區域內發生故障的，在CT保護可靠性具備滿足條件下，電流互感器誤差以對主變差流速斷保護穩定性為主要性能考慮要求；（2）保護區域以外產生比較嚴重故障狀況時，CT誤差需滿足動作的穩定性條件，防止選擇性誤動作發生，電流互感器誤差應滿足主變差動保護的性能

要求。

2.2 TPY級電流互感器驗算方法

判斷電流互感器在所接負載情況下是否滿足誤差要求，采用額定二次極限電動勢取實測的拐點電壓的方法。根據分析，二次側負載呈電阻特性時，負載額定阻抗假定為ZN，一次測電流為額定電流最大極限值，此時的電流互感器誤差能夠滿足10%以下區域范圍要求，CT鐵芯為磁滯極限飽和狀態，額定二次極限電動勢和伏安特性曲線中的拐點電壓Ug相一致。

額定極限二次感應電動勢ES：

（5）

式中：

K——暫態系數

——繼電保護校驗系數

—CT二次直流繞組電阻

——二次負荷實測值

Ug>ES時，CT滿足驗算測試要求。

在校驗電流互感器特性是否滿足實際對稱短路電流倍數和規定二次循環的要求時，需要依據CT有關參數。一般滿足≥，為保護要求電動勢。

為額定等效二次極限電動勢且需要滿足：

（6）

式中：

——額定對稱短路電流倍數

——暫態面積系數

——額定二次回路負荷電阻

——額定二次電流

采用（6）理論計算或者現場測試獲取實際數據，通常以實測數據為準，以上參數為電流互感器銘牌參數。

需要滿足：

（7）

式中：

——實際要求互感器的暫態面積系數

在C- -O工作循環過程，應滿足：

（8）

式中：

——主變側時間常數

——負荷側時間常數

在C--O--C--O工作循環中，應滿足：

（9）

3 結語

220kV主變電壓側電流互感器進行了暫態飽和特性分析，建立了數學分析模型，并根據互感器誤差特性分析，采用等效電路計算和二次極限電動勢法對分析進行驗算，在系統暫態仿真軟件中進行暫態的飽和波形仿真，仿真結果和理論分析比較一致，為研究電流互感器飽和問題提供了較好的參考依據。

參考文獻

[1] 趙滿江.保護用電流互感器飽和特性及其誤差曲線研究[J].高壓電氣，2010，（12）.

[2] 莊良文，等.RTDS的電流互感器模型及其飽和特性[J].能源與節能，2013，（2）.

（責任編輯：蔣建華）