電流互感器磁飽和特性對繼電保護的影響實例及防范措施

陳國煒，王 麗

（1.國電南瑞南京控制系統有限公司，江蘇 南京 211106；2.國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106）

0 引 言

自從進入科技信息化時代以來，我國各行各業都得到了進一步的發展，對于電力行業來說，供電穩定性與安全性極為重要，這就需要具備良好性能的電力系統。在電力系統容量不斷提升的今天，電壓等級也有所提高，在科學技術的快速發展下，一些老式變電站已不適用于當下時代的發展，無法滿足人們工作及生活所需的供電需求，這就需要構建更具技術性與創新性的數字化變電站。本次研究通過搜集國內外相關研究文獻及資料，在學習與分析中，通過簡要概述電流互感器(Current Transformer，CT)概念、特性及其研究現狀，以此為依據來深入分析其對差動保護與速斷保護的影響，進而提出更加有效的繼電保護防范措施。

1 電流互感器的基本概況

1.1 電流互感器概述

國內相關部門通過制定IEC6004-7與IEC60044-8標準，對電流互感器的概念進行了簡單敘述，將其作為電力系統的一種裝置。該裝置無論是連接、傳輸，還是在轉換器方面，都是由一個及多個電流或電壓傳感器所組成，可將其視為供電系統中對繼電保護裝置與儀表進行控制的技術設備。該設備能夠通過模擬量電壓輸出及數字量輸出的方式提供頻率在15～100 Hz的電氣測量儀器與繼電保護裝置所應用的電流互感器。在數字輸出方面，因正負溢出指示碼為7FFFH和8000H，數字量輸出標準值可設為2D41H。圖1為電流互感器異常狀況的處理電路，圖2為電流互感器實體。

圖1 電流互感器異常狀況處理電路

圖2 電流互感器實體

1.2 電流互感器的特性

在電流互感器鐵心未飽和狀態下，該設備的二次電流I2會因一次電流I1的線性變化而發生變化，進而使得勵磁電流I1≤I2。又因電流互感器鐵心導磁能力存在一定的局限性，在I2因I1變化而變化的過程中，二次電勢就會有所提升，最終會形成鐵心飽和狀態，而電流I2能夠依據勵磁支路進行輸出，但不能輸出至二次側負荷Zb中，則I2與I1的變比K也不存在線性關系。

正是因電流互感器中的勵磁電流與磁路飽和特性，在電流互感器保護方面，是以最大允許變比誤差值在10%以內為標準。這一標準的含義就是變比誤差為10%時，一次電流倍數和二次負載的曲線關系。

1.3 電流互感器的研究現狀

隨著時間不斷的推移，在科學技術越來越先進的時代背景下，我國科技領域及相關行業也開始重視電流互感器的研究，各類不同規模的科技公司在不斷的研究中研發了具備不同性能的技術設備。以國電南瑞科技股份有限公司為例，其所研制的光纖電流互感器充分利用了各項先進技術，在不斷的試驗下，準確性高達0.2級，通過掛網試運行來看，穩定性與安全可靠性都有所保障，且已在實際工作中得到了廣泛應用，代表了我國所研制的電力互感器逐漸在實際工作中得到應用，進而推動我國電流互感器研究步入實用化階段，整體發展較為成熟。但在研究方面一直難以攻破西方關鍵技術壁壘，如何掌握核心技術仍是當下我國在電流互感器研究方面的重點及難點事項[1]。電流互感器的連線方式如圖3所示。

圖3 電流互感器連線方式

2 電流互感器飽和對差動保護的影響實例

某發電廠在使用大型5 kV電動機微機保護裝置時，其繼電保護是以比率制動式縱差保護為基準。具體工作中，以產生差動保護跳閘動作來對電動機絕緣與耐壓等進行試驗，試驗結果顯示相關指標檢驗合格。通過研究發現，第二組電流互感器安裝在電動機上時，與安裝配電室繼電保護裝置之間存在一定的距離，最終就會使得二次阻抗Z1明顯大于額定阻抗ZN，計算的保護整定值則以Ker＝0.1為基準。Ker是兩個電流互感器之間的誤差差值，以設備的二次阻抗小于額定阻抗值而整定。

3 電流互感器暫態飽和對速斷保護的影響實例

某電廠配電室I段母線5 kV電動機在運行中出現三相短路故障跳閘現象，通過故障排查與診斷分析相關研究理論及短路計算來看，故障部位三相短路的最大電流是16 800 A。在電路故障中，非周期分量大，且電動機電流互感器為飽和狀態，二次電流波形態表現為重型畸變，繼電保護裝置并沒體現出實際電流[2]。因為電流互感器鐵心抗飽和度高，二次電流無明顯變化，所以能夠判定為因三相短路非周期分量使得電流互感器存在磁飽和特性影響，最終對繼電保護裝置運行的穩定性及安全性造成損害，從而使其產生速斷保護動作[3]。

4 電流互感器磁飽和特性對繼電保護的防范措施

4.1 避免電流互感器飽和

結合上述研究來看，電流互感器二次負載阻抗的值會對設備自身飽和性造成影響，當該值超出規定范圍，就會導致勵磁電流加大，且鐵心為飽和狀態。為了有效預防此類現象的產生，還需以提升電流互感器允許的二次阻抗值為導向，在設備的選擇上以二次電流為1 A為準?；陔娏骰ジ衅鞔棚柡吞匦詠砜?，其額定阻抗大，能夠避免采樣時出現誤差。

4.2 對電流互感器做特性試驗

對于保護整定的設置來說，相關人員在具體計算中需充分考慮到電流互感器是否存在10%誤差曲線的問題，并嚴格根據該設備試驗標準及相關要求來測量勵磁特性曲線與負荷，進而才能更加了解設備實際運行情況及產生的誤差特性與飽和拐點。因此，保護整定設置過程需依照電流互感器實際飽和特性來完成繼電保護整定的設置，從而才能從根本上來加強繼電保護的安全性與穩定性[4]。

4.3 采用TP類電流互感器

針對種類較多的電流互感來說，為了有效預防其磁飽和對繼電保護裝置造成的不良影響，在類型選擇上最好以TP類為主，此類設備能夠在短路電流及非周期分量暫態影響的情形下完美適用，其缺點是經濟適用性較低，需耗費較高的成本費用。因此，在具體使用中還需根據實際經濟情況而定，通常都是將TP類電流互感器運用在配置精度高的設備中[5]。

4.4 減小二次負擔

繼電保護所受到的影響通過具體的分析實驗基本上得到了良好解決。可對于現階段的快速發展而言，電力工作的革新速度非?？?，部分電力技術的成熟和應用為電流互感器飽和的解決帶來了新的影響因素。為此，在解決繼電保護影響的過程中還必須特別注意細節工作。建議在今后的工作中，通過多元化的方法、手段有效減少二次負擔，從而取得更好的繼電保護效果。例如，CT的負載主要是二次電纜的阻抗，將繼電保護裝置就地安裝，大大縮短了二次電纜長度，減小了CT的負擔，避免了飽和[6]。

5 結 論

在以數字化及信息化技術發展為導向的今天，要想實現數字化變電站的構建，就需合理運用好相關測量設備，而電流互感器作為實用效果最好的設備的之一，通過將其運用在數字化變電站構建中，能夠體現出良好的數字化輸出與網絡化接線優勢，進而使電力系統性能更加全面，在具備良好經濟性的同時，也能提升供電穩定性與安全性，以此來為人們生活及工作生產的用電需求提供保障，這對于國家經濟穩步發展及社會和諧、穩定的構建來說意義重大，也是推動電力行業實現數字化發展的關鍵所在。充分了解該項設備磁飽和特性對繼電保護的影響，以此來為采取相關防范措施提供依據，進而加強繼電保護裝置的安全性。