论文部分内容阅读
【摘要】作为电流信号的传变元件，电流互感器在继电保护装置中有着举足轻重的作用。但是，当电流互感器出现饱和现象时，继电器保护装置的运行可靠性就会受到影响。本文结合笔者多年工作经验，研究分析了电流互感饱和对继电保护装置的影响以及影响电流互感器饱和的主要原因，提出解决的具体措施。
【关键词】电流互感器，继电保护装置，单相接地
【中图分类号】TM452 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0048-02
1、引言
随着经济的不断发展，供电系统的容量在不断增加，系统短路电流也不断激增，影响电流互感器饱和的问题也随之而来。电流互感器一旦发生饱和，不就降低了故障测距的准确性，而且还会造成继电保护的误动作、拒动或者是延迟动作。比较常见的电流互感器饱和有两种，一种是稳态饱和，一种是暂态饱和。稳态饱和出现的原因是一次电流值过大，致使二次电流不能够正确地传变一次电流。暂态饱和的原因则是由于大量非周期分量进入电流互感饱和区域中造成的。
2、影响电流互感器饱和的相关因素
电流互感器按照用途可分为计量用互感器和保护用互感器。与保护用互感器相比，计量用互感器的精度更加高，且非常容易饱和，这样可以有效避免系统发生故障时产生的较大短路电流破坏计量表。依据保护用互感器对暂饱和问题的不同处理方法，还可分为TP类和P类。电流互感器饱和程度和励磁阻抗能力成反比，即当电流互感器的饱和程度越高，励磁阻抗能力就越小，励磁电流的急速增大，对互感器的准确性造成严重影响，从而影响正确的保护动作。有时会使一次电流全音陵成励磁电流，继而二次电流成为零，这是最为严重的情况。当出现电流中含有大量的非周期分量或者电流过大的非正常情况，都可以造成互感器饱和。当出现互感器饱和引起误差过大时，继电保护的正确动作受到限制，继而影响电力系统的安全运行。
影响电流互感器饱和的主要原因有四点，具体分析如下。第一，一次电流中的非周期分量影响着励磁电流中的非周期分量，当一次电流中的非周期分量增大时，励磁电流中的非周期分量也随之增大，电流互感器的饱和程度也就越高。第二，电流互感器的二次负载越大时，励磁电流的周期分量也越大，导致电流互感器始终处在饱和状态。第三，励磁电流中没有非周期分量，但是后非周期分量逐渐增大，使电流互感器饱和。第四，一次系统时间常数越大，励磁电流中的非周期分量减退越缓慢，电流互感器的饱和时间就越长。这四种因素没有将铁芯剩磁因素考虑在内，如果电压较低时，铁心会很接近饱和状态，对继电保护的正确动作产生影响。同时，如果存在剩磁影响，当剩磁方向和励磁电流的非周期分量与之相对应的磁通方向相同时，铁心会很快进入饱和状态。
3、电流互感器饱和对继电保护装置的影响
3.1 电流互感器饱和对电流保护的影响
电流保护动作的判断依据是在流入电流继电器的短路电流二次值大于电流继电器的定值。而当电流互感器饱和后，流入电流继电器的短路电流的二次值会变小，此时电流继电器的定值大于二次值，有可能会导致拒绝实施继电保护动作。当电流继电器的定制非常小时，不会出现电流保护的拒动现象；当电流继电器的定制较大时，电流保护的拒动现象比较严重；
3.2 电流互感器饱和对差动保护的影响
当在区外发生短路故障时，会产生穿越型较大的短路电流，从而直接引起电流互感器的饱和，进而引起比较大的虚假差动电流。如果各测量点的电流互感器饱和程度存在差异，那么影响差动保护更为严重。如果产生的工作点刚好符合比率差动保护的条件，那么在不采取任何稳定措施的情况下，会导致比率差动的误动作。
当在区内发生短路故障，电流互感器饱和之后，制动电流和差动电流的测量值也会受到影响，制动电流和差动电流的比值不仅没有发生很大变化，而且还会满足差动保护动作条件，受此影响，差动保护仍然可以正常动作。
3.3 CT饱和对距离保护的影响
在理论中，在线路末端发生故障不会产生电流互感器饱和问题和误动问题，而在输电线出口附近发生故障才会出现电流互感器饱和状态。但是在现实的操作中，受短输电线路不断增加和电力系统发电容量不断增加的影响，短输电线路出现故障，很有可能出现加大的短路电流。同时，由于存在10%误差曲线和电流互感器二次侧负载不匹配的情况，极易诱发电流互感器铁心饱和。当电流互感器在饱和状态下，会在二次输出非常不稳定的电流，进而对距离保护继电器的效果产生影响。在电流互感器饱和状态，不同的微机距离的保护算法对超越程度产生的影响也是不同的，比较常用的有两种算法，一种是富式算法，一种是解微分方程算法。具体内容如下：
（1）富氏算法
在电流互感器饱和轻微的情况下，全波富式算法超越的情况最为严重。随着饱和程度的不断加大，超越情况逐渐变轻，持续时间也随之缩短。加差分半波富氏算法在任何程度下的cT饱和都会产生超越行为，且饱和程度越严重，超越持续的时间越长，幅度越大。而加差分全波富氏算法只有在CT发生轻微饱和时才会存在超越行为。
（2）解微分方程的算法
当数据窗是全波矩形窗，会发生单相接地故障时，CT不论处于何种饱和程度下的算法都存在暂态超越行为，并且暂态超越的程度和时间与饱和程度成同一方向变化。当数据窗为Turkey窗时，单相接地或是相问故障时都会存在暂态超越行为，但是两种暂态超越行为有所不同。在相间故障时，CT饱和程度越高则超越情况越轻微；在单相接地故障时，CT饱和程度越高超越情况越严重。
4、解决电流互感器饱和问题的具体方法
4.1 选择合适的电流互感器
为了保证互感器饱和特性不影响保护的正常动作，需要选择合适的电流互感器。在进行选择时，电流互感器的基本要求就是保证在稳态对称短路电流下的误差范围内。对电流互感器选型时要充分考虑到电流互感器的暂饱和问题，依据具体的运行状态和情况选择合适的电流互感器。
4.2 减小二次阻抗值
（1）缩短二次电缆接线长度
由于电流互感器的主要负载是二次电缆的阻抗，因此在对继电保护装置进行安装时应该选择就地安装的方式，尽量缩短二次电缆的接线长度，减小电流互感器负担，避免电流互感器的饱和。同时，就地安装还能简化二次回路，提高供电稳定性。但是就地安装继电保护装置对自身装置性能有很高的要求，需要具备抗强电磁干扰能力和在恶劣气候环境下运行的能力。
（2）减少cT的二次额定电流
使用一次电流倍数高和额定容量大的互感器，可以实现减小二次阻抗值的目的。同时，因为功率和电流平方成正比，在负载阻抗不变，电流互感器的二次额定电流降低时，二次回路功率会成倍降低，电流互感器就不易产生饱和。
（3）采取措施限制短路电流
短路电流的幅值是引起电流互感器饱和的一个重要因素。因此，为了避免电流互感器出现饱和，可以通过限制短路电流。可以在电力系统中较高一级的电压等级中实施分列运行方式实现限制短路电流的幅值。
（4）选用具有抗电流互感器饱和能力的继电保护装置
这种抗电流互感器饱和能力的继电保护装置本身就有很强的抗饱和能力。分辨保护装置的方法主要有时差辨别法、电流波形识别法以及谐波含量辨别法等。同时，使用在差动保护装置增加附加稳定特性区可以避免电流互感器饱和造成的区外故障保护误动作。
5、结束语
综上所述，电流互感器饱和现象一直是影响电力系统保护装置正确动作的重要因素。因此，一定要采取适当措施避免电流互感器产生饱和现象，确保继电保护装置动作的正确性，提高供电质量。
【关键词】电流互感器，继电保护装置，单相接地
【中图分类号】TM452 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0048-02
1、引言
随着经济的不断发展，供电系统的容量在不断增加，系统短路电流也不断激增，影响电流互感器饱和的问题也随之而来。电流互感器一旦发生饱和，不就降低了故障测距的准确性，而且还会造成继电保护的误动作、拒动或者是延迟动作。比较常见的电流互感器饱和有两种，一种是稳态饱和，一种是暂态饱和。稳态饱和出现的原因是一次电流值过大，致使二次电流不能够正确地传变一次电流。暂态饱和的原因则是由于大量非周期分量进入电流互感饱和区域中造成的。
2、影响电流互感器饱和的相关因素
电流互感器按照用途可分为计量用互感器和保护用互感器。与保护用互感器相比，计量用互感器的精度更加高，且非常容易饱和，这样可以有效避免系统发生故障时产生的较大短路电流破坏计量表。依据保护用互感器对暂饱和问题的不同处理方法，还可分为TP类和P类。电流互感器饱和程度和励磁阻抗能力成反比，即当电流互感器的饱和程度越高，励磁阻抗能力就越小，励磁电流的急速增大，对互感器的准确性造成严重影响，从而影响正确的保护动作。有时会使一次电流全音陵成励磁电流，继而二次电流成为零，这是最为严重的情况。当出现电流中含有大量的非周期分量或者电流过大的非正常情况，都可以造成互感器饱和。当出现互感器饱和引起误差过大时，继电保护的正确动作受到限制，继而影响电力系统的安全运行。
影响电流互感器饱和的主要原因有四点，具体分析如下。第一，一次电流中的非周期分量影响着励磁电流中的非周期分量，当一次电流中的非周期分量增大时，励磁电流中的非周期分量也随之增大，电流互感器的饱和程度也就越高。第二，电流互感器的二次负载越大时，励磁电流的周期分量也越大，导致电流互感器始终处在饱和状态。第三，励磁电流中没有非周期分量，但是后非周期分量逐渐增大，使电流互感器饱和。第四，一次系统时间常数越大，励磁电流中的非周期分量减退越缓慢，电流互感器的饱和时间就越长。这四种因素没有将铁芯剩磁因素考虑在内，如果电压较低时，铁心会很接近饱和状态，对继电保护的正确动作产生影响。同时，如果存在剩磁影响，当剩磁方向和励磁电流的非周期分量与之相对应的磁通方向相同时，铁心会很快进入饱和状态。
3、电流互感器饱和对继电保护装置的影响
3.1 电流互感器饱和对电流保护的影响
电流保护动作的判断依据是在流入电流继电器的短路电流二次值大于电流继电器的定值。而当电流互感器饱和后，流入电流继电器的短路电流的二次值会变小，此时电流继电器的定值大于二次值，有可能会导致拒绝实施继电保护动作。当电流继电器的定制非常小时，不会出现电流保护的拒动现象；当电流继电器的定制较大时，电流保护的拒动现象比较严重；
3.2 电流互感器饱和对差动保护的影响
当在区外发生短路故障时，会产生穿越型较大的短路电流，从而直接引起电流互感器的饱和，进而引起比较大的虚假差动电流。如果各测量点的电流互感器饱和程度存在差异，那么影响差动保护更为严重。如果产生的工作点刚好符合比率差动保护的条件，那么在不采取任何稳定措施的情况下，会导致比率差动的误动作。
当在区内发生短路故障，电流互感器饱和之后，制动电流和差动电流的测量值也会受到影响，制动电流和差动电流的比值不仅没有发生很大变化，而且还会满足差动保护动作条件，受此影响，差动保护仍然可以正常动作。
3.3 CT饱和对距离保护的影响
在理论中，在线路末端发生故障不会产生电流互感器饱和问题和误动问题，而在输电线出口附近发生故障才会出现电流互感器饱和状态。但是在现实的操作中，受短输电线路不断增加和电力系统发电容量不断增加的影响，短输电线路出现故障，很有可能出现加大的短路电流。同时，由于存在10%误差曲线和电流互感器二次侧负载不匹配的情况，极易诱发电流互感器铁心饱和。当电流互感器在饱和状态下，会在二次输出非常不稳定的电流，进而对距离保护继电器的效果产生影响。在电流互感器饱和状态，不同的微机距离的保护算法对超越程度产生的影响也是不同的，比较常用的有两种算法，一种是富式算法，一种是解微分方程算法。具体内容如下：
（1）富氏算法
在电流互感器饱和轻微的情况下，全波富式算法超越的情况最为严重。随着饱和程度的不断加大，超越情况逐渐变轻，持续时间也随之缩短。加差分半波富氏算法在任何程度下的cT饱和都会产生超越行为，且饱和程度越严重，超越持续的时间越长，幅度越大。而加差分全波富氏算法只有在CT发生轻微饱和时才会存在超越行为。
（2）解微分方程的算法
当数据窗是全波矩形窗，会发生单相接地故障时，CT不论处于何种饱和程度下的算法都存在暂态超越行为，并且暂态超越的程度和时间与饱和程度成同一方向变化。当数据窗为Turkey窗时，单相接地或是相问故障时都会存在暂态超越行为，但是两种暂态超越行为有所不同。在相间故障时，CT饱和程度越高则超越情况越轻微；在单相接地故障时，CT饱和程度越高超越情况越严重。
4、解决电流互感器饱和问题的具体方法
4.1 选择合适的电流互感器
为了保证互感器饱和特性不影响保护的正常动作，需要选择合适的电流互感器。在进行选择时，电流互感器的基本要求就是保证在稳态对称短路电流下的误差范围内。对电流互感器选型时要充分考虑到电流互感器的暂饱和问题，依据具体的运行状态和情况选择合适的电流互感器。
4.2 减小二次阻抗值
（1）缩短二次电缆接线长度
由于电流互感器的主要负载是二次电缆的阻抗，因此在对继电保护装置进行安装时应该选择就地安装的方式，尽量缩短二次电缆的接线长度，减小电流互感器负担，避免电流互感器的饱和。同时，就地安装还能简化二次回路，提高供电稳定性。但是就地安装继电保护装置对自身装置性能有很高的要求，需要具备抗强电磁干扰能力和在恶劣气候环境下运行的能力。
（2）减少cT的二次额定电流
使用一次电流倍数高和额定容量大的互感器，可以实现减小二次阻抗值的目的。同时，因为功率和电流平方成正比，在负载阻抗不变，电流互感器的二次额定电流降低时，二次回路功率会成倍降低，电流互感器就不易产生饱和。
（3）采取措施限制短路电流
短路电流的幅值是引起电流互感器饱和的一个重要因素。因此，为了避免电流互感器出现饱和，可以通过限制短路电流。可以在电力系统中较高一级的电压等级中实施分列运行方式实现限制短路电流的幅值。
（4）选用具有抗电流互感器饱和能力的继电保护装置
这种抗电流互感器饱和能力的继电保护装置本身就有很强的抗饱和能力。分辨保护装置的方法主要有时差辨别法、电流波形识别法以及谐波含量辨别法等。同时，使用在差动保护装置增加附加稳定特性区可以避免电流互感器饱和造成的区外故障保护误动作。
5、结束语
综上所述，电流互感器饱和现象一直是影响电力系统保护装置正确动作的重要因素。因此，一定要采取适当措施避免电流互感器产生饱和现象，确保继电保护装置动作的正确性，提高供电质量。