谈短路故障与电流互感器抗饱和对策

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1、谈短路故障与电流互感器抗饱和对策　　：在电力系统中，电流互感器占据着不可替代的位置，其在运行中的稳定情况会影响着整个电力系统安全稳定运行。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主要因素。文章根据情况分析来防止电流互感器产生饱和现象，提出抗饱和对策。　　关键词：电流互感器；抗饱和；故障　　：TM452　　近期，南方电X连续发生了多起故障时电流互感器饱和事件中，有的暴露出一次短路电流大于或接近(达到80%)电流互感器额定准确限值一次电流，在暂态分量影响下迅速饱和的问题。为了防范电流互感器饱和带来的运行风险，对电流互感器抗

2、饱和电流互感器设计将是一项重要的课题。　　1电流互感器的原理　　电流互感器的一次、二次绕组采用减极性标注接法，如图1所示。　　　　一次电流；二次电流；一次绕组匝数；二次绕组匝数；负荷阻抗　　图1：电流互感器原理　　当电流流过互感器的一次绕组时，建立一次磁动势，与一次绕组匝数的乘积就是一次磁动势，也称一次安匝。一次磁动势分为2部分，其中一小部分用来励磁，使铁心中产生磁通，其余大部分用来平衡二次磁动势。二次磁动势也称二次安匝，是二次电流与二次绕组的乘积。用以励磁的叫励磁磁动势，也叫励磁安匝，是与一次绕组的乘积。电流互感器的磁动势平衡方程

3、式如下　　，（1）　　或者写成。（2）　　忽略很小的励磁安匝　　，（3）　　，（4）　　（5）　　式中，为匝数比。　　电流互感器的等值电路如图2所示。　　　　二次感应电动势；二次负荷电压；一次电流；二次全电流；二次电流；励磁电流；一次匝数；二次匝数；匝数比；二次绕组电抗（低漏磁互感器可以忽略）；二次绕组电阻；二次负荷阻抗（包括二次设备及连接导线）；励磁阻抗　　图2电流互感器的等值电路　　　　　　2一次短路电流计算　　如图3所示，一次侧短路等效电路，短路一次电流瞬时值如下　　（6）　　式中：，分别为系统等值电抗、电阻；；为短路初始时(

4、)电压的相角，为短路电流的偏移度。　　令，（7）　　（8）　　式中：为短路电流稳态值的有效值；为系统的一次时间常数。　　考虑，则式(6)可表示为　　　　。（9）　　式(9)中，包括交流分量和按衰减的非周期分量(或称为直流分量)2部分，当时，2部分幅值相等，即短路电流100%偏移，如图3、图4所示。　　　　图3短路等效电路　　　　图4100%偏移电流波形　　3.励磁电流及二次电流　　电流互感器的基本关系式为　　（10）　　（11）　　式中：为励磁电流；为二次电流；为励磁阻抗(假设为纯电感)；，对低漏磁电流互感器，漏电感可忽略；。　　设

5、，，，　　由式(10)及式(11)消去Is，可得　　（12）　　用拉式变换将式(12)变为　　（13）　　将式(9)变为象函数代入式(13)，得　　（14）　　将其展开并求系数。设，可得（15）　　考虑到，，δ≈π/2。设二次负荷为纯电阻负荷并忽略电流互感器二次绕组漏抗，则，β=0，cosβ=1，上式可近似为（16）　　由式(10)求得二次电流为　　(17)　　根据式(17)，励磁电流可分为以下几个分量：　　(1)：式(17)中最右边一项为正弦形周期性强制分量，相当于稳态短路电流的励磁电流。　　(2)：右边第3项为非周期自由分量1，

6、它补偿短路初始时周期分量与初始励磁电流的差值。该量按二次回路时间常数衰减。　　(3)：右边第1项为励磁电流非周期强制分量，按一次电流时间常数衰减。　　(4)：右边第2项为非周期自由分量2，它补偿短路初始时非周期分量初始值。该量按第二次回路时间常数衰减。　　(5)：非周期分量(2)、(3)、(4)之和。　　在短路起始角度θ很小时，第(3)、第(4)项非周期分量绝对值很大，尽管短路开始时符号相反，互相抵消，但因衰减时间常数不同，可能出现很大非周期分量励磁电流。　　4.解决电流互感器饱和问题的方法　　4.1选型要求　　4.1.1材料的选型

7、　　适合工频使用的磁性材料有玻膜合金、纳米微晶、非晶、硅钢，它们的饱和磁感应强度分别是0.7，1.2，1.5，1.9T。因此，从缩小体积来看，以选用硅钢为好;同时，在选择牌号上，应选用低剩磁牌号的。玻膜合金、纳米微晶由于有较高的磁导率、较小的励磁电流，在不抗饱和的CT中普遍采用。　　4.1.2结构的选型　　非周期性分量消失后，会在磁芯上产生一定的剩磁。由于正常工作时磁通密度很小，剩磁量是无法退掉的，所以，最好选择Ei结构的磁芯，它总是会有一点气隙，剩磁可以降低很多。在二次CT中，通常不考虑开气隙，主要是制作困难，一致性差。在不抗饱和

8、的CT中，通常选择环形结构，主要是它的漏磁小、磁路短，制作出的互感器精度高。　　4.2减小二次阻抗值　　4.2.1.缩短二次电缆接线长度　　CT的主要负载是二次电缆的阻抗，所以在安装继电保护装置时应选择就地安装，缩短二次电缆的接线长度