主變高壓側(cè)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(wěn)態(tài)特性，對(duì)互感器等值電路參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，建立互感器數(shù)學(xué)分析模型，依據(jù)模型，對(duì)互感器誤差特性曲線進(jìn)行分析和研究，提出額定二次極限電動(dòng)勢(shì)法，采取實(shí)測(cè)的拐點(diǎn)電壓的方法對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)算，并利用實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)對(duì)互感器飽和程度進(jìn)行數(shù)字仿真，仿真結(jié)果表明與理論分析相一致。

關(guān)鍵詞：主變高壓側(cè)；電流互感器；抗短路電流；等值電路參數(shù)；數(shù)學(xué)分析模型；實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

220kV電力系統(tǒng)電流互感器飽和問(wèn)題長(zhǎng)期存在，也是系統(tǒng)穩(wěn)定性以及動(dòng)作保護(hù)裝置靈敏性的研究重要課題。采用暫態(tài)仿真軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，根據(jù)仿真結(jié)果，220kV系統(tǒng)選用TPY級(jí)暫態(tài)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(nèi)，有利于提高重合閘及斷路器保護(hù)靈敏度。

1 CT理論計(jì)算分析

1.1 TA的等值電路與參數(shù)計(jì)算

電流互感器原理是一次繞組中存在電流通過(guò)電磁感應(yīng)，二次繞組上會(huì)產(chǎn)生一定的感應(yīng)電流，在理論分析方面采取等值電路計(jì)算。

CT電勢(shì)（電壓）、電流和阻抗，一次折算至二次的計(jì)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(yīng)電勢(shì)、電流、阻抗；Z為阻抗。

折算得到一次和二次的感應(yīng)電勢(shì)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(shù)比；Es為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；Us為二次電壓；Za和Zb分別為一二次繞組阻抗和負(fù)載阻抗；Ze為二次勵(lì)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(huán)壓縮的辦法來(lái)描述鐵芯的暫態(tài)磁化特，首先假定鐵芯磁化曲線的主磁滯回環(huán)和次磁滯回環(huán)具有相似性，由主磁滯回環(huán)壓縮生成次磁滯回環(huán)，再用反正切函數(shù)擬合主磁滯回環(huán)：。

式中α、h、β、C均為常數(shù)。

圖2給出了互感器鐵芯動(dòng)態(tài)磁化曲線圖：

圖2 互感器鐵芯動(dòng)態(tài)磁化曲線圖

1.3 TA誤差特性曲線分析

通過(guò)實(shí)測(cè)CT伏安特性繪曲線，從而達(dá)到10%誤差分析目的，對(duì)于差動(dòng)保護(hù)，由于外部故障時(shí)，差動(dòng)繼電器僅流過(guò)不平衡電流，故障電流不流過(guò)差動(dòng)繼電器，所以試驗(yàn)時(shí)應(yīng)將差動(dòng)繼電器的線圈短接。在星形連接電路中，需要在CT二次側(cè)A-N、B-N、C-N進(jìn)行電壓、電流實(shí)驗(yàn)，根據(jù)各相負(fù)載阻，可以計(jì)算CT二次最大負(fù)載Zfh，Zfh取各相最大值。對(duì)于三角形接線，分別從AB、BC、CA通入試驗(yàn)電壓電流。其中，，，計(jì)算出A、B、C相阻抗：

根據(jù)CT二次接線方式和故障類型，確定CT二次最大負(fù)載Zfh。

一般情況下，為繼電器線圈阻抗，為連接導(dǎo)線阻抗，其他CT接線方式最大負(fù)載Zfh計(jì)算，對(duì)于有差回路的差動(dòng)保。對(duì)于互感器誤差分析則是根據(jù)計(jì)算電流倍，曲線上可以分析出允許二次最大負(fù)的值域。<時(shí)，能夠滿足CT的10%誤差范圍，≥時(shí)，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(yàn)算

2.1 電流互感器性能要求

根據(jù)電力設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，主變一次側(cè)繼電保護(hù)用CT的選取，通常首先確定一次側(cè)電流總負(fù)荷值和二次側(cè)負(fù)載狀況后，電流時(shí)域幅值誤差必須不大于10%，角度誤差控制在7度以內(nèi)。本文采選取TPY級(jí)保護(hù)CT，以10%誤差曲線對(duì)電流互感器的性能進(jìn)行驗(yàn)算。通常規(guī)程對(duì)CT性能要求綜合分析主要內(nèi)容如下：（1）保護(hù)區(qū)域內(nèi)發(fā)生故障的，在CT保護(hù)可靠性具備滿足條件下，電流互感器誤差以對(duì)主變差流速斷保護(hù)穩(wěn)定性為主要性能考慮要求；（2）保護(hù)區(qū)域以外產(chǎn)生比較嚴(yán)重故障狀況時(shí)，CT誤差需滿足動(dòng)作的穩(wěn)定性條件，防止選擇性誤動(dòng)作發(fā)生，電流互感器誤差應(yīng)滿足主變差動(dòng)保護(hù)的性能

要求。

2.2 TPY級(jí)電流互感器驗(yàn)算方法

判斷電流互感器在所接負(fù)載情況下是否滿足誤差要求，采用額定二次極限電動(dòng)勢(shì)取實(shí)測(cè)的拐點(diǎn)電壓的方法。根據(jù)分析，二次側(cè)負(fù)載呈電阻特性時(shí)，負(fù)載額定阻抗假定為ZN，一次測(cè)電流為額定電流最大極限值，此時(shí)的電流互感器誤差能夠滿足10%以下區(qū)域范圍要求，CT鐵芯為磁滯極限飽和狀態(tài)，額定二次極限電動(dòng)勢(shì)和伏安特性曲線中的拐點(diǎn)電壓Ug相一致。

額定極限二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ES：

（5）

式中：

K——暫態(tài)系數(shù)

——繼電保護(hù)校驗(yàn)系數(shù)

—CT二次直流繞組電阻

——二次負(fù)荷實(shí)測(cè)值

Ug>ES時(shí)，CT滿足驗(yàn)算測(cè)試要求。

在校驗(yàn)電流互感器特性是否滿足實(shí)際對(duì)稱短路電流倍數(shù)和規(guī)定二次循環(huán)的要求時(shí)，需要依據(jù)CT有關(guān)參數(shù)。一般滿足≥，為保護(hù)要求電動(dòng)勢(shì)。

為額定等效二次極限電動(dòng)勢(shì)且需要滿足：

（6）

式中：

——額定對(duì)稱短路電流倍數(shù)

——暫態(tài)面積系數(shù)

——額定二次回路負(fù)荷電阻

——額定二次電流

采用（6）理論計(jì)算或者現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試獲取實(shí)際數(shù)據(jù)，通常以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，以上參數(shù)為電流互感器銘牌參數(shù)。

需要滿足：

（7）

式中：

——實(shí)際要求互感器的暫態(tài)面積系數(shù)

在C- -O工作循環(huán)過(guò)程，應(yīng)滿足：

（8）

式中：

——主變側(cè)時(shí)間常數(shù)

——負(fù)荷側(cè)時(shí)間常數(shù)

在C--O--C--O工作循環(huán)中，應(yīng)滿足：

（9）

3 結(jié)語(yǔ)

220kV主變電壓側(cè)電流互感器進(jìn)行了暫態(tài)飽和特性分析，建立了數(shù)學(xué)分析模型，并根據(jù)互感器誤差特性分析，采用等效電路計(jì)算和二次極限電動(dòng)勢(shì)法對(duì)分析進(jìn)行驗(yàn)算，在系統(tǒng)暫態(tài)仿真軟件中進(jìn)行暫態(tài)的飽和波形仿真，仿真結(jié)果和理論分析比較一致，為研究電流互感器飽和問(wèn)題提供了較好的參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙滿江.保護(hù)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(jié)能，2013，（2）.

（責(zé)任編輯：蔣建華）