分析CT飽和對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響

李云強(qiáng),張桂平,張 濤（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司東平縣供電公司，山東泰安，271500）

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分析CT飽和對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響

李云強(qiáng),張桂平,張 濤
（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司東平縣供電公司，山東泰安，271500）

摘要：本文筆者對(duì)差動(dòng)保護(hù)裝置的由來(lái)及特性進(jìn)行了描述，并結(jié)合CT飽和所造成的影響，逐一分解出CT飽和原因所造成的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作情況，由此提出了基于減少短路的發(fā)生，選擇合適的互感器及安裝合適的繼電保護(hù)裝置等防止CT飽和的一系列方法。

關(guān)鍵詞：CT飽和電流互感器差動(dòng)保護(hù)

1　差動(dòng)保護(hù)的基本原理

在差動(dòng)保護(hù)過(guò)程中，主要的定律是基爾霍夫電流定律，即在電流元件內(nèi)流入的電流值始終與流出的電流值相等，也就是在向量的方向上兩者的和為零。對(duì)于線路的差動(dòng)保護(hù)按照其應(yīng)用的對(duì)象不同可分為多種類型，如對(duì)線路本身的保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)就是對(duì)電壓器進(jìn)行保護(hù)，對(duì)線路的母線部分進(jìn)行保護(hù)就是對(duì)母線的差動(dòng)保護(hù)。對(duì)變壓器的電流進(jìn)行保護(hù)就是對(duì)電流互感器進(jìn)行保護(hù)，使得電流在反向流入裝置后可以和正向流入的電流中和，以便使兩端的電流之和趨向平衡。當(dāng)回路內(nèi)的電流不平衡達(dá)到保護(hù)裝置的設(shè)定值時(shí)，保護(hù)裝置的保護(hù)動(dòng)作會(huì)將變壓器斷開(kāi)。在電流差動(dòng)保護(hù)過(guò)程中，其保護(hù)動(dòng)作只限于內(nèi)部故障的變壓器保護(hù)，而對(duì)外部設(shè)備的故障情況不予處理。在變壓器內(nèi)的電流產(chǎn)生不平衡現(xiàn)象時(shí)，其原因可能有以下幾種：

第一是在電流平穩(wěn)狀態(tài)下所發(fā)生的感應(yīng)電流不平衡，即在電流互感器達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)由此產(chǎn)生的感應(yīng)電流會(huì)引起電流的不平衡運(yùn)行，其不平衡電流相比于正常電流而言一般有10%的差距。再者是因保護(hù)裝置故障所引起的實(shí)際互感電流與計(jì)算電流不符合，由此產(chǎn)生非平衡電流。同時(shí)電壓互感器的電壓在調(diào)節(jié)之后所引起的電壓差也會(huì)產(chǎn)生不平衡電流。

第二是在線路突然斷電情況下引起的不平衡電流。如線路突然發(fā)生短路時(shí)，短路電流使內(nèi)部鐵芯的電壓飽和，由此產(chǎn)生的電壓誤差引起的不平衡電流；或者是在變壓器突然閉合或斷開(kāi)狀態(tài)下所引起的不平衡電流。因此從差動(dòng)保護(hù)的過(guò)程來(lái)分析，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的影響因素一般在于CT是否處于飽和狀態(tài)。如果在變壓器的CT處于不平衡狀態(tài)，那么將由此產(chǎn)生電流差。

2　CT飽和造成的影響

對(duì)CT的飽和情況進(jìn)行研究需要了解CT的工作原理，如在CT飽和時(shí)電流互感器的運(yùn)行狀態(tài)和暫態(tài)特性，另一方面為了了解電壓互感器對(duì)設(shè)備的差動(dòng)保護(hù)影響需要知曉電壓互感器的內(nèi)部原理。在此基礎(chǔ)上，可以得到CT飽和所造成的常見(jiàn)影響情況：

在電流互感器中，因?yàn)槎坞娏鲿?huì)流向保護(hù)系統(tǒng)裝置，因此需要對(duì)電網(wǎng)的設(shè)備進(jìn)行處理以反映出電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。因此在保護(hù)過(guò)程中最基本的條件就是能夠記錄下電流的波形變化情況和故障發(fā)生時(shí)電流的相位及變化率。在傳統(tǒng)的電流互感器裝置中，一般采用的是對(duì)互感器裝置內(nèi)的一次電流和二次電流進(jìn)行交換。當(dāng)線路電流很大并且互感器的內(nèi)部鐵芯處于飽和狀態(tài)時(shí)，將使CT出現(xiàn)飽和導(dǎo)致勵(lì)磁電流形成指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)。增長(zhǎng)過(guò)程中所含有的諧波將有損二次電流的強(qiáng)度，從而繼電保護(hù)裝置不能正確的判斷出是否應(yīng)該采取保護(hù)措施，因此需要對(duì)CT的飽和影響進(jìn)行分析，以免出現(xiàn)繼電保護(hù)裝置的錯(cuò)誤操作。其次是在電流互感器發(fā)生飽和時(shí)，會(huì)造成線路內(nèi)的電流發(fā)生變化從而造成整個(gè)系統(tǒng)的邏輯計(jì)算，電流信息與外界電網(wǎng)的情況不一致。一旦系統(tǒng)內(nèi)的電流信息出現(xiàn)異常，同樣會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置產(chǎn)生誤判。事實(shí)上，影響CT飽和的主要因素是CT本身和電路中的電流變化情況。在穩(wěn)定的電流情況下，一旦回路產(chǎn)生阻抗或者CT本身的特性參數(shù)發(fā)生了變化，將會(huì)直接導(dǎo)致線路電流產(chǎn)生微變。其次是在暫態(tài)情況下短路的電流會(huì)使電流的相位發(fā)生偏移，從而形成CT的嚴(yán)重飽和。CT發(fā)生嚴(yán)重飽和時(shí)，電流相位中的直流電較大，使得波形向時(shí)間軸偏移。而電流互感器中鐵芯的剩余電流又與直流分量的方向一致，從而加快了鐵芯的飽和速度。于是先前的一次電流全部轉(zhuǎn)化為了勵(lì)磁電流，對(duì)二次電流的影響程度將會(huì)更大。

3　防止CT飽和方法

根據(jù)差動(dòng)保護(hù)裝置的動(dòng)作是判斷CT飽和的重要方法，目前主要采用的是基于故障后線路內(nèi)的互感電流在間斷的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的飽和電流所引起的CT飽和。在線路短路或者電流互感器的特性參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，極易引起CT飽和現(xiàn)象的發(fā)生。防止CT飽和中一般的做法是在整體性能上提高對(duì)變壓器的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，可以歸納為以下幾點(diǎn)：

（1）盡量減少線路系統(tǒng)短路情況的發(fā)生，保持線路中的電流正常。短路電流引起CT飽和的重要因素，為避免此種情況的發(fā)生，可以考慮在運(yùn)行方式下限制電流的短路。比如在系統(tǒng)中可以利用較高級(jí)的電壓來(lái)控制較低一級(jí)的電壓，在短路電流過(guò)大的情況下可以采用串聯(lián)電阻來(lái)減小電流的大小。

（2）選擇合適型號(hào)的電流互感器和符合特性的繼電保護(hù)裝置。在選擇電流互感器時(shí)，需要考慮到電流的暫態(tài)情況，比如在線路電壓處于異常情況下的高壓設(shè)備設(shè)計(jì)，可以利用自帶的電流互感器對(duì)線路實(shí)現(xiàn)電壓下降。在選取過(guò)程中，不能利用電流的負(fù)荷大小來(lái)確定電流的大小，應(yīng)該在整個(gè)線路的保護(hù)組裝置處安裝可以保證最大電流的負(fù)載能力的保護(hù)措施?；蛘呖梢圆捎迷黾幼杩沟姆椒▉?lái)增加線路的電阻值，以實(shí)現(xiàn)對(duì)線路的保護(hù)。

（3）安裝繼電保護(hù)裝置應(yīng)選擇在合適的線路位置處，盡量就近或就地安裝以免增加電纜的負(fù)荷量，減少電纜的長(zhǎng)度避免CT飽和。對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行就地安裝后，可以對(duì)回路的裝置進(jìn)行優(yōu)化，提高了供電的安全穩(wěn)定性。但就地安裝繼電保護(hù)裝置對(duì)裝置本身有一定的要求，比如在環(huán)境惡劣的天氣中，裝置本身要有一定的抗磁能力和抗阻能力才能滿足就地安裝要求。再次對(duì)繼電保護(hù)裝置就地安裝可以減小線路中的電流，在整個(gè)電力系統(tǒng)的阻抗不變的情況下，減少回路中的電流可以減小功耗從而使CT不易飽和。

參考文獻(xiàn)

王勇,潘婧,鄧智勇.CT飽和對(duì)發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)影響及預(yù)防措施[J].機(jī)械工程師,2014,04:169-171.

Analysis of the influence of CT saturation on differential protection

Li Yunqiang,Zhang Guiping,Zhang Tao
（State Grid Shandong electric power company Dongping county power supply company Tai'an Shandong 271500）

Abstract：In this paper,the author to differential protection device of the origin and characteristics are described,and the combined effect caused by CT saturation,one by one to decompose the reason of CT saturation caused by the differential protection action, is put forward in this paper based on the occurrence of short circuit is reduced,select suitable current transformer and the appropriate installation relay protection device to prevent a series of methods for CT saturation.

Keywords：CT saturation current transformer differential protection