P類電流互感器鐵心飽和問題探析

榮先偉　國網(wǎng)山東省電力公司寧陽縣供電公司　山東泰安　271400

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P類電流互感器鐵心飽和問題探析

榮先偉國網(wǎng)山東省電力公司寧陽縣供電公司山東泰安271400

【文章摘要】

用于保護裝置的電流互感器，對其性能的基本要求是在限定應用條件下的誤差比例應在規(guī)定的范圍之內(nèi)，但是電流互感器在應用過程突出的問題就是系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，電流會通過短路電路引起鐵心飽和，從而導致互感器中激勵電流磁通量增加，從而影響到電流互感器的傳變誤差，因此，在進行電路工程設(shè)計選擇使用保護類電流互感器時，需要采用合適的設(shè)計措施，降低鐵心飽和所帶來了的誤差影響。

【關(guān)鍵詞】

保護用電流互感器；鐵心飽和問題；探究

電流互感器的主要作用是將回路中的一次大電流成正比例的轉(zhuǎn)變?yōu)槎涡‰娏鞯谋Ｗo裝置，電流轉(zhuǎn)化后供測試儀器、儀表和繼電保護裝置測量。與普通變壓器不同的是，其輸出的容量比較小，通常情況下電流不會超過10安培。在電路設(shè)計過程中，對于保護用電流互感器的基本要求是在規(guī)定應用條件下，將誤差限制在規(guī)定的范圍下，這些裝置在應用過程中突出的問題就是鐵心飽和問題，這種問題的出現(xiàn)就顯著增加了電流互感器傳變誤差，因此，在保護用電流互感器時，應采取好保護措施降低鐵心飽和所帶來的影響。保護用電流互感器通常情況下應用于中壓系統(tǒng)中。在應用過程中，在不考慮暫態(tài)飽和問題的前提下，繼電器保護裝置必須采取措施，防治互感器暫態(tài)飽和引起電路保護裝置出現(xiàn)不正確的制動。

1　保護用電流互感器鐵心飽和問題分析

1.1穩(wěn)態(tài)飽和

圖1　磁通的變化

保護用電流互感器鐵心飽和是由其所選用的鐵心的磁電特性所決定的，在保護用電流互感器剩磁為零的基礎(chǔ)上，會產(chǎn)生如圖1的變化。但是在實際應用過程中，保護用電流互感器勵磁曲線是由上述圖簡化而來。在實際應用過程中，如果增加保護用電流互感器中的一次大電流，則其有效的二次電壓也需要適當增加，這樣才能保證互感器輸出相對應的二次電流。而當二次電壓高出一定標準之后，就會出現(xiàn)保護用電流互感器鐵心飽和的問題。

1.2保護用電流互感器的剩磁現(xiàn)象

任何有鐵心的電氣設(shè)備，即使在勵磁燈電流下降為0值的前提下，也會出現(xiàn)余磁現(xiàn)象。而剩磁對保護用電流互感器的影響也是十分顯著的，剩磁是隨著保護用電流互感器二次電流以及負載阻抗而確定的。而剩磁對瞬態(tài)磁通的效應是呈現(xiàn)增加還是減少，取決于剩磁和磁通量的變化方向是否一致，剩磁越高則保護用電流互感器鐵心飽和現(xiàn)象越嚴重。

1.3飽和時間分析

保護用電流互感器鐵心飽和的起始時間通常保護裝置結(jié)構(gòu)原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電氣元件有密切聯(lián)系，因此，起始時間對繼電保護裝置的設(shè)計和應用效果影響十分大，一般情況下保護用電流互感器起始飽和時間與以下幾個因素有關(guān)：首先，一次電流產(chǎn)生偏移的程度。電流系統(tǒng)X/R和故障初始相位決定了一次電流波形偏移程度，直流分量會持續(xù)增加磁通量，一次電流的偏移程度越高，鐵心飽和時間越短；其次，故障電流值。當電流程度相同時，偏移電正比與電力正弦分量的數(shù)值越大，磁通量達到飽和的時間也會越短；再次，鐵心的剩磁量。剩磁量增加或者減少是由其它機理產(chǎn)生的磁通影響，取決于它們之間相對的特性，當總的磁通量增加時，鐵心飽和的時間就會縮短，磁通量達到足夠標準后，鐵心在較短時間內(nèi)就會達到飽和；最后，飽和電動勢。保護用電流互感器中二次勵磁阻抗取決于鐵心的大小和鐵心的材質(zhì)，其橫截面積越大，達到飽和要求的磁通量就會越大，飽和電動勢就會越高，在其它因素不變時，達到飽和所用的時間也就會越長。

2　防治保護用電流互感器鐵心飽和的對策和方法

2.1應用氣隙式電流互感器

一般的電流互感器的氣隙較小，剩磁可以達到飽和程度的九成以上，但是專門的氣隙式電流互感器的鐵心其剩磁量很少，大概為飽和密度的一成左右，因此，在電路設(shè)計過程中應用氣隙式電流互感器可以顯著改善穩(wěn)態(tài)飽和問題，但是在應用氣隙式電流互感器過程中，除了其電流比誤差以及相角誤差比較嚴重之外，當一次電流斷開之后，氣隙式電流互感器的剩磁衰減速度比較慢，持續(xù)時間大概為1s左右，這段時間可以引起二次電流出現(xiàn)緩慢衰減的情況，這種問題會嚴重影響到繼電器正常的使用。應用氣隙式電流互感器過程中，可能是會引起短路失靈或者繼電器錯誤制動，因此，現(xiàn)階段電力系統(tǒng)中應用氣隙式電流互感器并不是十分普遍。

2.2使用電子式的電流互感器

采用法拉第原理等磁光變化原理制成的電子式電流互感器應用到電力系統(tǒng)是一種不錯的選擇。這種電流互感器直接應用光照進行信息交換和信號傳輸，與高電壓電路完全隔離，其不會受到電磁干擾，具有不飽和、測量范圍廣、效應頻率寬、體積小以及重量輕、方便進行數(shù)字傳輸?shù)葍?yōu)點，其二次輸出的不是電流，而是與一側(cè)瞬間電流成正比的模擬電壓。

2.3限制短路電流

對于已經(jīng)建設(shè)完成的中壓電力系統(tǒng)中，可以在較高一級的電壓等級中采取一定措施限制短路電流的大小，可以應用分裂運行的模式，限制短路電流。分列運行后可能會造成電力系統(tǒng)可靠性降低，這時可以采用備用電源自動投入等方式來進行彌補，而對于新建的中壓電力系統(tǒng)短路電流可以通過多串聯(lián)幾個電抗器等方法來降低短路電流。

2.4積極用用抗飽和能力強的繼電保護裝置

首先，采用對電流飽和程度不敏感保護原理設(shè)計電路，通常情況下，采用相位判別原理的繼電器比采用幅值判斷原理的繼電器的抗電流互感器鐵心飽和能力要好的多；其次，采用對電流互感器鐵心飽和不敏感的微型保護裝置。在判別過程中，瞬時值判別比平均值判別或者有效值判別的鐵心保護性能要好的多。對于電力系統(tǒng)中帶有限制的保護裝置，電流的非周期分量對繼電保護裝置的動作是否準確和穩(wěn)定影響不是很大，因此，采用全電流判別比采用其它判別方式抗電流互感器鐵心飽和性能要更好；最后，有效使用電流不飽和段的信息。電流互感器在電流轉(zhuǎn)換方向后一段時間內(nèi)處于不飽和狀態(tài)，在短路開始的1/4周期內(nèi)也是不飽和的，可以有效的利用這些不飽和電流，采用快速判斷等方式，在電流飽和之前做出迅速的判斷。

3　結(jié)語

電力系統(tǒng)進行建設(shè)和改造，其主要目的是為了增強電力企業(yè)的供電可靠性，但是在改造過程中也顯著增加了系統(tǒng)的短路電流，從而使電流互感器更容易出現(xiàn)飽和，因此，在設(shè)計和選擇電流互感器過程中，必須采取有效措施避免出現(xiàn)飽和，提高系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性。

【參考文獻】

陳宏山,余江,周紅陽.繼電保護受電流互感器飽和的影響及防誤動措施[J]. 南方電網(wǎng)技術(shù). 2013(01)