淺談繼電保護(hù)互感器技術(shù)的應(yīng)用與不足

保明東

摘要：電流互感器在變電站內(nèi)數(shù)量較多，是確保系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。若電流互感器出現(xiàn)故障，將引起斷路器跳閘，甚至演變?yōu)橥ｋ娛录?，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成不利影響?；ジ衅骷夹g(shù)是電網(wǎng)安全保護(hù)工作的重要組成部分，呼吁技術(shù)人員關(guān)注和研究互感器技術(shù)，為電網(wǎng)安全保護(hù)工作貢獻(xiàn)力量。簡要介紹了互感器技術(shù)在繼電保護(hù)工作中的應(yīng)用，提出了當(dāng)前互感器技術(shù)的不足。

關(guān)鍵詞：互感器技術(shù);繼電保護(hù);光電式互感器

引言

隨著科技的發(fā)展，人們對電力的需求和質(zhì)量要求都在不斷提升，導(dǎo)致電網(wǎng)輸配變?nèi)萘坎粩嘣黾樱娋W(wǎng)的安全保護(hù)工作壓力也越來越大。作為電力系統(tǒng)檢測、繼電保護(hù)的基礎(chǔ)，互感器技術(shù)成為電網(wǎng)運(yùn)行中不可或缺的重要組成部分。

1電流互感器對繼電保護(hù)的影響

我們都知道，電流保護(hù)是指在當(dāng)電器的電流突然增大的某一個瞬間，對電器進(jìn)行保護(hù)的一種瞬間保護(hù)動作，只要是在電流互感器的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了電路的故障，如果說故障電流中的非洲期分量過多的時候，整個電流互感器就會出現(xiàn)飽和的情況，當(dāng)然這種情況也只是短暫的。但是，即使說我們有了這種保護(hù)裝置，在故障產(chǎn)生的時候存在在保護(hù)裝置中的故障電流并不大多，就會導(dǎo)致這種保護(hù)并不到位，也就是無法有效的保護(hù)電流電器。而也正是因?yàn)檫@種保護(hù)值沒有達(dá)到，所以我們只有等到非周期的分量衰減后，電流互感器的線性恢復(fù)到原來的樣子，這時對電流的保護(hù)才會起作用。但是一旦在電流互感器的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了三股電流的沖撞故障，那么在這三種電流中總會有一種電流的電流含量是非常小的。該項(xiàng)故障電流與實(shí)際電流非常接近。因此，當(dāng)在電流互感器的保護(hù)區(qū)范圍之內(nèi)發(fā)生了三種電流相互沖撞的故障情況的時候電流速斷保護(hù)就不會收到電流互感器暫時飽和狀態(tài)的影響。

2現(xiàn)有互感器技術(shù)的不足

（1）互感器誤差?；ジ衅魅菀资芴囟ㄒ蛩赜绊?，如線圈匝數(shù)、磁芯橫截面積、電流頻率等因素影響，導(dǎo)致互感器二次回路誤差較大。二次回路的較小誤差，折算到一次回路就是一個較大的誤差，容易導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置誤動作和拒動，對電網(wǎng)的安全運(yùn)行危害極大。電力系統(tǒng)中存在大量的感性負(fù)荷和容性負(fù)荷，這些感性負(fù)荷和容性負(fù)荷在一定條件下會產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，引起諧振過電壓;在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，導(dǎo)致非故障相電壓升高、引起發(fā)生位移;單相接地電弧熄滅后，容易導(dǎo)致電壓互感器的鐵芯飽和。諧振現(xiàn)象、單相接地故障、積極單相接地短路電流電弧熄滅等，均可能引起電壓互感器嚴(yán)重誤差。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地時非故障相對地電壓上升到根號三倍，因單相短路接地時可帶故障運(yùn)行兩小時，電壓互感器不但誤差很大而且易導(dǎo)致過熱損壞。（2）鐵磁諧振。鐵磁諧振是由于鐵磁心的非線性特性等原因，電壓互感器磁芯飽和之后發(fā)生持續(xù)性的諧振過電壓現(xiàn)象。如果線路所帶負(fù)荷呈較大感性負(fù)荷，同時帶有大容量的深井泵。當(dāng)系統(tǒng)電壓出現(xiàn)波動或持續(xù)性諧波，電路中電流或電壓發(fā)生突變，可能導(dǎo)致電壓互感器鐵心迅速飽和、感抗減小，當(dāng)感抗小于容抗時，就有可能產(chǎn)生鐵磁諧振。鐵磁諧振會導(dǎo)致電壓互感器產(chǎn)生很大的激磁電流和電壓突變。嚴(yán)重時，將導(dǎo)致磁心的溫度迅速升高，導(dǎo)致電壓互感器燒壞。

3互感器技術(shù)繼電保護(hù)的應(yīng)用

3.1電壓保護(hù)

電壓保護(hù)是指電壓互感器并聯(lián)在被測電流中，測量被測電路電壓峰值、有效值、零序電壓、相位、頻率等因數(shù)，間接控制對電壓峰值過高、過電壓、低電壓、相位異常和頻率偏高等電壓異常情況進(jìn)行保護(hù)切斷。目前通常電壓保護(hù)有過電壓保護(hù)、低電壓保護(hù)等。過電壓是指任何峰值大于正常運(yùn)行下穩(wěn)態(tài)電壓的相應(yīng)最大峰值的電壓。過電壓保護(hù)分為瞬態(tài)過電壓和暫態(tài)過電壓，瞬態(tài)過電壓是指持續(xù)時間極短，如雷擊、開關(guān)操作、靜電放電等。瞬態(tài)過電壓主要通過防雷裝置保護(hù)。而暫態(tài)過電壓持續(xù)時間比較長，在0.1～1000ms之間，主要有諧振過電壓、甩負(fù)荷過電壓、中性點(diǎn)漂移導(dǎo)致的過電壓和轉(zhuǎn)移過電壓等。這些過電壓故障嚴(yán)重時可能導(dǎo)致電器設(shè)備損壞，電器絕緣被擊穿等，危害極大，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)及用電用戶安全。因此，過電壓保護(hù)是繼電保護(hù)中的重要項(xiàng)目之一。電壓保護(hù)使用電壓互感器并聯(lián)在被測回路中，用較低的變壓互感器的二次回路電壓替代被測電壓，以達(dá)到安全、有效的繼電保護(hù)工作。

3.2過電流保護(hù)

過電流保護(hù)是指當(dāng)電流超過預(yù)定最大值時，保護(hù)裝置動作切斷隔離過電流回路的保護(hù)。過電流保護(hù)分為短路速斷保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)，短路速斷保護(hù)是指發(fā)生相間短路或接地短路時，短路回路產(chǎn)生極大故障電流，保護(hù)裝置動作切斷被測回路的過程，過負(fù)荷是指線路所掛負(fù)荷容量超過了線路允許最大值，導(dǎo)致線路電流過高，從而使保護(hù)裝置動作的過程。過電流保護(hù)通常是使用電流互感器串聯(lián)在被測回路中，監(jiān)測被測回路電流峰值和有效值，當(dāng)被測回路出現(xiàn)電流大小超過設(shè)定的允許值時，互感器二次回路電流使保護(hù)裝置動作，達(dá)到切斷和隔離故障回路的效果。

3.3零序保護(hù)

零序保護(hù)是指在大短路電流接地系統(tǒng)中發(fā)生接地故障，導(dǎo)致線路產(chǎn)生零序電流、零序電壓，利用這些電氣量構(gòu)成保護(hù)原理的接地短路保護(hù)裝置。零序電流保護(hù)的原理，是在三相線路或N線上安裝電流互感器（CT），利用這些CT來檢測三相的電流，由此計(jì)算零序電流大小。當(dāng)線路上所接的三相負(fù)荷完全平衡時，線路無接地，可正常運(yùn)行;當(dāng)線路上所接的三相負(fù)荷不平衡，電路產(chǎn)生不平衡電流，不平衡電流達(dá)到了預(yù)設(shè)的動作值時使控制繼電保護(hù)裝置動作，從而達(dá)到零序保護(hù)的目的。同時，當(dāng)三相發(fā)生接地故障時，接地相產(chǎn)生一個很大的接地短路電流，此時的零序電流是三相不平衡電流與接地短路電流的矢量和，因此零序電流大小劇增，使零序保護(hù)動作，達(dá)到接地短路保護(hù)目的。

3.4差動保護(hù)

差動保護(hù)是輸入設(shè)備或線路兩端電流矢量差，當(dāng)電流矢量差達(dá)到設(shè)定的動作值時驅(qū)動保護(hù)裝置動作。差動保護(hù)是反映被保護(hù)設(shè)備或區(qū)域兩側(cè)電流差而動作的保護(hù)裝置。依照基爾霍夫定理，電路中流入同一個節(jié)點(diǎn)的所有電流的矢量和等于零。把被保護(hù)的電氣設(shè)備看成是一個節(jié)點(diǎn)，那么正常時流進(jìn)被保護(hù)設(shè)備的電流和流出的電流相等，差動電流等于零。當(dāng)變壓器、電動機(jī)發(fā)電機(jī)等設(shè)備出現(xiàn)故障時，流進(jìn)被故障設(shè)備的電流和流出的電流不相等，即存在差動電流。使用電流互感器（CT）檢測故障設(shè)備兩端電流，則流入CT電流互感器的兩端電流存在一個矢量差即差動電流，當(dāng)差動電流達(dá)到了設(shè)定的動作值時，使差動保護(hù)裝置動作，繼而達(dá)到切斷故障設(shè)備和回路的效果。差動保護(hù)通常作為變壓器主保護(hù)，是繼電保護(hù)中最重要的保護(hù)之一。

結(jié)束語

互感器技術(shù)是繼電保護(hù)的基礎(chǔ)，在繼電保護(hù)工作中占據(jù)重要地位。但由于現(xiàn)有的互感器仍有很多不足之處，致使繼電保護(hù)工作事故時有發(fā)生，或需要投入大量運(yùn)檢人工，才能確保電網(wǎng)保護(hù)正常運(yùn)行。新型電子式互感器因其線性特性好、誤差小、受環(huán)境影響低等優(yōu)點(diǎn)，將會是電磁式互感器技術(shù)的理想替代品。

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