電力系統(tǒng)電流互感器飽和特性及其對繼電保護的影響力分析

葉瀚冰 于興羽 劉學敏

摘要：本文主要針對電力系統(tǒng)電流互感器飽和特征機器對繼電保護的影響進行了深入的探討以及詳細的研究，筆者結(jié)合自身實踐工作多年經(jīng)驗給出了具有建設(shè)性的意見和建議，希望能夠為同行業(yè)工作者提供有效的參考。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);電流互感器;繼電保護

電流互感器在電力系統(tǒng)中是在一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)之間起連接作用的重要電氣設(shè)備之一，隨著我國科學技術(shù)的發(fā)展以及社會經(jīng)濟的進一步提升，我國在電網(wǎng)投資比例上逐年增加，同時電力系統(tǒng)運行的可靠性也逐步改善?；ジ衅餍袠I(yè)在國內(nèi)已然形成了一支強大的制造力量，其中互感器的生產(chǎn)企業(yè)包括了國有企業(yè)、中外合資企業(yè)以及民企和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)。多年來這些企業(yè)共同努力創(chuàng)造質(zhì)量更好的電流互感器，進一步地推動了我國電力事業(yè)不斷向前發(fā)展與優(yōu)化。

1、電流互感器的飽和過程

電流互感器是一種電流的測量設(shè)備，其廣泛的應(yīng)用在電力系統(tǒng)二次側(cè)之中。在電流互感器進行日常運轉(zhuǎn)過程當中，因其本身的結(jié)構(gòu)特點因此會導致在運行過程當中產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)變誤差。同時也因為其具有飽和的作用，因此一旦發(fā)生電力系統(tǒng)短路故障問題電流互感器就會產(chǎn)生暫態(tài)飽和。影響機電保護裝置動作的準確性。由此可見，電流互感器的性能能夠直接地影響著電力系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)以及保護裝置的安全穩(wěn)定運行。

2、電流互感器的基本電路和等效電路模型

電流互感器的基本工作原理如下圖1所示：

從上圖一中可以看出，盡管電流互感器的一次繞組和二次繞組之間不存在通電聯(lián)系，然而他們都會繞在同一個鐵芯上。這種情況之下，二者之間便產(chǎn)生了磁路聯(lián)系。如果一次繞組處于通電的情況下且二次繞組不帶負載，則其相當于是一個帶鐵芯的電抗器，就會使得一次繞組的電壓將就和鐵心磁在該組中的變化率成下正比。在電流互感器進行日常的應(yīng)用過程當中，通常情況下電流互感器的一次繞組會接在測量的一測電路中，二次繞組則接在對應(yīng)的二次回路中。如果電流互感器處于正常運行狀態(tài)，那么此時二次測電流和一次電流就會產(chǎn)生正比關(guān)系，同時其二者之間的比例大小以及相角誤差值都會在其允許的范圍之內(nèi)?？偠灾?，如果當電力系統(tǒng)發(fā)生特定的故障時，電流互感器的一次和二次電流在正常情況下應(yīng)該是屬于正比例狀態(tài) 。因為電流互感器在結(jié)構(gòu)上與變壓器極為類似，因此也可以用變壓器的等值電路進行分析電流互感器，其分析圖如下圖2所示：

因為激勵電源是電流源，是電流主要流向兩個支路。一條支路是機子抗組所在的支路，另一條是負載所在的支路。由此可見，對于電流互感器而言，電流互感器的一次側(cè)以及二次側(cè)的電流并不是線性關(guān)系。因此在電力工程設(shè)計過程當中相關(guān)工作人員必須要通過控制電流互感器的二次側(cè)負載的阻值將其數(shù)值控制在小于激磁性阻抗的情況下。從而把激磁電流控制在低于負載電流之下，通過這種方式方法可以使得電流互感器的一次側(cè)以及二次側(cè)電流保持近似的線性關(guān)系。

3、電流互感器嚴重飽和對繼電保護裝置的影響

在電力系統(tǒng)中采用電流互感器可以將其看作是繼電保護裝置的測量設(shè)備。通過采用電流互感器進行測量，體現(xiàn)出二次側(cè)以及一次側(cè)電流成線性關(guān)系才可以完全的反應(yīng)一次側(cè)電流變化。同時繼電保護裝置方可按照整定的原則做出正確的動作。然而如果當鐵心發(fā)生飽和現(xiàn)象之后，電流互感器的轉(zhuǎn)變特性就發(fā)生了變化。其二次側(cè)電流并不能夠準確地反映出一次側(cè)電流的變化情況。同時一次側(cè)電流以及二次側(cè)電流之間也不會存在線性關(guān)系。因此可以看出，如果電流互感器作為繼電保護裝置的測量設(shè)備進行使用時，其保護裝置的數(shù)據(jù)采集功能就會受到一定的影響。在此種情況之下，便可以采用微機保護裝置進行計算。

4、電流互感器嚴重飽和對差動保護的影響

如果電流互感器在其使用過程當中達到了飽和狀態(tài)就可以針對區(qū)內(nèi)短路故障以及區(qū)外短路故障進行針對性地分析。通常情況下，如果系統(tǒng)存在區(qū)內(nèi)短路故障并且電流互感器達到了飽和狀態(tài)，那么在這種情況之下電流互感器的差動以及制動電流都會受到一定程度的影響，并且其二者之間的比值能夠在最短時間內(nèi)滿足差動保護的動作條件。與比率差動保護相比較而言，在這種情況之下方可以采取正確的動作。 就外短路故障而言，因為穿越性短路電流比值較大，電流互感器達到飽和狀態(tài)會使得電路出現(xiàn)虛假差動電流。因此在整個測量過程當中，各個測量點對電流互感器的飽和情況能夠進行實時地監(jiān)測，可以快速地判斷其飽和的影響程度。如果再次產(chǎn)生的工作點正好在比率差動保護的特定范圍中，那么在這種情況之下，比率差動保護便會產(chǎn)生誤動作現(xiàn)象。

5結(jié)束語

對于電力系統(tǒng)而言，電流互感器是電力系統(tǒng)中的一個非常重要的測量、計量以及保護設(shè)備。其主要的作用是用來測量電流，從而將系統(tǒng)一次側(cè)的大電流通過一定的方式方法將其轉(zhuǎn)變?yōu)槎蝹?cè)的小電流。二次側(cè)電流的精準程度在一定程度上直接地影響著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。本文主要針對電力系統(tǒng)電流互感器飽和特性及其對繼電保護的影響進行了詳細的描述，希望能夠為電力行業(yè)的長遠發(fā)展做出微小的貢獻。

參考文獻

[1]李江峽，黃景光，張宇鵬，林湘寧，鄭欽杰.抑制直流偏磁導致的互感器飽和的直流補償法[J].科學技術(shù)與工程，2021，21（09）：3618-3625.