抗電流互感器飽和電流繼電器的研究與應用

1、摘要：提出了新的電流互感器飽和判據間斷角飽和判別法，介紹了根據此原理研制的JLK抗飽兒電流繼電器原理及實際應用，并說明該產品的應用前景。 關鍵詞：電流互感器；間斷角；JLK抗飽和電流繼電器電流互感器（TA）廣泛應用于電力系統，供測量及保護裝置采樣用。測量、保護系統根據TA二次值換算成一次側電流值。TA工作于非飽和區(qū)時，比值誤差小于l0。當TA一次電流大于額定值數十倍時，鐵芯飽和，輸出波形畸變，有效值減小，誤差增大，電流繼電器觸點抖動。TA深度飽和時無輸出，電流繼電器不動作，會造成拒動或越級跳事故。l抗TA飽和方案目前國內外研究或應用的抗TA飽和方案：（1）波形判據法：以電流量為判別量，采用瞬時

2、值算法，對飽和電流進行波形相位比較，判別區(qū)內、區(qū)外故障。（2）局部測算法：利用過零點后23ms真實傳變區(qū)采點計算，推算電流有效值。（3）基于采樣值的TA飽和同步識別法與電流比相法，在TA飽和時閉鎮(zhèn)差動保護出口躲過故障非周期分量，避免母差保護誤動。（4）國外有采用中阻抗原理或“飽和發(fā)生器”抗TA飽和，避免裝置在TA飽和時誤動，如ABB公司及瑞典ASEA公司部分保護裝置。（5）其他方案：利用速飽和變換器延時將電流送人差動回路以躲開故障電流的暫態(tài)過程來實現抗TA飽和目的；利用飽和時有較大諧波量作為TA飽和檢測判別等。上述方案各有側重，主要針對非周期暫態(tài)分量進行判別，適用于微機型母線差動保護，大多應用

3、于高壓、超高壓輸電線路中，一般中低壓輸電系統中采用電流繼電器作為繼電保護裝置的啟動元件，電流繼電器在TA飽和時觸點抖動或拒動，由電流繼電器啟動的時間繼電器便處于啟動返回啟動返回，保護無法出口跳閘，導致越級跳閘事故。目前電力系統主要從兩方面著手解決中低壓輸電系統TA飽和問題：一是更換TA，增大變比或采用有氣隙TA：二是提高TA帶載能力，同時降低TA二次負載，避免TA飽和。上述方案有明顯的不利之處；換TA以增大變比或采用有氣隙TA，不但投資大，工作量大，停電時間長，社會效益和經濟效益不佳，而且測量表計需配套更換，保護定值精度受影響（大變比TA和有氣隙TA正常輸出值較?。?。降低TA負擔只能提高飽和電

4、流值，抗飽和能力有限，因此，研制抗TA飽和電流繼電器，應是理想解決方案。2JLK抗飽和電流繼電器設計和組成若能開發(fā)出抗飽和電流繼電器，那么，只需簡單地更換電流繼電器，無需更換TA即可解決TA飽和問題。這樣既可節(jié)約資金，減少工作量，又不會降低保護測量精度，無需更換測量表計系統，更重要的是可大大減小停電時間，具有很好的經濟效益與社會效益，這是最受用戶歡迎的技術方案。21電流互砬器特性分析等效電路見圖l。正常時，勵磁阻抗很大，IU近似為零；鐵心飽和時，U2減小，ZU減小，IU增大，誤差增加；鐵心深度飽和時，全部流人勵磁回路，TA無輸出。TA飽和時，一、二次電流的波形如圖2。TA飽和后，二次電流波形有

5、如下特征：（1）飽和電流含大量高次諧波，波形畸變，輸出有效值減小;（2）二次阻抗越大，TA負荷越大，TA越容易飽和；（3）飽和時，TA輸出幾乎為零（圖2中BC、EF段），可視作問斷點。深度飽和時，過零點前移，間斷角增大（從36。左右增至126。）；（4）每次過零點時，TA退出飽和，過零點后23ms內仍有一段真實傳變區(qū)（圖2中SA、CD段）。TA飽和波形圖中的SA、CD段表明TA未飽和，輸出為正弦波，隨著一次電流的增大，磁密增加，導磁系數減小，勵磁阻抗減小，勵磁電流增加，鐵心趨于飽和；當電流進一步增加時，磁通密度達到飽和值，導磁系數極小，勵磁阻抗接近零，一次電流全部流人勵磁回路，TA無輸出（圖2

6、中的AB、DE段）。BC、EF段表明；當一次電流由最大值逐漸變小，但還沒有改變方向，仍維持鐵心飽和所需勵磁電流，TA仍處于飽和狀態(tài)。直到勵磁電流改變方向，鐵心才退出飽和，TA二次電流又可真實傳變一次電流，如圖2中CD、FG段，直到下一次飽和。22間斷角飽和識別法是通過TA飽和波形的測試與特征分析，提出的一種新的TA飽和鑒別方法。當檢測出渡形存在間斷角時（輸出幾乎為零的BC、EF段）即認為TA飽和判據成立?；诖嗽恚已兄瞥晒Φ腏LK抗飽和電流繼電器具有如F功能：正常時，TA輸出正弦波電流，此時，抗飽和電流繼電器與常規(guī)電流繼電器特性一致，當激勵量大于整定值時動作出口，動作依據：TA二次電流有效

7、值。定值精度：整定誤差小于3，飽和時，TA輸出畸變飽和波形，此時抗飽和電流繼電器能正確識別出TA飽和并出口動作。動作判據：TA飽和間斷角特征判據。定值精度：不要求，因為飽和時TA一次電流超過額定值幾十至幾百倍，遠遠大于動作定值。23JL-K抗飽和電流繼電器電路組成以現有JI電流繼電器為基礎，另增設TA飽和判別回路，兩者分別完成TA不飽和與飽和時故障判別并通過邏輯或驅動出口。TA飽和判別回路包括：（1）鏊幅閉鎖電路：當電流幅值較小，不會導致TA飽和時，將TA飽和判別回路退出，電流大于閾值時才投入。（2）飽和特征甄別電路：用于甄別過零點與問斷角，輸出真實飽和判據。（3）脈沖展延電路：確認飽和判據，

8、防止脈沖干擾誤判，（4）EMI抗干擾電路：截止并吸收窄尖峰干擾脈沖，對傳導干擾有很強的抑制作用。（5）上電、斷電暫態(tài)過程押制電路：在電源升降的暫態(tài)過程中，給臺邏輯電路邏輯關系不確定。該電路可使組臺邏輯電路避開暫態(tài)過程，確保邏輯關系正確可靠。TA飽和判別回路對飽和波形問斷角進行檢測，當檢測出飽兒波形存在36。126。問斷角時（相應于TA飽和值約幾十200倍額定電流），即認為飽和判據成立，立即驅動出口。從JLK抗飽和電流繼電器原理可看出：飽和程度越深，飽和特征越明顯，動作越可靠，其抗飽和能力沒有上限。為便于用戶使用，JLK抗飽和電流繼電器的外部安裝足寸及引腳定義與原有DL系列、JL系列電流繼電器相

9、同，可直接代換。3JLK抗飽和電流繼電器的動模試驗與應用根據本設計方案研制的樣機，經浙江省電力試驗研究所測試，各指標達到設計要求：正常時，抗飽和電流繼電器與常規(guī)電流繼電器特性一致，整定誤差小于3；中度飽和且有效值小于整定值時?？癸栂嗔骼^電器能正確識別出TA飽和，出口準確動作。深度飽和時。有效值小于整定值。抗飽和電流維電器出口正確動作?？癸柡托阅芊€(wěn)定可靠。并通過了4kV快速瞬變干擾試驗。共模差摸干擾試驗及輻射電磁場干擾試驗。在金華電業(yè)局應用現場進行的抗飽和動模對比試驗中，利用錄渡僅記錄觀察。JI一K型坑飽和電流繼電器在TA中度、深度飽和時始終動作正確。而對照組DI，電流繼電器在十幾倍額定值時即已不能正確動作。經過省中試所型式試驗和用戶現場試驗。證明JL-K抗飽和電流繼電器抗飽和性能穩(wěn)定可靠，現已威功地批量應用于金華電業(yè)局、蕭山電業(yè)局等單位。相比于更換TA，換JLK型抗飽和電流繼電器無疑更省時省工省力，并節(jié)約投資。以一個地區(qū)級供電局為例。若以更換TA500只計，連同測量表計配套改造投資約200萬。這尚且不飽施工投入及停電造成的損失，若僅更換抗飽和電流繼電器所需資金不足50萬。節(jié)約資金34。且輕松便捷同時