電流互感器的特性及其對(duì)保護(hù)的影響

1、范文最新推薦電流互感器的特性及其對(duì)保護(hù)的影響摘要電流互感器是電力系統(tǒng)中較為重要的高壓電氣 設(shè)備之一，它被廣泛地應(yīng)用于繼電保護(hù)、電流測(cè)量和 電力系統(tǒng)分析應(yīng)用中，其一次側(cè)與一次系統(tǒng)串聯(lián)，二 次側(cè)接測(cè)量?jī)x表與或者繼電保護(hù)，為測(cè)量?jī)x表、繼電 保護(hù)等二次電氣設(shè)備獲取一次回路的信息。電流互感器在正常運(yùn)行時(shí)，它能夠準(zhǔn)確的傳變一次 系統(tǒng)的電流量。但由于電流互感器主要是由非線性的 電磁元件組成的，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，非線性元件會(huì)使互 感器的鐵心飽和，導(dǎo)致電流互感器的二次側(cè)電流無法 真實(shí)的反映一次側(cè)電流的變化情況。本主要對(duì)電流互 感器的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)特性進(jìn)行分析，并通過建模仿真來 觀察飽和電流互感器的特性及其對(duì)電流速斷和電

2、流差 動(dòng)保護(hù)的影響，最后提出幾種降低電流互感器飽和影 響的措施。12330關(guān)鍵詞電流互感器穩(wěn)態(tài)暫態(tài)保護(hù)建模仿真影響措施畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要TitleThe Characteristics of Current Tansfomers and its impact on ProtectionsAbstractCurrent transformers are one kind of important high voltage electrical equipment in power system,they are widely used in relay protection、curr

3、ent measurement and analysis applications of power system. Their primary sides are connected with primary systems, and their second sides are connected with measuring instruments or protection equipments, obtaining the primary information for those second electricalequipments,such as measuringinstru

4、ments andrelay protections.When currenttransformer work in normal operation, they can transmit the current of the primary system accurately. Since a current transformer is mainly composed of nonlinear electromagnetic elements, when a fault occurs, the nonlinear elements may make the transformer core

5、范文最新推薦 saturated, and then result in that the current of the second side cannot reflect the real current changes of the primary side of the current transformer. This paper primary analysises the steady state and transient characteristics of a current transformer,then observes the characteristics of

6、a saturation current transformer and its influence on instantaneous overcurrent protection and current comparison protection by moldeling and simulating,finally recommend some methods to reduce the influence of its saturation.4.1.3電流速斷保護(hù)的動(dòng)作仿真284. 2電流互感器對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響314. 2.1電流差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算324. 2.2電流互感器對(duì)電流差動(dòng)保護(hù)的

7、影響344. 2.3電流差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作仿真374. 3電流互感器對(duì)其他保護(hù)的影響424. 4降低電流互感器飽和對(duì)繼電保護(hù)影響的措施43結(jié)論44致謝45參考文獻(xiàn)461緒論近年來，隨著電力技術(shù)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)各電 氣設(shè)備的額定電壓和額定電流都得到大大的提高。然 而，由于電力系統(tǒng)是通過區(qū)域聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的，導(dǎo)致短路 電流也被大大的增加了。因此必須努力提高并且改進(jìn) 高壓設(shè)備的性能，使電力系統(tǒng)中各個(gè)電氣設(shè)備都能夠 滿足電力系統(tǒng)的運(yùn)行要求。在眾多的電氣設(shè)備中，電 流互感器是其中一種非常重要的高壓設(shè)備，下面本論 文將對(duì)電流互感器及其特性對(duì)保護(hù)的影響進(jìn)行研究分范玄最新推薦析。1.1電流互感器的應(yīng)用與發(fā)展電流互感

8、器是按一定的比例和準(zhǔn)確度來變換電流大 小的儀器，它由鐵心、一次線圈、二次線圈、接線端 子以及絕緣支持物組成1。電流互感器在電力系統(tǒng)中 應(yīng)用非常廣泛，其主要作用有：隔離測(cè)量回路與高壓 電網(wǎng)；將高壓電網(wǎng)上的大電流轉(zhuǎn)換為小電流供給測(cè)量 儀表或者繼電保護(hù)裝置。由于電流互感器對(duì)電力系統(tǒng) 有著不可或缺的作用，在隨著時(shí)代與科技發(fā)展的同時(shí)， 電流互感器的性能也得到了改進(jìn)。傳統(tǒng)的電流互感器是電磁感應(yīng)式的，它的主要優(yōu)點(diǎn) 在于性能比較穩(wěn)定，適合長(zhǎng)期運(yùn)行，并且具有長(zhǎng)期的 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。但是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，和繼電保護(hù)、 電氣設(shè)備自動(dòng)化程度及電力系統(tǒng)絕緣等級(jí)的提高，還 有超高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，電磁式電流互感器的缺點(diǎn) 已經(jīng)

9、越來越明顯了。它的絕緣性能、造價(jià)、精度和檢 修方面上的問題逐漸滿足不了電力系統(tǒng)的運(yùn)行要求， 因此新式的電子式電流互感器出爐了，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)電磁式電流互感器的不足2。電流互感器作為配電系統(tǒng)中供測(cè)量和保護(hù)用的電氣 設(shè)備，是供給繼電保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)判別系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài) 的重要組件。繼電保護(hù)裝置的主要任務(wù)是能夠在被保 護(hù)設(shè)備發(fā)生故障或者不正常工作狀態(tài)下，作用于開關(guān) 跳閘或者發(fā)出警告信號(hào)。因此，需要將設(shè)備上的電流 引人保護(hù)裝置，該任務(wù)一般都是由電流互感器來完成 的，即將高壓電路上的大電流轉(zhuǎn)換為低壓回路上的小 電流，然后再送到繼電器。所以，電流互感器的特性對(duì) 繼電保護(hù)裝置來說是非常的重要的。繼電保護(hù)對(duì)電流 互感器

10、的基本要求就是電流互感器能夠真實(shí)地反映一 次電流的波形，特別是在故障時(shí)，不僅要求反映故障 電流的大小，還需要反映電流的相位和波形，甚至反 映電流的變化率。因此要求電流互感器的特性能滿足 繼電保護(hù)靈敏度的要求。與此同時(shí)，電流互感器的準(zhǔn) 確度與短路電流有很大關(guān)系，對(duì)于特性不良的電流互 感器，其準(zhǔn)確度會(huì)大大降低，使繼電保護(hù)不能可靠工 作6。范文最新推薦13MATLAB-Simulink的應(yīng)用介紹本課題使用的系統(tǒng)仿真軟件是 MATLAB R2007b-Simulink，它的界面友好，使用方便，并且易 于掌握。MATLAB-Simulink是一個(gè)用來進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真、 建模和分析的集成軟件包，它不僅支持

11、線性系統(tǒng)的仿 真，還支持非線性系統(tǒng)的仿真，它既可以進(jìn)行連續(xù)系 統(tǒng)的仿真，也可進(jìn)行離散系統(tǒng)的仿真或者兩者混合的 系統(tǒng)仿真，同時(shí)它還支持具有多種采樣速率的系統(tǒng)的 仿真。Simulink比傳統(tǒng)仿真軟件包更加的直觀、方便 和靈活，它充分地利用了圖形窗口技術(shù),使用戶可以很 容易的用鼠標(biāo)拖拉來創(chuàng)建線性的、離散的、連續(xù)的和 混合的模型。同時(shí)Simulink還可以和C等其他軟硬件 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，從而能夠很方便地完成仿真工作。本 課題研究主要用到的是其中的SimPowerSystems模塊 庫(kù)。SimPowerSystems（即電力系統(tǒng)建模仿真工具 ）是在 Simulink環(huán)境下進(jìn)行電力系統(tǒng)建模和仿真的工具。該

12、 模塊庫(kù)包含了電力系統(tǒng)中較常見的元器件，并且以直 觀易用的圖形方式來對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行模型描述。其模 型可與Simulink中其它模塊相連接應(yīng)用，進(jìn)行一體化 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析。SimPowerSystems的出現(xiàn)，為電力系 統(tǒng)中的發(fā)電和輸變電系統(tǒng)，還有電力的分配計(jì)算方面 提供了強(qiáng)有力的解決方法。第3章進(jìn)一步用Simulink建模仿真分析了電流互 感器的特性，它的特性主要分兩種，一種是穩(wěn)態(tài)飽和 特性，另一種是暫態(tài)飽和特性，還有一個(gè)特殊飽和情 況電流互感器二次側(cè)開路引起的電流 互感器飽和。第4章在第3章的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)仿真分析電流互感 器飽和對(duì)電流速斷保護(hù)和電流差動(dòng)保護(hù)的影響，并理 論分析其對(duì)距離保護(hù)和微

13、機(jī)保護(hù)的影響，最后總結(jié)電 流互感器飽和的防治措施。2電流互感器的才既況范文最新推薦電流互感器(Current Transformer)簡(jiǎn)稱CT,是利用電 磁感應(yīng)原理將一次回路的大電流成正比的變換為二次 側(cè)的小電流以供給測(cè)量?jī)x器儀表和繼電保護(hù)裝置的電 氣設(shè)備。普通電流互感器的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，由相互絕緣的一 次繞組、二次繞組、鐵心以及構(gòu)架、殼體、接線端子 等組成。其工作原理與變壓器基本相同，一次繞組的 匝數(shù) 較少，直接串聯(lián)于一次系統(tǒng)的電源線路中；二次 繞組的匝數(shù)較多，與測(cè)量?jī)x器儀表、繼電器和變送器 等二次電氣設(shè)備作為二次負(fù)荷 串聯(lián)在形成閉合回路， 普通電流互感器的結(jié)構(gòu)見圖2.1。圖2.1普通電流互感

14、器的結(jié)構(gòu)圖由于一次繞組與二次繞組的安培匝數(shù)相等，因此電 流互感器額定電流比為。在實(shí)際運(yùn)行中，電流互感器 的負(fù)荷阻抗很小，二次繞組接近于短路狀態(tài)，因此相 當(dāng)于一個(gè)短路運(yùn)行的變壓器。2. 1電流互感器的工作原理圖2.2是電流互感器的基本電路。圖2.2電流互感器的基本電路為一次電流；為二次電流；為一次繞組；為二次 繞組；為負(fù)荷阻抗電流互感器的一次繞組和二次繞組是在同一磁路閉 環(huán)鐵心上的。如果電流互感器的一次繞組帶電而二次 繞組開路，那么電流互感器成了一個(gè)帶鐵心的電抗器。 電流互感器的一次繞組中的電壓降會(huì)等于鐵心磁通在 該繞組中引起的電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)鐵心磁通也會(huì)在二次繞 組中感應(yīng)出相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。如果電流互

15、感器的二次繞范文最新推薦組的回路通過一個(gè)阻抗形成閉和回路，那么電流互感 器的二次回路中將產(chǎn)生一個(gè)電流，這個(gè)電流在鐵心中 產(chǎn)生的磁通趨向于抵消一次繞組中電流產(chǎn)生的磁通。當(dāng)忽略電流互感器的誤差時(shí)，一次回路的電流與二次 回路電流的比值會(huì)等于二次繞組匝數(shù)與一次繞組匝數(shù) 的比值，即8。已經(jīng)知道電流互感器的工作原理和普通變壓器的工 作原理基本相同，即理想電流互感器兩側(cè)的額定電流 大小和它們的繞組匝數(shù)成反比，。理想電流互感器的 基本電路如圖2.4所示。圖2.4理想電流互感器的基本電路從上圖2.4理想電流互感器的基本電路中，可以求 出一次側(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為：(2.1)對(duì)式（2.1）的時(shí)間進(jìn)行取導(dǎo)數(shù)，即可看出磁感應(yīng)

16、強(qiáng) 度的變化速度與電流的變化速度成正比，如式（2.2） 所示。（2.2）此時(shí)，一次側(cè)線圈上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：（2.3）由于磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化會(huì)在二次回路感應(yīng)出相應(yīng)的 電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)電動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向總是與 一次側(cè)電流所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向相反，因此相 互抵消。（2.4）對(duì)于理想電流互感器，在沒有任何損耗，也沒有內(nèi) 阻和負(fù)載電阻的情況下，由能量守恒定律可知，電流 互感器兩側(cè)的功率相等，即：(2.5)當(dāng) 趨于0時(shí)，電流互感器即為理想電流互感器。由上式可知，越接近0,則電流互感器的一、二次 側(cè)的電流變比誤差越小。若要減小此誤差，可以增大 二次線圈匝數(shù)，增大鐵芯的橫截面積，或者增大磁導(dǎo) 率，以及

17、減小二次側(cè)阻抗值。實(shí)際的電流互感器除了有變比的誤差之外，還有相 角的誤差。設(shè)，取樣電阻上測(cè)得的電壓為，則此時(shí)測(cè)得的電流 應(yīng)該是：（2.10）上式中 為二次繞組的電感值。通過上式（2.10），可作出電流互感器二次側(cè)的向量圖2.6如下:圖2.6電流互感器的二次側(cè)角差由上圖2.6中可以看出，電流向量的夾角?？梢缘?出，二次繞組的電感值越大，則個(gè)夾角也會(huì)越大。 這個(gè)夾角，稱為電流互感器的角差。2. 3電流互感器的用途為了保證電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須對(duì)電力系 統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視控制和測(cè)量但一般的 測(cè)量?jī)x器和保護(hù)裝置是不能直接接入一次高壓線路的, 而需要將一次系統(tǒng)的大電流按比例變換成小電流，再

18、 供給測(cè)量?jī)x表和保護(hù)裝置使用。因此電流互感器的作 用便是將一次系統(tǒng)高壓電路上的大電流，準(zhǔn)確地變換 為二次低壓電路上的小電流，以供給測(cè)量?jī)x表和繼電 保護(hù)裝置（我國(guó)規(guī)定電流互感器的二次額定電流為5A 或者1A）。此外一次線路上的電壓都比較高，如果直接進(jìn)行測(cè) 量是非常危險(xiǎn)的，因此電流互感器除了變流還起到電 氣隔離作用。電流互感器通過隔離高低壓電路，來保 證二次電氣設(shè)備和工作人員的安全，避免測(cè)量?jī)x表和 繼電保護(hù)裝置直接受到電流的危害，同時(shí)也有利于測(cè) 量?jī)x表及繼電器的標(biāo)準(zhǔn)化9。在電力系統(tǒng)中，電流互感器為了給測(cè)量?jī)x表、繼電 保護(hù)等二次設(shè)備提供電氣一次回路電流信息，其一次 側(cè)接在一次系統(tǒng)，二次側(cè)接測(cè)量?jī)x表、

19、繼電保護(hù)等。所 以電流互感器又分為兩種：一種是測(cè)量用電流互感器; 另一種是保護(hù)用電流互感器。測(cè)量用電流互感器的作 用是計(jì)量（計(jì)費(fèi)）和測(cè)量運(yùn)行設(shè)備的電流；保護(hù)用電 流互感器主要與繼電保護(hù)裝置配合，在線路發(fā)生短路 過載等故障時(shí)，向繼電保護(hù)裝置提供信號(hào)以切除故障 電路，達(dá)到保護(hù)供電系統(tǒng)安全的效果。本課題研究的 電流互感器主要是其特性對(duì)電力系統(tǒng)保護(hù)的影響，因 此屬于保護(hù)用電流互感器一類。電流互感器的飽和問題是普遍存在的，其飽和情況 一般分為兩類：一類是大容量短路穩(wěn)態(tài)對(duì)稱電流引起 的，稱為穩(wěn)態(tài)飽和；另一類是短路電流中含有的非周 期分量以及鐵芯中存在的剩磁引起的，稱為暫態(tài)飽和。 接下來將用MATLAB-S

20、imulink建模仿真，并進(jìn)一步研 究分析電流互感器的飽和特性。最后得到的系統(tǒng)模型 圖如下：圖3.2電流互感器飽和特性仿真模型在上圖3.2中電流互感器的系統(tǒng)模型中，各個(gè)元器 件的選擇和參數(shù)設(shè)置及其應(yīng)用方式具體如下：1）電源：使用 Simpowersystems 中 Eectrical Sources 的交流電壓模塊AC Voltage Source，其中電壓峰值設(shè) 為，頻率為，初始相角為0；2）并聯(lián)電抗器：選用 Simpowersystems 中 Elements 的支路串聯(lián)RLC元件Series RCL Branch作為電抗器， 其額定容量為，額定電流為，品質(zhì)因素為，其中電阻值為，電感值為；

21、3）電流互感器：選擇 Simpowersystems 中 Elements 的飽和 變壓器Saturable Transformer，設(shè)置其額 定電流 比設(shè)為，額定容量為，一次繞組為單匝，二次繞組 為400匝，一、二次繞組中，而其鐵芯損耗電阻；4）負(fù)荷阻抗： 還是用 Simpowersystems 中 Elements 的支路串聯(lián)RLC元件Series RCL Branch，將它設(shè)置為 純電阻的負(fù)載；5）斷路器：采用 Simpowersystems 中 Elements 的斷 路器元件Breaker，將電流互感器一次側(cè)的斷路器初始 狀態(tài)設(shè)置為0，開關(guān)切換時(shí)間設(shè)置為，而將電流互感 器二次側(cè)的斷路器的初始狀態(tài)設(shè)置為1，其開關(guān)切換 時(shí)間為；6）測(cè)量?jī)x表：應(yīng)用 Simpowersystems 中 Measurements 的電流測(cè)量模塊Current Measurement或者電壓測(cè)量模 塊 Voltage Measurement，再或者萬用表 Multimeter，分 別可用來測(cè)量電流、電壓和磁通，磁通的基準(zhǔn)值為，由于，因此磁通的基準(zhǔn)值為；7）顯示器：使用 Simulink 中的 Commonly Used Blocks 的示波器Scope，用來顯示電流、電壓或者磁通的波 形變化；31電流互感器的穩(wěn)態(tài)飽和特性電流