電流互感器暫態(tài)飽和的延時計算分析及改進措施

【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】電流互感器暫態(tài)飽和的延時計算分析及改進措施1引言

電流互感器暫態(tài)飽和問題是目前系統(tǒng)中普遍存在的一個問題，電流互感器的暫態(tài)飽和與電流互感器中的剩磁以及互感器短路電流中的非周期分量密切相關。當電流包含有長時間的非周期分量時，可能使互感器鐵芯深度飽和，但飽和出現(xiàn)的時間有時延，且時延大小與系統(tǒng)時間常數(shù)、互感器二次回路時間常數(shù)TP、非周期分量幅值、CT的工作循環(huán)以及CT的暫態(tài)面積系數(shù)等有關。這主要是因為電流互感器的勵磁回路是一個大電感，發(fā)生故障時，按TP衰減的電流非周期分量（強迫分量）突然作為勵磁電流，為滿足電流互感器勵磁電感中電流不能突變的要求，二次回路必然產(chǎn)生自由直流分量，來保證電感電流不能突變。此自由直流分量按Ts衰減，于是出現(xiàn)了勵磁電流按一定規(guī)律延時上升的現(xiàn)象。Tp與電壓等級及故障點位置有關，Ts與互感器的勵磁電感及二次負荷有關。直流勵磁電流不產(chǎn)生變化磁通，但能作為勵磁電流而改變鐵芯的工況。如果非周期分量存在時間長，則很容易使互感器出現(xiàn)暫態(tài)飽和，其鐵芯中磁通變化的情況如圖1所示。

圖1互感器鐵芯中磁通變化情況

圖中φac為電流中交流分量在鐵芯中感應的磁通；φdc為電流中直流分量在鐵芯中感應的磁通；Σφ為電流中交流分量和直流分量在鐵芯中產(chǎn)生的疊加磁通。

電流互感器的暫態(tài)飽和過程是鐵芯磁鏈隨著電流非周期分量的時間積分作用而逐漸進入飽和的過程，即電流互感器一開始能夠線性傳變信息，即電流互感器在非周期分量影響下進入暫態(tài)飽和存在有延時。

2CT暫態(tài)延時飽和實例計算分析

2.1某220kV變電站CT暫態(tài)延時飽和實例

20**年4月，某220kV變電站110kV旁路550開關（帶線路1）線路保護動作跳閘，重合不成，后加速保護動作跳閘，同時，重合后該變電站220kV#1主變差動保護，因110kV側CT飽和，在區(qū)外故障時越級動作出口跳閘（變電站系統(tǒng)接線圖如圖2所示）。此次故障為線路近端的三相性金屬接地故障。

圖2變電站系統(tǒng)接線圖

該變電站#1主變保護110kV側CT，在本次線路故障過程中，其二次電流波形如圖3所示。

圖3#1主變保護110kV側CT二次電流波形

從圖3上可以明顯地看出，在旁路開關重合于三相性故障后，CT電流波形發(fā)生偏移，存在有非周期分量，該非周期分量終導致了CT暫態(tài)飽和，且飽和延時約兩周波。

2.2飽和延時計算分析

該變電站#1主變保護110kV側B相采用的CT型號為LB7－110W2，保護所用繞組準確級為10P19，變比為600/5，額定二次負荷為50VA，實測二次負載阻值為Rb=0.7Ω，CT二次繞組電阻值為RCT=0.23Ω。由于該CT歷史運行情況良好，因此，不考慮CT剩磁的影響。

對于飽和的延時，在不考慮剩磁的情況下，可以從下式計算得到：

Ktd為暫態(tài)系數(shù)，Kt1為暫態(tài)裕度系數(shù)，當Ktd＞Kt1時，認為CT開始飽和，此時t″為飽和延時。此外，式中：

Tp為時間常數(shù)，采用經(jīng)典參數(shù)80－120ms;Ts為二次時間常數(shù)，采用經(jīng)典參數(shù)5s;RCT為CT二次繞組直流電阻；Rb為CT實際二次負載；Rbn為CT額定二次負載；KALF為CT準確限值系數(shù)；Kpcf為CT短路電流校驗系數(shù)；θ'為次短路電流偏移角；θ″為第二次短路電流偏移角。

計算中考慮的CT工作狀態(tài)為線路重合閘情況下的CT工作狀態(tài)，即CT從開關合閘帶電，到線路次短路故障開關跳閘（次短路時間t'），再經(jīng)線路重合閘（重合閘延時t），重合于故障再跳閘（第二次短路時間t″），整個工作過程即是：

C（開關合閘）→t'（經(jīng)次短路時間）→O（開關跳閘）→tfr（經(jīng)重合閘延時）→C（開關重合）→t″（經(jīng)第二次短路時間）→O（開關跳閘）為對飽和延時t″開展估算，在上述公式中，Tp采用經(jīng)典參數(shù)80或120ms，Ts采用經(jīng)典參數(shù)5s，并考慮次短路電流無偏移θ'=90°，且次短路時間t'=60ms，重合時間tfr=2.083s。下面以第二次短路電流全偏移θ″=0°及部分偏移θ″=30°、θ″=60°為例開展計算，結果見表1。

表1飽和延時估算結果

從估算結果可以看出，CT飽和延時與側短路電流偏移角有很大關系，短路電流偏移角越大飽和延時越長。當?shù)诙味搪冯娏髌平铅取?60°時，暫態(tài)飽和延時估算結果與實際較吻合。

正是由于主變差動保護110kV側CT暫態(tài)飽和，導致了主變差動保護中差流的產(chǎn)生，并終導致了主變差動保護越級動作，因此需要采取必要的改良措施來減少CT暫態(tài)飽和對保護的影響。本在不更換CT的情況下，通過增大CT的暫態(tài)裕度系數(shù)來減少CT暫態(tài)飽和對保護的影響。

3CT暫態(tài)飽和對保護影響的改良措施

3.1增大CT暫態(tài)裕度系數(shù)

從上述公式可以看出，通過增大電流互感器的變比、減小電流互感器的二次負載、增大準確限制值系數(shù)均可起到增大CT暫態(tài)裕度系數(shù)的目的。通過增大CT暫態(tài)裕度系數(shù)，可以延長故障后互感器線性傳變時間，確保繼電保護裝置不因電流互感器的飽和而延緩動作或拒動、誤動。

3.2選擇合適的CT

3.2.1采用PR類電流互感器

PR類電流互感器對剩磁有限制，要求不超過10%。采用PR類電流互感器取代P類電流互感器，可大大消除剩磁對電流互感器飽和的影響，增加故障后電流互感器的線性傳變時間，保證繼電保護裝置的正確動作率。

3.2.2采用TPY級電流互感器

目前，500kV系統(tǒng)線路保護用的電流互感器廣泛選用TPY級電流互感器。該級電流互感器鐵芯設置一定的非磁性間隙，規(guī)定了暫態(tài)工作循環(huán)中的峰值瞬時誤差，同時要求剩磁通不超過飽和磁通的10%，限制了剩磁，適用于雙工作循環(huán)和重合閘情況。

4結語

電流互感器暫態(tài)飽和問題是普遍存在的，通過采用對互感器剩磁有限制的PR類或TPY類電流