主變高壓側電流互感器抗短路電流特性分析

周建生

摘要：文章分析電流互感器的穩(wěn)態(tài)特性，對互感器等值電路參數(shù)進行計算，建立互感器數(shù)學分析模型，依據(jù)模型，對互感器誤差特性曲線進行分析和研究，提出額定二次極限電動勢法，采取實測的拐點電壓的方法對模型進行驗算，并利用實時仿真系統(tǒng)對互感器飽和程度進行數(shù)字仿真，仿真結果表明與理論分析相一致。

關鍵詞：主變高壓側；電流互感器；抗短路電流；等值電路參數(shù)；數(shù)學分析模型；實時仿真系統(tǒng) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM452 文章編號：1009-2374（2015）10-0147-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0924

220kV電力系統(tǒng)電流互感器飽和問題長期存在，也是系統(tǒng)穩(wěn)定性以及動作保護裝置靈敏性的研究重要課題。采用暫態(tài)仿真軟件對數(shù)據(jù)進行實時仿真，根據(jù)仿真結果，220kV系統(tǒng)選用TPY級暫態(tài)型電流互感器，效果較好。這種互感器的鐵芯具備一定的非磁性間隙，剩磁通被限制在飽和磁通的10%以內，有利于提高重合閘及斷路器保護靈敏度。

1 CT理論計算分析

1.1 TA的等值電路與參數(shù)計算

電流互感器原理是一次繞組中存在電流通過電磁感應，二次繞組上會產生一定的感應電流，在理論分析方面采取等值電路計算。

CT電勢（電壓）、電流和阻抗，一次折算至二次的計算為：

E1?=Kn*E1 （1）

I1?=I1/Kn （2）

Z1?=Kn?Z1 （3）

式（1）、式（2）、式（3）中，E1、I1、Z1為一次回路的感應電勢、電流、阻抗；Z為阻抗。

折算得到一次和二次的感應電勢相等：

E1?=E2 （4）

以上各值均為相量，電流互感器等值電路圖如圖1所示：

Kn為一、二次繞組匝數(shù)比；Es為感應電動勢；Us為二次電壓；Za和Zb分別為一二次繞組阻抗和負載阻抗；Ze為二次勵磁阻抗

圖1 電流互感器等值電路圖

1.2 電流互感器鐵芯模型分析

采用極限回環(huán)壓縮的辦法來描述鐵芯的暫態(tài)磁化特，首先假定鐵芯磁化曲線的主磁滯回環(huán)和次磁滯回環(huán)具有相似性，由主磁滯回環(huán)壓縮生成次磁滯回環(huán)，再用反正切函數(shù)擬合主磁滯回環(huán)：。

式中α、h、β、C均為常數(shù)。

圖2給出了互感器鐵芯動態(tài)磁化曲線圖：

圖2 互感器鐵芯動態(tài)磁化曲線圖

1.3 TA誤差特性曲線分析

通過實測CT伏安特性繪曲線，從而達到10%誤差分析目的，對于差動保護，由于外部故障時，差動繼電器僅流過不平衡電流，故障電流不流過差動繼電器，所以試驗時應將差動繼電器的線圈短接。在星形連接電路中，需要在CT二次側A-N、B-N、C-N進行電壓、電流實驗，根據(jù)各相負載阻，可以計算CT二次最大負載Zfh，Zfh取各相最大值。對于三角形接線，分別從AB、BC、CA通入試驗電壓電流。其中，，，計算出A、B、C相阻抗：

根據(jù)CT二次接線方式和故障類型，確定CT二次最大負載Zfh。

一般情況下，為繼電器線圈阻抗，為連接導線阻抗，其他CT接線方式最大負載Zfh計算，對于有差回路的差動保。對于互感器誤差分析則是根據(jù)計算電流倍，曲線上可以分析出允許二次最大負的值域。<時，能夠滿足CT的10%誤差范圍，≥時，CT不具備滿足誤差條件。圖3給出了誤差曲線分析圖。

圖3 互感器誤差曲線圖

2 性能驗算

2.1 電流互感器性能要求

根據(jù)電力設計標準規(guī)定要求，主變一次側繼電保護用CT的選取，通常首先確定一次側電流總負荷值和二次側負載狀況后，電流時域幅值誤差必須不大于10%，角度誤差控制在7度以內。本文采選取TPY級保護CT，以10%誤差曲線對電流互感器的性能進行驗算。通常規(guī)程對CT性能要求綜合分析主要內容如下：（1）保護區(qū)域內發(fā)生故障的，在CT保護可靠性具備滿足條件下，電流互感器誤差以對主變差流速斷保護穩(wěn)定性為主要性能考慮要求；（2）保護區(qū)域以外產生比較嚴重故障狀況時，CT誤差需滿足動作的穩(wěn)定性條件，防止選擇性誤動作發(fā)生，電流互感器誤差應滿足主變差動保護的性能

要求。

2.2 TPY級電流互感器驗算方法

判斷電流互感器在所接負載情況下是否滿足誤差要求，采用額定二次極限電動勢取實測的拐點電壓的方法。根據(jù)分析，二次側負載呈電阻特性時，負載額定阻抗假定為ZN，一次測電流為額定電流最大極限值，此時的電流互感器誤差能夠滿足10%以下區(qū)域范圍要求，CT鐵芯為磁滯極限飽和狀態(tài)，額定二次極限電動勢和伏安特性曲線中的拐點電壓Ug相一致。

額定極限二次感應電動勢ES：

（5）

式中：

K——暫態(tài)系數(shù)

——繼電保護校驗系數(shù)

—CT二次直流繞組電阻

——二次負荷實測值

Ug>ES時，CT滿足驗算測試要求。

在校驗電流互感器特性是否滿足實際對稱短路電流倍數(shù)和規(guī)定二次循環(huán)的要求時，需要依據(jù)CT有關參數(shù)。一般滿足≥，為保護要求電動勢。

為額定等效二次極限電動勢且需要滿足：

（6）

式中：

——額定對稱短路電流倍數(shù)

——暫態(tài)面積系數(shù)

——額定二次回路負荷電阻

——額定二次電流

采用（6）理論計算或者現(xiàn)場測試獲取實際數(shù)據(jù)，通常以實測數(shù)據(jù)為準，以上參數(shù)為電流互感器銘牌參數(shù)。

需要滿足：

（7）

式中：

——實際要求互感器的暫態(tài)面積系數(shù)

在C- -O工作循環(huán)過程，應滿足：

（8）

式中：

——主變側時間常數(shù)

——負荷側時間常數(shù)

在C--O--C--O工作循環(huán)中，應滿足：

（9）

3 結語

220kV主變電壓側電流互感器進行了暫態(tài)飽和特性分析，建立了數(shù)學分析模型，并根據(jù)互感器誤差特性分析，采用等效電路計算和二次極限電動勢法對分析進行驗算，在系統(tǒng)暫態(tài)仿真軟件中進行暫態(tài)的飽和波形仿真，仿真結果和理論分析比較一致，為研究電流互感器飽和問題提供了較好的參考依據(jù)。

參考文獻

[1] 趙滿江.保護用電流互感器飽和特性及其誤差曲線研究[J].高壓電氣，2010，（12）.

[2] 莊良文，等.RTDS的電流互感器模型及其飽和特性[J].能源與節(jié)能，2013，（2）.

（責任編輯：蔣建華）