電子式電流互感器差動保護性能分析

孫哲　張隨會

摘要：造成差動保護誤動的原因很多，但最重要的莫過于電磁型電流互感器飽和。針對這個原因往往會采用保護抗CT飽和措施，但這種措施會使得保護算法趨于繁雜，降低其可靠性，而電子式電流互感器很好地解決了這個問題。文章對電子式電流互感器差動保護的性能進行了分析。

關鍵詞：電子式電流互感器；差動保護；光學電流互感器；保護抗CT飽和措施；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM771 文章編號：1009-2374（2015）19-0074-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.036

1 概述

電流互感器（CT）在電力系統中有重要作用，它對電流測量和保護繼電系統發揮了重要作用，它的性能會直接影響到電流測量的準確性和繼電保護裝置的可靠性。電流差動保護方式由于其靈敏、高效的優點，在高壓線路和電氣設備的保護中應用非常廣泛。差動保護對內外部故障的區分主要依賴被保護系統的電流情況。在高壓線路的保護中，如果出現了故障會導致電磁型電流互感器飽和，從而使二次電流異常，觸發差動保護。在沒有發生故障但電流出現不正常分流時也會觸發差動保護。為了區分故障誤動和電流誤動，一般采用比例制動技術來提高可靠性。但是當在保護區外發生故障同時電流互感器出現飽和時仍然會引起保護誤動。還有一種方法就是采取電流互感器傳變區差動保護，但是如何判斷飽和狀態仍然是一個難題。一直以來，人們通過構造各種仿真模型來對電流互感器的性能進行分析，也提出了很多解決分辨飽和狀態的方法。有的文獻提出將形態學和時差法結合起來鑒別的方法，還有的提出了通過諧波比來分析飽和狀態等，盡管這些方法都從不同角度提出了分辨電流互感器飽和狀態的方法，但是也使得差動保護更加復雜，在實際應用中失去了靈敏快速的性能。而電子電流互感器則由于其無磁飽和、絕緣結構等優點在增加差動保護靈敏性方面發揮了重要作用，也因此在國外電子式電流互感器應用很普遍，而我國這方面的應用也逐漸加快，比如南京某電器公司開發的ECVT1-252就開始運行，另外，河南某研究院與德國合作的交流變電站也已經在鄭州應用。這都說明電子式電流互感器為提高差動保護性能提供了非常實際的解決方案。

2 電子式電流互感器

2.1 Rosgowski線圈電流互感器

Rosgowski線圈是一種在非磁性骨架上纏繞的空心線圈，它的優點就是可以解決電流互感器的磁路飽和問題，其線圈制作水平、電子模塊的穩定性以及供電技術是關鍵所在。Rogowski雖然解決了電流互感器飽和的問題，但是它的工作原理決定了它難以保證電流的穩定性，同時測量精確性也難以控制。另外，其測量頻帶也因為在信號處理方法上的局限而受到了限制。

2.2 光學電流互感器

Faraday磁旋光效應是光學電流互感器的基本工作原理，在其工作時，儀器上的偏振光會隨著磁場中的Faraday旋光材料的移動而偏移，其偏移的角度正比例于磁場強度。用公式可以表示成：

式中：表示磁導率；V表示Verdet常數；L表示偏振光的光程長度；H表示磁場強度。

從以上公式看出采用光學電流互感器可以準確測量線性度，從而掌握電流變化，避免了頻帶問題。當時仍然具有穩定性不足等問題。在精度和溫漂問題上有文獻通過自適應方法提出了解決方案，效果較好，提高了應對故障的響應能力。

從上述分析可以知道Rosgowski線圈電流互感器和OCT都存在飽和性不足的缺陷，二者都可以提高差動保護性能，但是又存在差異：Rosgowski線圈電流互感器難以有效傳遍直流分量電流和低頻率電流，而OCT則沒有這一限制，因此其動態性能比前者更勝一籌。

3 電子式電流互感器在差動保護中的應用

3.1 基于相量的差動保護

基爾霍夫電流定律要求只有在磁支路，分布電容、電導和并聯高抗同時存在的情況下才滿足磁定律，而變壓器縱差保護和線路電流差動保護由于缺乏這些要件，因此不再滿足該定律。另外，短路電流的非周期分量還有可能產生電流互感器飽和狀態，引起差動異動電流，因此需要采取相關制動方式避免錯誤觸發差動保護?；诒嚷手苿釉淼牟顒颖Ｗo就是通過對差動和穿越性故障電流進行內外故障的區分，而基于相量的差動保護則是依據某種算法計算出來制動量的平均值或者有效值來判斷是否啟動差動保護。通常比率差動有兩個觸發

條件：

差動電流：=

比率制動：

式中：表示最小動作電流；K表示制動洗漱；表示制動電流；表示回路的輸入電流。

而制動電流的取值有三種方法：第一種方法是去平均值；第二種方法是去電流最大值；第三種方法是取兩個值的和。如果采用第一種方法來觸發差動保護，那么在發生區外故障時的會比較大，而會比較?。话l生區內故障時則會比較大，一般情況下不會太大。所以在確定觸發最小保護值時只要觀察區外故障時的短路電流即可。對于采用第二種方式觸發差動保護時，發生區外故障時一般相同，而要大于第一種方法下的值。因此相對來說比第一種方法的可靠性高一些。當發生相同的區內故障時，一般在第一種算法和第二種算法下相同，但是第二種方法的要大一些，此時第二種算法不如第一種算法在觸發差動保護時靈敏。在第三種算法下的差動保護下，當區外故障相同時，也相同，而則與第一種算法下的制動可靠性相同。當面臨同樣的區內故障時與第一種算法下相同，而則可能大于第一種算法下的差動保護，小于第二種算法下的差動保護，靈敏性適中。從上面的分析可以知道電子式電流互感器要比電磁式電流互感器的性能強很多，無論是從可靠性還是從靈敏性來衡量都是如此。這也是電子式電流互感器得到廣泛應用的根本原因，因此提高差動保護的性能可以避免短路故障的蔓延，提高供電設備的穩定性。

3.2 采樣值電流差動保護

基于相量的差動保護雖然在性能上大大提高了，但是在應用中需要一定的數據支持，當發生嚴重故障時這樣的處理模式在應變速度上略顯緩慢，尤其對嚴重影響整個系統的故障來說必須及時解決。這時候采樣值電流差動保護的優勢就體現出來了，它是基于采樣電流來觸發差動保護的，因此和相量差動保護比起來速度大大提高了。采樣值差動保護的觸發條件是在R次采樣中若出現S次以上即觸發動作，用公式表示就是：

式中：表示最小觸發電流；K表示制動系數；表示制動電流。

由于電子式電流互感器在電磁上不會出現飽和問題，因此相對來說采用采樣值差動保護要比相量差動保護更好一些。而很多實驗也都表明電子式電流互感器在差動保護上無論是穩定性，還是靈活性都有很大提升。所以，一般在電子式電流互感器中采用采樣值電流差動保護。在以前，由于難以得到直流電流，因此往往通過數字濾波處理，在OCT普及之后，測量直流電流問題的解決使得新型差動保護的研究也更加緊迫了。

4 結語

Rogowski線圈電流互感器和基于Faraday的光學電流互感器同屬于電子式電流互感器，而電子式電流互感器因其絕緣可靠、避免了二次開路、同時不會發生磁飽和現象等優點已經成為了電力系統未來發展的基礎，基于ECT的差動保護的性能大大提高，無論是反應速度還是穩定性都有了很大的進步，其算法也更加簡潔，避免了復雜的計算過程。雖然同屬于電子式電流互感器，但是Rogowski線圈電流互感器難以傳導直流分量和低頻率電流，OCT則避免了這一方面的不足，在電流保真性上做得非常出色，所以OCT在采樣值基礎上的差動保護具有了很大的優勢，其在超高壓電網的應用有效提高了差動保護的性能，對于電力系統的提升起到了重要的

作用。

參考文獻

[1] 何瑞文，蔡澤祥，王奕，李佳曼，謝瓊香.空心線圈電流互感器傳變特性及其對繼電保護的適應性分析

[J].電網技術，2013，（5）.

[2] 殷伯云，羅志娟，楊麗，呂艷萍，袁亮，向黎.主變差動保護采用不同原理CT的仿真研究[J].電網技術，2013，（1）.

作者簡介：孫哲（1989-），男，陜西咸陽人，陜西能源集團清水川發電公司助理工程師，研究方向：發電廠電氣設備自動化及運行管理；張隨會（1975-），男，陜西西安人，陜西能源集團清水川發電公司助理工程師，研究方向：發電廠電氣設備自動化及運行與管理。

（責任編輯：秦遜玉）endprint