電流互感器大電流飽和測試技術與實現(xiàn)方法研究

陸泉森，林木峰，夏龍軍

（江門市博道工業(yè)自動化設備有限公司，廣東 江門 529040）

電流互感器大電流飽和測試技術與實現(xiàn)方法研究

陸泉森，林木峰，夏龍軍

（江門市博道工業(yè)自動化設備有限公司，廣東 江門 529040）

隨著我國電力事業(yè)的飛速發(fā)展，作為電力系統(tǒng)中的重要裝置，大電流互感器被廣泛應用到發(fā)電機機組電流的測量和保護中。基于電流互感器對整個電網(wǎng)安全的重要性，其成為熱門的研究課題。當前，我國所采用的電流互感器，大多為10年前安裝的，工作時間長，其穩(wěn)定性需嚴密關注。本文通過小電流測試實驗，并計算CT的臨界飽和電流。根據(jù)CT常年的運作工況條件，設計出穩(wěn)定的大電流測試。在測試過程中，通過疊加衰減直流分量及合閘，模擬測試CT在臨界峰值電流及剩磁水平條件下的狀態(tài)。

電流互感器；飽和測試；穩(wěn)定測試；模擬測試

電流互感器是電能計量裝置的重要組成部分，大電流互感器的穩(wěn)定性直接關系到整個電網(wǎng)電能計量的準確性。我國目前電網(wǎng)中使用的電流互感器大多是10年前安裝的，經(jīng)常出現(xiàn)剩磁、老化等現(xiàn)象，直接影響電網(wǎng)安全和穩(wěn)定。由于10年前電網(wǎng)的容量小，短路電流的水平較低，使得電流互感器難以滿足當前的工況需要。例如某區(qū)域110kV系統(tǒng)，其短路電流水平達到40kA，330kV系統(tǒng)則達到48kA。目前，微機保護裝置已覆蓋到各大電網(wǎng)，進一步提升了故障判斷速度。因此，提升CT暫態(tài)相應特性的動作性能十分關鍵。

1 國內(nèi)外電流互感器的研究現(xiàn)狀分析

通過對目前國內(nèi)外電流互感器等相關文獻梳理，目前研究大多停留在對電流互感器的穩(wěn)態(tài)狀況下，主要存在以下幾個方面的問題。

（1）數(shù)值分析法仍有一定缺陷。在電流互感器的鐵磁回路曲線繪制中，通常采用數(shù)值分析法，此類分析法雖然通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡能對局部（暫態(tài)）磁滯回路曲線進行擬合，但仍存在缺陷，難以建立更為精確的電流互感器暫態(tài)模型。

（2）誤差測量不能分析電流互感器暫態(tài)傳變特性。當前，對電流互感器誤差測量的主要手段是采用現(xiàn)場試驗的方法，從而分析電流互感器的飽和特性，而10%誤差特性曲線法中的試驗電流過小，難以分析電流互感器的暫態(tài)傳變特性。

（3）研究盲區(qū)——暫態(tài)非周期。目前學界對暫態(tài)非周期分量大電流傳變特性的研究十分稀少，大多研究只停留在對電流互感器穩(wěn)態(tài)狀況下。但不容忽視的是，暫態(tài)傳變特性對繼電保護和故障診斷的影響較大。尤其是非周期分量的的暫態(tài)故障電流時容易使二次波形嚴重失真，無法分析電流互感器傳變特性。

（4）學界對差動保護兩側(cè)的CT研究較少。通過查閱文獻發(fā)現(xiàn)，學界對差動保護兩側(cè)CT的傳變特性研究較少。通過對變壓器差動保護裝置分析可知，裝置兩側(cè)的CT的變化、準確級及額定容量一旦存在差異，會使其暫態(tài)大電流條件下傳變特性發(fā)生差異，甚至引起區(qū)外故障。

2 模擬試驗電流互感器穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)同流水平

當前許多廠家的電流互感器的負載、承受的工況條件、鐵磁材料特性等均存在較大差異，這對電流互感器傳變特性研究帶來一定困擾。由于電流互感器一、二次傳變特性及其暫態(tài)飽和傳變性直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定，因此深入研究暫態(tài)飽和傳變性具有重要意義。要想在測試CT飽和傳變特性中獲取更加精準的數(shù)據(jù)，需模擬CT實際運行的各種工況。

P級電流互感器暫態(tài)運行特性。在過往研究中，穩(wěn)態(tài)大電流的誤差是我們要考慮的問題，往往忽略了電流互感器暫態(tài)傳變特性。系統(tǒng)發(fā)生短路故障暫態(tài)大電流通過電流互感器時，其等效電源公式可表示為具體如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)短路故障圖

一次瞬時電流公式：

3 案例分析

對某區(qū)域短路電流水平進行調(diào)研，該斷面處為330kV變電站，其最大短路電流為48kV，110kV最大短路電流為40kV。通過排查，該區(qū)域330kV與110kV兩種CT飽和均超標，存在一定風險，容易產(chǎn)生差動保護錯誤動作。具體參數(shù)見表1。互感器試驗結(jié)構(gòu)均按用實際裝置模擬真實工況。CT二次負載設計中，CT5#、CT10#、CT4#、CT9#、均采用無感電阻負載，分別實測29.28Ω、29.2Ω、7.848Ω、7.729Ω，二次回路設備均采用故障錄波裝置。CT2#、CT7#負載采用4mm2電纜500m，其二次回路設備采用故障錄波裝置差動保護，實測負載分別為4.345Ω和4.318Ω。CT3#、CT8#，負載采用無感電阻，二次回路設備采用母線差動保護裝置，實測負載分別為：1.358Ω和1.422Ω。

表1 CT系統(tǒng)具體參數(shù)表

采集回路設計。目前數(shù)據(jù)采集裝置常用分流器阻值為0.001Ω，將一側(cè)的大電流信號轉(zhuǎn)為電壓信號，二次側(cè)采樣負載兩次電壓值，并將兩次測電壓信號轉(zhuǎn)為光信號，這樣就能使用暫態(tài)誤差測量裝置進行分析了。為確保數(shù)據(jù)采樣的精準性，建議采用進度更高的采樣頻率，同時使用光纖，避免電磁環(huán)境的干擾。大電流穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)測試。在試驗錢，先確定流通取值范圍，一旦取值過大，會因設備限制而造成費用過高，取值過小難以確保CT進入飽和狀態(tài)，導致測試數(shù)據(jù)失真。然后在根據(jù)以下公式計算出不同輸出負載下臨界飽和電流。為輸出負載功率因素，取值0.8；R1為二次回路內(nèi)電阻，按平均電阻取值；X1為二次回路內(nèi)電抗，按平均電抗取值；E2為平均拐點電壓，按平均拐點電壓取值；N為電流互感器變化（表2）。

式中，cos

表2 CT的內(nèi)阻和拐點電壓

在本次測試中5P20與10P20均接微機保護，使得二者負載較小，只有1～5V·A負載數(shù)據(jù)能真實反映其特性。分析結(jié)果如下：（1）1200/1較600/1觀點電壓高出近30V，表明1200/1抗飽和能力優(yōu)于600/1。（2）1200/1準確級相同情況下，能降低平均電感，同時大幅度提高拐點電壓；（3）在輕載情況下600/1較1200/1飽和電流額定負載 提升效果更好；（4）通過計算，在1～5VA負載情況下此區(qū)域330kV10P20與110kV5p20兩種最大短路容量下，電流互感器均不會發(fā)生飽和。

4 結(jié)語

在本次測試中，對CT飽和特性在前人基礎上，對某區(qū)域電網(wǎng)不同情況進行了不同額定飽和、不同負載等情況下進行分析，還原了電網(wǎng)中暫態(tài)電流的工況。通過計算大電流穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)同流大小，并模擬實際工況進行測試，相關數(shù)據(jù)能有效指導該區(qū)域電網(wǎng)工作，對避免該區(qū)域負荷過大造成CT穩(wěn)態(tài)飽和具有一定參考價值。

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