電流互感器飽和對繼電保護裝置的影響分析

摘要：隨著供電系統容量的不斷加大，系統短路電流也隨之激增，導致電流互感器（簡稱CT）飽和問題也日益嚴峻。CT一旦出現飽和現象，就有可能造成繼電保護拒動、誤動作或是延遲動作，同時也降低了故障測距的準確性。常見的CT飽和分為穩態飽和與暫態飽和兩種。前者產生的原因是一次電流值過大，導致二次電流不能正確傳變一次電流;后者產生的原因是由于大量非周期分量進人電流互感器飽和區域造成的。

關鍵詞：電流互感器飽和;繼電保護;影響分析;對策

引言

在繼電保護裝置中，電流互感器作為電流信號的傳變元件對繼電保護的正確、快速動作有著決定性的作用。電流互感器出現飽和現象就會直接影響繼電保護裝置的可靠性。在被保護的設備沒有正常運作或者發生故障時，繼電保護裝置的任務就是作用于開關，從而發出警報信號，與此同時，就需要將設備上還保存的電流引人到保護裝置中去，這就需要電流互感器來進行完成的工作。如果電流互感器本身存有問題，將會大大降低在設備短路時的準確度，對繼電保護的正確工作產生非常大的影響。

一、電流互感器飽和的基本原理

電流互感器又稱儀用變流器（CT）。它是-種將高電壓大電流變換成低電壓小電流的儀器。其工作原理和變壓器相似，是利用變壓器在短路狀態下電流與匝數成反比的原理制成的，它的一次線圈匝數很少，而二次線圈的匝數很多。電流互感器把高電壓大電流按--定的比例縮小為低電壓小電流，以供給各種儀表和繼電保護裝置的電流線圈。這不僅可靠地隔離開高壓，保證了人身和裝置的安全。此外，電流互感器的二次額定電流一-律為5A，這就增加了使用上的方便，并使儀表.和繼電器制造標準化。

二、電流互感器飽和對繼電保護的影響

結合以往的工作經驗和當下的工作標準，認為電流互感器飽和對繼電保護的影響，集中在以下幾個方面：

2.1電流互感器飽和出現后，流人電流繼電器的短路電流二次值，將會直接出現變小的情況。此時，將會引起繼電保護的拒動問題，對部分地方的用電穩定性、可靠性，將產生.很大的影響。

2.2電流互感器飽和表現突出后，自身的故障特征，如果滿足了比率差動保護的相關動作條件，那么差動保護仍然可以做出正確的動作。可是，對于發生在區外的故障而言，其產生的穿越性電流情況，表現為較大的趨勢，此時引起的電流互感器飽和問題，會在客觀上產生虛假的差動電流，這種差動電流同樣表現較大。經過實踐研究發現，這種情況，會在各個不同的測量點，表現為差異化的情況，電流互感器飽和也會愈加嚴重，屆時所產生的損失會非常嚴重。

三、解決電流互感器飽和問題的具體方法

3.1限制短路電流

由于短路電流的幅值是引起CT飽和的一一個重要因素，為避免CT出現飽和情況可以從運行方式選擇中限制短路電流。例如在電力系統中可在較高一-級的電壓等級中采取分列運行的方式以限制短路電流。分列運行后造成的供電可靠性的降低可通過備用電源自動投人等方式補救。在新建系統中短路電流過大可采取串聯電抗器的做法來限制短路電流。

四、電流互感器飽和對繼電保護產生影響的對策

4.1選擇合適的電流互感器

選擇合適的電流互感器就是保證互感器飽和特性不至于影響到保護的正常動作，對電流互感器選擇的基本要求就是保證在穩態對稱短路電流下的誤差范圍內。同時CT的選型要充分考慮到CT的暫態飽和問題，根據具體情況和運行經驗選擇合適的CT，例如在高壓系統或大容量電力設備高壓側普遍設計采用TPY級電流互感器，以及選用帶小氣隙的PR級電流互感器。

4.2減小二次阻抗值

1縮短二次電纜接線長度

CT的主要負載是二次電纜的阻抗，所以在安裝繼電保護裝置時應選擇就地安裝，縮短二次電纜的接線長度，達到減小CT負擔的目的，有效地避免飽和。但是就地安裝繼電保護裝置對自身裝置的性能具有較高要求，要具備在惡劣氣候環境下運行的能力和抗強電磁干擾的性能。就地安裝還能簡化二次回路，提高供電的穩定性。

2.減少CT的二次額定電流

由于功率與電流的平方成正比，當CT的二次額定電流降低時，在負載阻抗不變的情況下，二次回路功率就會成倍降低，這樣CT就不容易產生飽和。同時，還可以選用--次電流倍數高和額定容量大的互感器，也能達到減小二次阻抗值的目的。

4.3采取措施限制短路電流

引起CT飽和的一個重要因素就是短路電流的幅值，換句話說，限制短路電流就可以在--定程度上避免CT出現飽和。比如，可以在電力系統中較高一級的電壓等級中采取分列運行的方式來限制短路電流的幅值。但是分列運行會造成供電穩定性降低，這一弊端可以通過備用電源自動投入的方式來改善。在新建的電力系統中可以采取串聯電抗器的方式來控制短路電流過大。

五、采用抗飽和能力強的繼電保護裝置

5.1采用對電流飽和不敏感的保護原理或保護判據

例如，采用相位判別原理的繼電器比采用幅值判別原理的繼電器的抗CT飽和的性能要好，因為即使在嚴重飽和狀態，正確地恢復電流的相位還是比較容易的;又如，采用負序過電流判據比采用相過電流判據的抗飽和性能要好，因為飽和狀態下剩余電流的負序分量相對于靈敏的負序電流整定值是足夠大的。當然，負序電流保護存在著CT二次回路斷線時容易誤動作、三相對稱故障時會拒動、不易整定配合的缺點，要增加附加判據來克服。

5.2采用對CT飽和不敏感的數字式保護裝置

如前所述，瞬時值判別比平均值判別或有效值判別的抗T飽和的性能要好。對于帶時限的保護，電流的非周期分量對繼電器的動作正確性和準確性的影響不大，采用全電流判別比采用工頻分量判別的抗CT飽和性能要好。

5.3有效地利用電流不飽和段的信息

CT在電流換向后的一段時間內不飽和，在短路開始的1/4周期內也不飽和，可以有效地加以利用。采用快速保護判據，在電流飽和前就正確地做出判斷（例如高阻抗電流差動繼電器）是一種典型的抗CT飽和做法。采用貯能電容或無源低通濾波器對飽和電流波形進行削峰填谷以縮小電流波形的間斷角也是一種簡單有效的辦法。

六、結束語

為了避免差動保護的電流互感器大容量電動機啟動時因電流過大出現飽和而導致差動保護誤動作，除了在設備選型上要確保選用容量足夠的保護級電流互感器外，還可根據電流互感器的伏安特性曲線和現場實測的電流互感器二次回路負載阻抗計算出電流互感器的飽和點，以此推算出在最大可能出現的穿越電流作用下，電流互感器是否會飽和以及差動保護是否會誤動作。只有對電流互感器飽和充分了解認識，制定合理的抗CT飽和對策，才能確保繼電保護裝置的可靠性。

參考文獻：

[1]李仲青，周澤昕，黃毅數字化變電站繼電保護適應性研究0電網技術，2011（5）.

[2]韓守亮，崔淑梅.一種新型模塊化級聯電機系統[J]電工技術學報，2013（2）.

[3]畢大強，馮存亮，葛寶明.電流互感器局部暫態飽和識別的研究[J].中國電機工程學報，2012（11）.

作者介紹：

唐軻（1987-8-30），性別：男，籍貫：四川省南充市，民族：漢族，學歷：大學本科，職稱：工程師，職務：國網南充供電公司變電運檢室變電運檢二班副班長，研究方向：變電檢修及運行。