淺談繼電保護互感器技術的應用與不足

保明東

摘要：電流互感器在變電站內數量較多，是確保系統正常運行的關鍵設備。若電流互感器出現故障，將引起斷路器跳閘，甚至演變為停電事件，對電網的安全穩定運行造成不利影響。互感器技術是電網安全保護工作的重要組成部分，呼吁技術人員關注和研究互感器技術，為電網安全保護工作貢獻力量。簡要介紹了互感器技術在繼電保護工作中的應用，提出了當前互感器技術的不足。

關鍵詞：互感器技術;繼電保護;光電式互感器

引言

隨著科技的發展，人們對電力的需求和質量要求都在不斷提升，導致電網輸配變容量不斷增加，電網的安全保護工作壓力也越來越大。作為電力系統檢測、繼電保護的基礎，互感器技術成為電網運行中不可或缺的重要組成部分。

1電流互感器對繼電保護的影響

我們都知道，電流保護是指在當電器的電流突然增大的某一個瞬間，對電器進行保護的一種瞬間保護動作，只要是在電流互感器的保護范圍內發生了電路的故障，如果說故障電流中的非洲期分量過多的時候，整個電流互感器就會出現飽和的情況，當然這種情況也只是短暫的。但是，即使說我們有了這種保護裝置，在故障產生的時候存在在保護裝置中的故障電流并不大多，就會導致這種保護并不到位，也就是無法有效的保護電流電器。而也正是因為這種保護值沒有達到，所以我們只有等到非周期的分量衰減后，電流互感器的線性恢復到原來的樣子，這時對電流的保護才會起作用。但是一旦在電流互感器的保護范圍內發生了三股電流的沖撞故障，那么在這三種電流中總會有一種電流的電流含量是非常小的。該項故障電流與實際電流非常接近。因此，當在電流互感器的保護區范圍之內發生了三種電流相互沖撞的故障情況的時候電流速斷保護就不會收到電流互感器暫時飽和狀態的影響。

2現有互感器技術的不足

（1）互感器誤差。互感器容易受特定因素影響，如線圈匝數、磁芯橫截面積、電流頻率等因素影響，導致互感器二次回路誤差較大。二次回路的較小誤差，折算到一次回路就是一個較大的誤差，容易導致繼電保護裝置誤動作和拒動，對電網的安全運行危害極大。電力系統中存在大量的感性負荷和容性負荷，這些感性負荷和容性負荷在一定條件下會產生諧振現象，引起諧振過電壓;在系統發生單相接地故障時，導致非故障相電壓升高、引起發生位移;單相接地電弧熄滅后，容易導致電壓互感器的鐵芯飽和。諧振現象、單相接地故障、積極單相接地短路電流電弧熄滅等，均可能引起電壓互感器嚴重誤差。在中性點不接地系統中，發生單相接地時非故障相對地電壓上升到根號三倍，因單相短路接地時可帶故障運行兩小時，電壓互感器不但誤差很大而且易導致過熱損壞。（2）鐵磁諧振。鐵磁諧振是由于鐵磁心的非線性特性等原因，電壓互感器磁芯飽和之后發生持續性的諧振過電壓現象。如果線路所帶負荷呈較大感性負荷，同時帶有大容量的深井泵。當系統電壓出現波動或持續性諧波，電路中電流或電壓發生突變，可能導致電壓互感器鐵心迅速飽和、感抗減小，當感抗小于容抗時，就有可能產生鐵磁諧振。鐵磁諧振會導致電壓互感器產生很大的激磁電流和電壓突變。嚴重時，將導致磁心的溫度迅速升高，導致電壓互感器燒壞。

3互感器技術繼電保護的應用

3.1電壓保護

電壓保護是指電壓互感器并聯在被測電流中，測量被測電路電壓峰值、有效值、零序電壓、相位、頻率等因數，間接控制對電壓峰值過高、過電壓、低電壓、相位異常和頻率偏高等電壓異常情況進行保護切斷。目前通常電壓保護有過電壓保護、低電壓保護等。過電壓是指任何峰值大于正常運行下穩態電壓的相應最大峰值的電壓。過電壓保護分為瞬態過電壓和暫態過電壓，瞬態過電壓是指持續時間極短，如雷擊、開關操作、靜電放電等。瞬態過電壓主要通過防雷裝置保護。而暫態過電壓持續時間比較長，在0.1～1000ms之間，主要有諧振過電壓、甩負荷過電壓、中性點漂移導致的過電壓和轉移過電壓等。這些過電壓故障嚴重時可能導致電器設備損壞，電器絕緣被擊穿等，危害極大，嚴重威脅電網及用電用戶安全。因此，過電壓保護是繼電保護中的重要項目之一。電壓保護使用電壓互感器并聯在被測回路中，用較低的變壓互感器的二次回路電壓替代被測電壓，以達到安全、有效的繼電保護工作。

3.2過電流保護

過電流保護是指當電流超過預定最大值時，保護裝置動作切斷隔離過電流回路的保護。過電流保護分為短路速斷保護和過負荷保護，短路速斷保護是指發生相間短路或接地短路時，短路回路產生極大故障電流，保護裝置動作切斷被測回路的過程，過負荷是指線路所掛負荷容量超過了線路允許最大值，導致線路電流過高，從而使保護裝置動作的過程。過電流保護通常是使用電流互感器串聯在被測回路中，監測被測回路電流峰值和有效值，當被測回路出現電流大小超過設定的允許值時，互感器二次回路電流使保護裝置動作，達到切斷和隔離故障回路的效果。

3.3零序保護

零序保護是指在大短路電流接地系統中發生接地故障，導致線路產生零序電流、零序電壓，利用這些電氣量構成保護原理的接地短路保護裝置。零序電流保護的原理，是在三相線路或N線上安裝電流互感器（CT），利用這些CT來檢測三相的電流，由此計算零序電流大小。當線路上所接的三相負荷完全平衡時，線路無接地，可正常運行;當線路上所接的三相負荷不平衡，電路產生不平衡電流，不平衡電流達到了預設的動作值時使控制繼電保護裝置動作，從而達到零序保護的目的。同時，當三相發生接地故障時，接地相產生一個很大的接地短路電流，此時的零序電流是三相不平衡電流與接地短路電流的矢量和，因此零序電流大小劇增，使零序保護動作，達到接地短路保護目的。

3.4差動保護

差動保護是輸入設備或線路兩端電流矢量差，當電流矢量差達到設定的動作值時驅動保護裝置動作。差動保護是反映被保護設備或區域兩側電流差而動作的保護裝置。依照基爾霍夫定理，電路中流入同一個節點的所有電流的矢量和等于零。把被保護的電氣設備看成是一個節點，那么正常時流進被保護設備的電流和流出的電流相等，差動電流等于零。當變壓器、電動機發電機等設備出現故障時，流進被故障設備的電流和流出的電流不相等，即存在差動電流。使用電流互感器（CT）檢測故障設備兩端電流，則流入CT電流互感器的兩端電流存在一個矢量差即差動電流，當差動電流達到了設定的動作值時，使差動保護裝置動作，繼而達到切斷故障設備和回路的效果。差動保護通常作為變壓器主保護，是繼電保護中最重要的保護之一。

結束語

互感器技術是繼電保護的基礎，在繼電保護工作中占據重要地位。但由于現有的互感器仍有很多不足之處，致使繼電保護工作事故時有發生，或需要投入大量運檢人工，才能確保電網保護正常運行。新型電子式互感器因其線性特性好、誤差小、受環境影響低等優點，將會是電磁式互感器技術的理想替代品。

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