榮先偉　國網(wǎng)山東省電力公司寧陽縣供電公司　山東泰安　271400

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P類電流互感器鐵心飽和問題探析

榮先偉國網(wǎng)山東省電力公司寧陽縣供電公司山東泰安271400

【文章摘要】

用于保護(hù)裝置的電流互感器，對其性能的基本要求是在限定應(yīng)用條件下的誤差比例應(yīng)在規(guī)定的范圍之內(nèi)，但是電流互感器在應(yīng)用過程突出的問題就是系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，電流會通過短路電路引起鐵心飽和，從而導(dǎo)致互感器中激勵(lì)電流磁通量增加，從而影響到電流互感器的傳變誤差，因此，在進(jìn)行電路工程設(shè)計(jì)選擇使用保護(hù)類電流互感器時(shí)，需要采用合適的設(shè)計(jì)措施，降低鐵心飽和所帶來了的誤差影響。

【關(guān)鍵詞】

保護(hù)用電流互感器；鐵心飽和問題；探究

電流互感器的主要作用是將回路中的一次大電流成正比例的轉(zhuǎn)變?yōu)槎涡‰娏鞯谋Ｗo(hù)裝置，電流轉(zhuǎn)化后供測試儀器、儀表和繼電保護(hù)裝置測量。與普通變壓器不同的是，其輸出的容量比較小，通常情況下電流不會超過10安培。在電路設(shè)計(jì)過程中，對于保護(hù)用電流互感器的基本要求是在規(guī)定應(yīng)用條件下，將誤差限制在規(guī)定的范圍下，這些裝置在應(yīng)用過程中突出的問題就是鐵心飽和問題，這種問題的出現(xiàn)就顯著增加了電流互感器傳變誤差，因此，在保護(hù)用電流互感器時(shí)，應(yīng)采取好保護(hù)措施降低鐵心飽和所帶來的影響。保護(hù)用電流互感器通常情況下應(yīng)用于中壓系統(tǒng)中。在應(yīng)用過程中，在不考慮暫態(tài)飽和問題的前提下，繼電器保護(hù)裝置必須采取措施，防治互感器暫態(tài)飽和引起電路保護(hù)裝置出現(xiàn)不正確的制動(dòng)。

1　保護(hù)用電流互感器鐵心飽和問題分析

1.1穩(wěn)態(tài)飽和

圖1　磁通的變化

保護(hù)用電流互感器鐵心飽和是由其所選用的鐵心的磁電特性所決定的，在保護(hù)用電流互感器剩磁為零的基礎(chǔ)上，會產(chǎn)生如圖1的變化。但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，保護(hù)用電流互感器勵(lì)磁曲線是由上述圖簡化而來。在實(shí)際應(yīng)用過程中，如果增加保護(hù)用電流互感器中的一次大電流，則其有效的二次電壓也需要適當(dāng)增加，這樣才能保證互感器輸出相對應(yīng)的二次電流。而當(dāng)二次電壓高出一定標(biāo)準(zhǔn)之后，就會出現(xiàn)保護(hù)用電流互感器鐵心飽和的問題。

1.2保護(hù)用電流互感器的剩磁現(xiàn)象

任何有鐵心的電氣設(shè)備，即使在勵(lì)磁燈電流下降為0值的前提下，也會出現(xiàn)余磁現(xiàn)象。而剩磁對保護(hù)用電流互感器的影響也是十分顯著的，剩磁是隨著保護(hù)用電流互感器二次電流以及負(fù)載阻抗而確定的。而剩磁對瞬態(tài)磁通的效應(yīng)是呈現(xiàn)增加還是減少，取決于剩磁和磁通量的變化方向是否一致，剩磁越高則保護(hù)用電流互感器鐵心飽和現(xiàn)象越嚴(yán)重。

1.3飽和時(shí)間分析

保護(hù)用電流互感器鐵心飽和的起始時(shí)間通常保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電氣元件有密切聯(lián)系，因此，起始時(shí)間對繼電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用效果影響十分大，一般情況下保護(hù)用電流互感器起始飽和時(shí)間與以下幾個(gè)因素有關(guān)：首先，一次電流產(chǎn)生偏移的程度。電流系統(tǒng)X/R和故障初始相位決定了一次電流波形偏移程度，直流分量會持續(xù)增加磁通量，一次電流的偏移程度越高，鐵心飽和時(shí)間越短；其次，故障電流值。當(dāng)電流程度相同時(shí)，偏移電正比與電力正弦分量的數(shù)值越大，磁通量達(dá)到飽和的時(shí)間也會越短；再次，鐵心的剩磁量。剩磁量增加或者減少是由其它機(jī)理產(chǎn)生的磁通影響，取決于它們之間相對的特性，當(dāng)總的磁通量增加時(shí)，鐵心飽和的時(shí)間就會縮短，磁通量達(dá)到足夠標(biāo)準(zhǔn)后，鐵心在較短時(shí)間內(nèi)就會達(dá)到飽和；最后，飽和電動(dòng)勢。保護(hù)用電流互感器中二次勵(lì)磁阻抗取決于鐵心的大小和鐵心的材質(zhì)，其橫截面積越大，達(dá)到飽和要求的磁通量就會越大，飽和電動(dòng)勢就會越高，在其它因素不變時(shí)，達(dá)到飽和所用的時(shí)間也就會越長。

2　防治保護(hù)用電流互感器鐵心飽和的對策和方法

2.1應(yīng)用氣隙式電流互感器

一般的電流互感器的氣隙較小，剩磁可以達(dá)到飽和程度的九成以上，但是專門的氣隙式電流互感器的鐵心其剩磁量很少，大概為飽和密度的一成左右，因此，在電路設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用氣隙式電流互感器可以顯著改善穩(wěn)態(tài)飽和問題，但是在應(yīng)用氣隙式電流互感器過程中，除了其電流比誤差以及相角誤差比較嚴(yán)重之外，當(dāng)一次電流斷開之后，氣隙式電流互感器的剩磁衰減速度比較慢，持續(xù)時(shí)間大概為1s左右，這段時(shí)間可以引起二次電流出現(xiàn)緩慢衰減的情況，這種問題會嚴(yán)重影響到繼電器正常的使用。應(yīng)用氣隙式電流互感器過程中，可能是會引起短路失靈或者繼電器錯(cuò)誤制動(dòng)，因此，現(xiàn)階段電力系統(tǒng)中應(yīng)用氣隙式電流互感器并不是十分普遍。

2.2使用電子式的電流互感器

采用法拉第原理等磁光變化原理制成的電子式電流互感器應(yīng)用到電力系統(tǒng)是一種不錯(cuò)的選擇。這種電流互感器直接應(yīng)用光照進(jìn)行信息交換和信號傳輸，與高電壓電路完全隔離，其不會受到電磁干擾，具有不飽和、測量范圍廣、效應(yīng)頻率寬、體積小以及重量輕、方便進(jìn)行數(shù)字傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，其二次輸出的不是電流，而是與一側(cè)瞬間電流成正比的模擬電壓。

2.3限制短路電流

對于已經(jīng)建設(shè)完成的中壓電力系統(tǒng)中，可以在較高一級的電壓等級中采取一定措施限制短路電流的大小，可以應(yīng)用分裂運(yùn)行的模式，限制短路電流。分列運(yùn)行后可能會造成電力系統(tǒng)可靠性降低，這時(shí)可以采用備用電源自動(dòng)投入等方式來進(jìn)行彌補(bǔ)，而對于新建的中壓電力系統(tǒng)短路電流可以通過多串聯(lián)幾個(gè)電抗器等方法來降低短路電流。

2.4積極用用抗飽和能力強(qiáng)的繼電保護(hù)裝置

首先，采用對電流飽和程度不敏感保護(hù)原理設(shè)計(jì)電路，通常情況下，采用相位判別原理的繼電器比采用幅值判斷原理的繼電器的抗電流互感器鐵心飽和能力要好的多；其次，采用對電流互感器鐵心飽和不敏感的微型保護(hù)裝置。在判別過程中，瞬時(shí)值判別比平均值判別或者有效值判別的鐵心保護(hù)性能要好的多。對于電力系統(tǒng)中帶有限制的保護(hù)裝置，電流的非周期分量對繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作是否準(zhǔn)確和穩(wěn)定影響不是很大，因此，采用全電流判別比采用其它判別方式抗電流互感器鐵心飽和性能要更好；最后，有效使用電流不飽和段的信息。電流互感器在電流轉(zhuǎn)換方向后一段時(shí)間內(nèi)處于不飽和狀態(tài)，在短路開始的1/4周期內(nèi)也是不飽和的，可以有效的利用這些不飽和電流，采用快速判斷等方式，在電流飽和之前做出迅速的判斷。

3　結(jié)語

電力系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)和改造，其主要目的是為了增強(qiáng)電力企業(yè)的供電可靠性，但是在改造過程中也顯著增加了系統(tǒng)的短路電流，從而使電流互感器更容易出現(xiàn)飽和，因此，在設(shè)計(jì)和選擇電流互感器過程中，必須采取有效措施避免出現(xiàn)飽和，提高系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性。

【參考文獻(xiàn)】

陳宏山,余江,周紅陽.繼電保護(hù)受電流互感器飽和的影響及防誤動(dòng)措施[J]. 南方電網(wǎng)技術(shù). 2013(01)