陸泉森，林木峰，夏龍軍

（江門(mén)市博道工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備有限公司，廣東 江門(mén) 529040）

電流互感器大電流飽和測(cè)試技術(shù)與實(shí)現(xiàn)方法研究

陸泉森，林木峰，夏龍軍

（江門(mén)市博道工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備有限公司，廣東 江門(mén) 529040）

隨著我國(guó)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(yīng)用到發(fā)電機(jī)機(jī)組電流的測(cè)量和保護(hù)中?；陔娏骰ジ衅鲗?duì)整個(gè)電網(wǎng)安全的重要性，其成為熱門(mén)的研究課題。當(dāng)前，我國(guó)所采用的電流互感器，大多為10年前安裝的，工作時(shí)間長(zhǎng)，其穩(wěn)定性需嚴(yán)密關(guān)注。本文通過(guò)小電流測(cè)試實(shí)驗(yàn)，并計(jì)算CT的臨界飽和電流。根據(jù)CT常年的運(yùn)作工況條件，設(shè)計(jì)出穩(wěn)定的大電流測(cè)試。在測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)疊加衰減直流分量及合閘，模擬測(cè)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(cè)試；穩(wěn)定測(cè)試；模擬測(cè)試

電流互感器是電能計(jì)量裝置的重要組成部分，大電流互感器的穩(wěn)定性直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)電能計(jì)量的準(zhǔn)確性。我國(guó)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(mǎn)足當(dāng)前的工況需要。例如某區(qū)域110kV系統(tǒng)，其短路電流水平達(dá)到40kA，330kV系統(tǒng)則達(dá)到48kA。目前，微機(jī)保護(hù)裝置已覆蓋到各大電網(wǎng)，進(jìn)一步提升了故障判斷速度。因此，提升CT暫態(tài)相應(yīng)特性的動(dòng)作性能十分關(guān)鍵。

1 國(guó)內(nèi)外電流互感器的研究現(xiàn)狀分析

通過(guò)對(duì)目前國(guó)內(nèi)外電流互感器等相關(guān)文獻(xiàn)梳理，目前研究大多停留在對(duì)電流互感器的穩(wěn)態(tài)狀況下，主要存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)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(xiàn)繪制中，通常采用數(shù)值分析法，此類(lèi)分析法雖然通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能對(duì)局部（暫態(tài)）磁滯回路曲線(xiàn)進(jìn)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(cè)量不能分析電流互感器暫態(tài)傳變特性。當(dāng)前，對(duì)電流互感器誤差測(cè)量的主要手段是采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(xiàn)法中的試驗(yàn)電流過(guò)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(xué)界對(duì)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(duì)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(duì)繼電保護(hù)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(shí)容易使二次波形嚴(yán)重失真，無(wú)法分析電流互感器傳變特性。

（4）學(xué)界對(duì)差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)的CT研究較少。通過(guò)查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，學(xué)界對(duì)差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)CT的傳變特性研究較少。通過(guò)對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置分析可知，裝置兩側(cè)的CT的變化、準(zhǔn)確級(jí)及額定容量一旦存在差異，會(huì)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(yàn)電流互感器穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)同流水平

當(dāng)前許多廠家的電流互感器的負(fù)載、承受的工況條件、鐵磁材料特性等均存在較大差異，這對(duì)電流互感器傳變特性研究帶來(lái)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(gè)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(cè)試CT飽和傳變特性中獲取更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，需模擬CT實(shí)際運(yùn)行的各種工況。

P級(jí)電流互感器暫態(tài)運(yùn)行特性。在過(guò)往研究中，穩(wěn)態(tài)大電流的誤差是我們要考慮的問(wèn)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(guò)電流互感器時(shí)，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(shí)電流公式：

3 案例分析

對(duì)某區(qū)域短路電流水平進(jìn)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(guò)排查，該區(qū)域330kV與110kV兩種CT飽和均超標(biāo)，存在一定風(fēng)險(xiǎn)，容易產(chǎn)生差動(dòng)保護(hù)錯(cuò)誤動(dòng)作。具體參數(shù)見(jiàn)表1?；ジ衅髟囼?yàn)結(jié)構(gòu)均按用實(shí)際裝置模擬真實(shí)工況。CT二次負(fù)載設(shè)計(jì)中，CT5#、CT10#、CT4#、CT9#、均采用無(wú)感電阻負(fù)載，分別實(shí)測(cè)29.28Ω、29.2Ω、7.848Ω、7.729Ω，二次回路設(shè)備均采用故障錄波裝置。CT2#、CT7#負(fù)載采用4mm2電纜500m，其二次回路設(shè)備采用故障錄波裝置差動(dòng)保護(hù)，實(shí)測(cè)負(fù)載分別為4.345Ω和4.318Ω。CT3#、CT8#，負(fù)載采用無(wú)感電阻，二次回路設(shè)備采用母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)裝置，實(shí)測(cè)負(fù)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(shè)計(jì)。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(hào)轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)，二次側(cè)采樣負(fù)載兩次電壓值，并將兩次測(cè)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)為光信號(hào)，這樣就能使用暫態(tài)誤差測(cè)量裝置進(jìn)行分析了。為確保數(shù)據(jù)采樣的精準(zhǔn)性，建議采用進(jìn)度更高的采樣頻率，同時(shí)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(cè)試。在試驗(yàn)錢(qián)，先確定流通取值范圍，一旦取值過(guò)大，會(huì)因設(shè)備限制而造成費(fèi)用過(guò)高，取值過(guò)小難以確保CT進(jìn)入飽和狀態(tài)，導(dǎo)致測(cè)試數(shù)據(jù)失真。然后在根據(jù)以下公式計(jì)算出不同輸出負(fù)載下臨界飽和電流。為輸出負(fù)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(diǎn)電壓，按平均拐點(diǎn)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(diǎn)電壓

在本次測(cè)試中5P20與10P20均接微機(jī)保護(hù)，使得二者負(fù)載較小，只有1～5V·A負(fù)載數(shù)據(jù)能真實(shí)反映其特性。分析結(jié)果如下：（1）1200/1較600/1觀點(diǎn)電壓高出近30V，表明1200/1抗飽和能力優(yōu)于600/1。（2）1200/1準(zhǔn)確級(jí)相同情況下，能降低平均電感，同時(shí)大幅度提高拐點(diǎn)電壓；（3）在輕載情況下600/1較1200/1飽和電流額定負(fù)載 提升效果更好；（4）通過(guò)計(jì)算，在1～5VA負(fù)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(huì)發(fā)生飽和。

4 結(jié)語(yǔ)

在本次測(cè)試中，對(duì)CT飽和特性在前人基礎(chǔ)上，對(duì)某區(qū)域電網(wǎng)不同情況進(jìn)行了不同額定飽和、不同負(fù)載等情況下進(jìn)行分析，還原了電網(wǎng)中暫態(tài)電流的工況。通過(guò)計(jì)算大電流穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)同流大小，并模擬實(shí)際工況進(jìn)行測(cè)試，相關(guān)數(shù)據(jù)能有效指導(dǎo)該區(qū)域電網(wǎng)工作，對(duì)避免該區(qū)域負(fù)荷過(guò)大造成CT穩(wěn)態(tài)飽和具有一定參考價(jià)值。

[1]靳紹平,劉見(jiàn),張春強(qiáng),等.一種新型電流互感器磁飽和裕度直接測(cè)量方法的研究與實(shí)現(xiàn)[J].電測(cè)與儀表,2014,22:17-21.

[2]張杰梁,林勇,陳愛(ài)玲.大電流互感器現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與研究進(jìn)展[J]. 機(jī)電技術(shù),2015,03:129-132+134.

[3]康少波,楊小青,李俊奕,等.基于電流互感器取電的故障指示器電源設(shè)計(jì)[J]. 廈門(mén)理工學(xué)院學(xué)報(bào),2015,05:22-28.

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