陳國煒，王 麗

（1.國電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司，江蘇 南京 211106；2.國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106）

0 引 言

自從進(jìn)入科技信息化時(shí)代以來，我國各行各業(yè)都得到了進(jìn)一步的發(fā)展，對(duì)于電力行業(yè)來說，供電穩(wěn)定性與安全性極為重要，這就需要具備良好性能的電力系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)容量不斷提升的今天，電壓等級(jí)也有所提高，在科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展下，一些老式變電站已不適用于當(dāng)下時(shí)代的發(fā)展，無法滿足人們工作及生活所需的供電需求，這就需要構(gòu)建更具技術(shù)性與創(chuàng)新性的數(shù)字化變電站。本次研究通過搜集國內(nèi)外相關(guān)研究文獻(xiàn)及資料，在學(xué)習(xí)與分析中，通過簡(jiǎn)要概述電流互感器(Current Transformer，CT)概念、特性及其研究現(xiàn)狀，以此為依據(jù)來深入分析其對(duì)差動(dòng)保護(hù)與速斷保護(hù)的影響，進(jìn)而提出更加有效的繼電保護(hù)防范措施。

1 電流互感器的基本概況

1.1 電流互感器概述

國內(nèi)相關(guān)部門通過制定IEC6004-7與IEC60044-8標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電流互感器的概念進(jìn)行了簡(jiǎn)單敘述，將其作為電力系統(tǒng)的一種裝置。該裝置無論是連接、傳輸，還是在轉(zhuǎn)換器方面，都是由一個(gè)及多個(gè)電流或電壓傳感器所組成，可將其視為供電系統(tǒng)中對(duì)繼電保護(hù)裝置與儀表進(jìn)行控制的技術(shù)設(shè)備。該設(shè)備能夠通過模擬量電壓輸出及數(shù)字量輸出的方式提供頻率在15～100 Hz的電氣測(cè)量?jī)x器與繼電保護(hù)裝置所應(yīng)用的電流互感器。在數(shù)字輸出方面，因正負(fù)溢出指示碼為7FFFH和8000H，數(shù)字量輸出標(biāo)準(zhǔn)值可設(shè)為2D41H。圖1為電流互感器異常狀況的處理電路，圖2為電流互感器實(shí)體。

圖1 電流互感器異常狀況處理電路

圖2 電流互感器實(shí)體

1.2 電流互感器的特性

在電流互感器鐵心未飽和狀態(tài)下，該設(shè)備的二次電流I2會(huì)因一次電流I1的線性變化而發(fā)生變化，進(jìn)而使得勵(lì)磁電流I1≤I2。又因電流互感器鐵心導(dǎo)磁能力存在一定的局限性，在I2因I1變化而變化的過程中，二次電勢(shì)就會(huì)有所提升，最終會(huì)形成鐵心飽和狀態(tài)，而電流I2能夠依據(jù)勵(lì)磁支路進(jìn)行輸出，但不能輸出至二次側(cè)負(fù)荷Zb中，則I2與I1的變比K也不存在線性關(guān)系。

正是因電流互感器中的勵(lì)磁電流與磁路飽和特性，在電流互感器保護(hù)方面，是以最大允許變比誤差值在10%以內(nèi)為標(biāo)準(zhǔn)。這一標(biāo)準(zhǔn)的含義就是變比誤差為10%時(shí)，一次電流倍數(shù)和二次負(fù)載的曲線關(guān)系。

1.3 電流互感器的研究現(xiàn)狀

隨著時(shí)間不斷的推移，在科學(xué)技術(shù)越來越先進(jìn)的時(shí)代背景下，我國科技領(lǐng)域及相關(guān)行業(yè)也開始重視電流互感器的研究，各類不同規(guī)模的科技公司在不斷的研究中研發(fā)了具備不同性能的技術(shù)設(shè)備。以國電南瑞科技股份有限公司為例，其所研制的光纖電流互感器充分利用了各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，在不斷的試驗(yàn)下，準(zhǔn)確性高達(dá)0.2級(jí)，通過掛網(wǎng)試運(yùn)行來看，穩(wěn)定性與安全可靠性都有所保障，且已在實(shí)際工作中得到了廣泛應(yīng)用，代表了我國所研制的電力互感器逐漸在實(shí)際工作中得到應(yīng)用，進(jìn)而推動(dòng)我國電流互感器研究步入實(shí)用化階段，整體發(fā)展較為成熟。但在研究方面一直難以攻破西方關(guān)鍵技術(shù)壁壘，如何掌握核心技術(shù)仍是當(dāng)下我國在電流互感器研究方面的重點(diǎn)及難點(diǎn)事項(xiàng)[1]。電流互感器的連線方式如圖3所示。

圖3 電流互感器連線方式

2 電流互感器飽和對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響實(shí)例

某發(fā)電廠在使用大型5 kV電動(dòng)機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置時(shí)，其繼電保護(hù)是以比率制動(dòng)式縱差保護(hù)為基準(zhǔn)。具體工作中，以產(chǎn)生差動(dòng)保護(hù)跳閘動(dòng)作來對(duì)電動(dòng)機(jī)絕緣與耐壓等進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示相關(guān)指標(biāo)檢驗(yàn)合格。通過研究發(fā)現(xiàn)，第二組電流互感器安裝在電動(dòng)機(jī)上時(shí)，與安裝配電室繼電保護(hù)裝置之間存在一定的距離，最終就會(huì)使得二次阻抗Z1明顯大于額定阻抗ZN，計(jì)算的保護(hù)整定值則以Ker＝0.1為基準(zhǔn)。Ker是兩個(gè)電流互感器之間的誤差差值，以設(shè)備的二次阻抗小于額定阻抗值而整定。

3 電流互感器暫態(tài)飽和對(duì)速斷保護(hù)的影響實(shí)例

某電廠配電室I段母線5 kV電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)三相短路故障跳閘現(xiàn)象，通過故障排查與診斷分析相關(guān)研究理論及短路計(jì)算來看，故障部位三相短路的最大電流是16 800 A。在電路故障中，非周期分量大，且電動(dòng)機(jī)電流互感器為飽和狀態(tài)，二次電流波形態(tài)表現(xiàn)為重型畸變，繼電保護(hù)裝置并沒體現(xiàn)出實(shí)際電流[2]。因?yàn)殡娏骰ジ衅麒F心抗飽和度高，二次電流無明顯變化，所以能夠判定為因三相短路非周期分量使得電流互感器存在磁飽和特性影響，最終對(duì)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性造成損害，從而使其產(chǎn)生速斷保護(hù)動(dòng)作[3]。

4 電流互感器磁飽和特性對(duì)繼電保護(hù)的防范措施

4.1 避免電流互感器飽和

結(jié)合上述研究來看，電流互感器二次負(fù)載阻抗的值會(huì)對(duì)設(shè)備自身飽和性造成影響，當(dāng)該值超出規(guī)定范圍，就會(huì)導(dǎo)致勵(lì)磁電流加大，且鐵心為飽和狀態(tài)。為了有效預(yù)防此類現(xiàn)象的產(chǎn)生，還需以提升電流互感器允許的二次阻抗值為導(dǎo)向，在設(shè)備的選擇上以二次電流為1 A為準(zhǔn)?；陔娏骰ジ衅鞔棚柡吞匦詠砜?，其額定阻抗大，能夠避免采樣時(shí)出現(xiàn)誤差。

4.2 對(duì)電流互感器做特性試驗(yàn)

對(duì)于保護(hù)整定的設(shè)置來說，相關(guān)人員在具體計(jì)算中需充分考慮到電流互感器是否存在10%誤差曲線的問題，并嚴(yán)格根據(jù)該設(shè)備試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)要求來測(cè)量勵(lì)磁特性曲線與負(fù)荷，進(jìn)而才能更加了解設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況及產(chǎn)生的誤差特性與飽和拐點(diǎn)。因此，保護(hù)整定設(shè)置過程需依照電流互感器實(shí)際飽和特性來完成繼電保護(hù)整定的設(shè)置，從而才能從根本上來加強(qiáng)繼電保護(hù)的安全性與穩(wěn)定性[4]。

4.3 采用TP類電流互感器

針對(duì)種類較多的電流互感來說，為了有效預(yù)防其磁飽和對(duì)繼電保護(hù)裝置造成的不良影響，在類型選擇上最好以TP類為主，此類設(shè)備能夠在短路電流及非周期分量暫態(tài)影響的情形下完美適用，其缺點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)適用性較低，需耗費(fèi)較高的成本費(fèi)用。因此，在具體使用中還需根據(jù)實(shí)際經(jīng)濟(jì)情況而定，通常都是將TP類電流互感器運(yùn)用在配置精度高的設(shè)備中[5]。

4.4 減小二次負(fù)擔(dān)

繼電保護(hù)所受到的影響通過具體的分析實(shí)驗(yàn)基本上得到了良好解決。可對(duì)于現(xiàn)階段的快速發(fā)展而言，電力工作的革新速度非?？?，部分電力技術(shù)的成熟和應(yīng)用為電流互感器飽和的解決帶來了新的影響因素。為此，在解決繼電保護(hù)影響的過程中還必須特別注意細(xì)節(jié)工作。建議在今后的工作中，通過多元化的方法、手段有效減少二次負(fù)擔(dān)，從而取得更好的繼電保護(hù)效果。例如，CT的負(fù)載主要是二次電纜的阻抗，將繼電保護(hù)裝置就地安裝，大大縮短了二次電纜長(zhǎng)度，減小了CT的負(fù)擔(dān)，避免了飽和[6]。

5 結(jié) 論

在以數(shù)字化及信息化技術(shù)發(fā)展為導(dǎo)向的今天，要想實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站的構(gòu)建，就需合理運(yùn)用好相關(guān)測(cè)量設(shè)備，而電流互感器作為實(shí)用效果最好的設(shè)備的之一，通過將其運(yùn)用在數(shù)字化變電站構(gòu)建中，能夠體現(xiàn)出良好的數(shù)字化輸出與網(wǎng)絡(luò)化接線優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而使電力系統(tǒng)性能更加全面，在具備良好經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，也能提升供電穩(wěn)定性與安全性，以此來為人們生活及工作生產(chǎn)的用電需求提供保障，這對(duì)于國家經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展及社會(huì)和諧、穩(wěn)定的構(gòu)建來說意義重大，也是推動(dòng)電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化發(fā)展的關(guān)鍵所在。充分了解該項(xiàng)設(shè)備磁飽和特性對(duì)繼電保護(hù)的影響，以此來為采取相關(guān)防范措施提供依據(jù)，進(jìn)而加強(qiáng)繼電保護(hù)裝置的安全性。