电流互感器饱和对继电保护的影响研究

摘要：电流互感器是一次系统和二次系统间的联络元件，将一次回路的大电流正比例地转换为二次小电流，供继电保护、测量仪表等二次设备使用，以正确反映电气设备的正常运行和故障情况。继电保护用电流互感器在短路时，将互感器所在回路的一次电流转换到二次回路，电流互感器铁心饱和是影响电流互感器性能的最重要因素，进而成为影响继电保护正确动作的重要因素。基于此，对电流互感器饱和对继电保护的影响进行研究，以供参考。

关键词：电流互感器饱和；继电保护；影响

引言

电流互感器（CurrentTransformer，CT）在电力系统中起着桥梁枢纽作用，将参与能量转换的一次系统和负责保护、控制、计量的二次系统相连接，将一次系统中的大电流等比例转换为仪表及继电保护装置用的小电流，并将一、二次系统设备进行有效的高压隔离。CT有不同种类方法，其中电磁式CT应用最为广泛。电磁式CT的铁心由于其非线性励磁特性，使得电磁式CT极易从线性工作区转变至饱和工作区，引起CT饱和现象的发生，造成CT二次侧电流发生畸变以及缺损，使得一次系统中的电流信息不能被正确传变，最终导致继电保护装置的拒动及误动。

1电流互感器饱和

电流互感器其铁心的非线性励磁特性，通过互感器大电流将导致电流互感器发生饱和，不能正常转换电流，转换到二次侧的小电流发生缺损和畸变，无法正常反映配电网电流的大小，最终导致继电保护发生拒动或者越级跳闸等事故。目前在配电网中已经出现多起电流互感器饱和造成二次电流变电流变小，引起过电流保护的拒动或动作延时，导致事故范围扩大，同时出现电流互感器饱和造成距离保护之间失去配合。电流互感器出现饱和对于差动保护的影响更大，在差动保护区两侧安装的电流互感器的饱和程度不同会造成差流变大，导致在差动保护区外故障时差动保护误动作，造成严重的跳闸停电事故发生。因此，对配电网中运行的电流互感器饱和的检测非常重要。

2 CT饱和机理分析

CT一、二次电流的传变是通过CT铁心的传变特性进行的，并且该传变特性是非线性的。当CT铁心运行在线性区时，CT的励磁阻抗很大，使得励磁回路中的励磁电流很小，此时系统一次电流可以完全传变至二次侧;当CT一次侧电流突增时，流入励磁回路中的电流增加，导致产生铁心磁通的积累，使得CT由线性区逐渐转变至过渡区;当励磁电流增大到一定程度时，产生的磁通逐渐饱和，CT铁心进入到饱和区。当系统发生短路故障时，系统一次电流由2个部分组成：一部分是系统的周期分量;另一部分是系统短路故障时为了防止系统电流发生突变而感应出的非周期分量，该非周期分量是随时间衰减的。综上所述，系统发生短路故障后，一次侧电流中包含了稳态周期分量以及一个随时间衰减的非周期分量，这两个分量影响着铁心磁通，并且非周期分量不能传变到二次侧，影响着励磁电流的变化;在这2个分量的共同作用下，CT的励磁电流以及二次电流发生相应变化，所以短路故障时短路电流的交流周期分量、衰减的直流分量对CT的饱和产生影响。另外，CT铁心剩磁、铁心截面积通过影响铁心的磁通也影响着CT的饱和;而由CT的等值电路可知，二次负载、绕组匝数、绕组变比的变化影响着励磁电流以及二次电流的分配，同样对CT的饱和产生影响。

3电流互感器饱和诊断方法及技术支持系统

3.1交互层

基于统一结构化设计，构建人机交互界面，展示呈现在配电网发生故障后，电流互感器饱和诊断方法及技术支持系统对于非故障线路的电流互感器饱和诊断结果和内容，支持用户查看和确认非故障线路存在饱和情况的电流互感器。

3.2服务层

为交互层提供数据服务和解析服务，基于统一结构化设计，在配电网发生故障后，以故障点为中心进行线路拓扑自动搜索，扫描获取以故障点厂站为中心的附近一级非故障线路的故障录波数据，进行统一模型和文件关联匹配，由服务层进行故障录波数据与线路及其对应的电流互感器模型匹配、波形拆解和数据提取分析，对故障点下一级所有非故障线路进行电流互感器饱和检测。

3.3接口层

对于厂站安装的故障录波器，在配电网发生故障以后，记录故障线路波形，同时由于故障的激发启动，故障录波器同时对于故障点相关联的附近一级线路产生波形记录，通过接口层将厂站端的故障录波数据传递给服务层进行解析分析和饱和诊断。

3.4感知层

对于配电网发生线路故障后，感知层通过感知分析确定故障点，收集调取故障点关联的厂站故障录波数据及附近一级厂站故障录波数据。

4继电保护

电力网系统的运行时间段内，出现的突发状况和隐患问题主要来源于电力网系统中相关元件发生故障问题而导致的。面对这类问题，继电保护工作的落实是保障电力网系统高效稳定运行的关键，通过继电保护设施的安装，能够使其快速检测到电力系统运行环节中出现的异常现象，从而根据故障问题的类型和发生原因，快速找寻到相应的故障元件，以便于维修人员能够及时查找故障原因，对故障元件及时进行维修和更换，以免由于某一故障元件的非正常运行，致使整体的电力系统出现运营异常的现象。在当前现代化背景之下，电力企业需要顺应时代的发展潮流，结合更先进的现代化技术，不断优化电力系统的安全管理体系和继电保护措施。其中，继电保护装置的优化历程中，主要是从电磁式装置，经过一系列的演变，到了当前的微机型的继电保护装置，该装置与原先的晶体管式保护装置、集成电路保护装置以及电磁式保护装置相比，具有较高的优势，可以快速分析出电力网系统中的异常信息，从而跟随信息找寻发生故障的源头，可以规避原先传统装置分析低效的问题。

5区内、外短路故障期间CT饱和对继电保护的影响

当双端供电网络两侧分别使用电磁式CT与光电式CT时，由于光电式CT短路故障发生期间不会产生饱和现象，电磁式CT短路故障期间会发生CT饱和，使得双端供电系统两侧存在差流，导致继电保护装置动作。若发生的是区内故障，保护能正确动作;若发生的是区外故障，保护则会误动作。区内、区外短路故障期间CT二次侧电流都会激增，且区内故障比区外故障产生的差流要大;当发生区内短路故障时，继电器正确动作;发生区外短路故障时，由于电磁式CT发生饱和，保护会误动作。所以，需要及时检测CT的饱和点，区外故障期间及时闭锁差动保护，防止差动保护误动作。综上所述：同等条件下选择变比较大、线圈匝数较多的CT比较有利于避免CT饱和问题的发生;同时，采取限制系统故障期间短路电流，减小CT二次负载、铁心剩磁等措施也将有利于避免CT饱和问题的发生。

结束语

当前配电网对于继电保护整定值的准确性、继电保护的可靠性以及二次回路的完整性的专业管理和运维重视程度很高，而对用于继电保护采样输入的电流互感器异常情况重视不够，导致在配电网故障情况下故障线路和非故障线路的电流互感器时常出现饱和情况，目前很多研究局限于故障发生后开展故障线路的录波分析确定故障线路互感器饱和情况，对于非故障线路的电流互感器的饱和诊断缺少故障录波与其对应的一次设备范围，并且厂站间线路拓扑关系缺乏必要的基础支撑，非故障线路电流互感器饱和检测存在困难，

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