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电流互感器磁饱和特性对继电保护的影响及防范

发布时间：2012-01-31 14:29　　文章来源：木森电气技术部　　作者：木森电气　　人气：

作为继电保护装置和电力计量装置最基本的测量元件之一，电流互感器在供电系统中很重要。继电保护装置动作的正确性在很大程度上取决于电流互感器电流传变的准确性。电流互感器在电力设备或线路发生故障时，如果电流较大或是其二次阻抗超标，容易引起磁路饱和，降低电流传变的准确度，影响继电保护装置的正确动作。本文结合独山子石化乙烯厂供电系统的实例子进行分析，并提出一些预防措施，以便对供电系统的运行、维护提供帮助。
          1、电流互感器特性
          （1）电流互感器铁心未饱和时，电流互感器的二次电流I2随着一次电流I1线性变化，励磁电流IC<。由于电流互感器铁心的导磁能力有限，当I2随着I1继续增大时，二次电势ES逐渐升高，导致铁心饱和，I2中有大部分电流通过励磁支路，而不能传到二次侧负荷ZB，I2与I1变比K不再是线性关系。
          （2）由于励磁电流以及磁路饱和现象的存在，通常我们对保护用的电流互感器要求最大允许变比误差值不大于10%。利用MS-601电流互感器测试仪快速测量CT的10%的误差曲线,所谓的10%的误差曲线，就是变比误差在10%时，一次电流倍数与二次负载关系的曲线，如图1所示。

         该曲线一般由生产厂家提供。电力继电保护整定计算人员根据这个曲线进行保护配置和整定。
         2、电流互感器饱和对差动保护的影响实例
         独山子石化大发展工程某大型6kV电动机微机保护装置采用了比率制动式纵差保护。
         开机试车时，差动保护跳闸。对电动机做绝缘、直阻、耐压试验，各项指标合格。经分析，由于第二组电流互感器安装在电动机本体，距离安装在配电室的继电保护装置较远，导致其二次阻抗Z1远远超出额定阻抗ZN，保护整定计算取Ker=0.1(Ker——两个电流互感器误差的差值)是按电流互感器二次阻抗不大于额定阻抗情况下的最大误差值整定的。
         电动机起动电流峰值可达额定电流的12倍左右，因此，当电动机起动时，由于Z1>>ZN，第二组电流互感器二次电势升高，铁心磁路饱和，导致Ker>>0.1。差动电流IOP落在了差动保护动作区，差动保护动作，电动机跳闸。后经过对第二组电流互感器的二次阻抗进行了减小处理，使Z1，开机正常。
         3、电流互感器暂态饱和对速断保护的影响实例
         电力系统发生短路故障时，具有对称分量的短路电流瞬时值在电气角φ=0时，非周期分量使一次电流、磁路全偏移。这可能导致电流互感器严重暂态饱和。
         图2为非周期分量衰减之前，二次电流的波形严重失真的示意图。

         微机保护装置所反映的电气量通常为短路电流的幅值、平均值、比值、相位等。这些量经过电流互感器变换后，若电流互感器暂态特性不良，则将使变换量程度不同地发生严重畸变、波形缺损、幅值大大减小，不能正确反映一次短路电流的数值和特性，严重时将使保护装置拒动或误动。
          独山子石化乙烯厂某配电室I段母线6kV电动机开机时发生三相短路故障跳闸，经查阅：该电动机柜微机保护装置故障电流为568A，电流互感器变比100/5，额定容量10VA；本段母线进线柜微机保护装置故障电流为16320A，电流互感器变比2000/5，额定容量30VA。据理论上的短路计算分析，该处三相短路最大电流为16800A左右。由此看来，发生短路故障时，暂态过程中非周期分量较大，电动机的电流互感器暂态饱和，二次电流波形发生了严重畸变，微机保护装置未能正确反映出一次实际电流。而进线柜电流互感器由于额定容量和变比较大，铁心抗饱和程度较高，其二次电流基本没有受到影响。因此，由于三相短路非周期分量导致电流互感器的暂态饱和的影响，导致微机保护装置速断保护动作。
          三相短路电流非周期分量导致电流互感器暂态饱和的影响，还有可能导致微机速断保护拒动、延时动作甚至越级动作。
4、防范措施
（1）避免电流互感器饱和
          综上分析，电流互感器二次负载阻抗的大小对其饱和的特性有很大的影响，如果超出其所允许的阻抗，励磁电流就会大大增加，使铁心进入饱和状态。因此，要尽量选用额定阻抗、额定容量较大的电流互感器，尽量减小电流互感器的二次阻抗。特别是电流互感器安装距离微机保护装置较远的时候，一定要注意二次阻抗是否超过额定值。
          电流互感器的二次额定电流一般为5A和1A两种，在相同容量下的二次电流5A的比1A的允许二次阻抗差25倍。因此，提高电流互感器的允许二次阻抗值，最好是选用二次电流为1A的电流互感器。
独山子石化大项目工程中的高压电动机由于现场用于计量的电流表以及一些电流采样装置距离安装在配电室的电流互感器较远，采用了额定电流为1A的电流互感器。该电感器额定阻抗较大，有效避免了由于电流互感器磁饱和造成的电流计量、采样误差。
（2）对电流互感器做特性试验
          不少保护整定计算人员在设置保护整定时，对电流互感器只是机械地考虑其10%误差曲线，很少按照电流互感器试验规程测量其励磁特性曲线和实际负荷，这样就不能真正了解其实际运行时的误差特性以及饱和和拐点。因此，在保护整定时，要根据电流互感器的实际的饱和特性进行继电保护整定，以防止继电保护误动、拒动。
（3）采用TP类电流互感器
          TP类电流互感器要求电流互感器在最严重的暂态条件下不饱和，二次电流的误差在规定的范围内。这类电流互感器适用于考虑短路电流中非周期分量暂态影响的情况，但是其造价和成本较高，一般用在对速断保护配置精度要求较高或是比较重要的电力设备上。
5、结论
          通过以上两个案例分析，其根本原因都是电流互感器磁饱和特性引起，因此要选用满足运行要求的电流互感器就必须全面考虑，以防止继电保护误动、拒动及防止计量偏差。

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