电流互感器的磁路饱和特性对继电保护的影响及其防护措施

摘要:分析在电网三相短路情况下,电流互感器的磁路饱和特性对继电保护装置的影响,提出了减少影响的方法和措施,具有一定的工程意义。

关键词:特性;饱和;非周期分量;继电保护

1 问题提出

继电保护装置的任务是能够在被保护设备发生故障或不正常工作状态下,作用于开关跳闸或发出警告信号。因此,需要将设备上的电流引人保护装置,该任务一般都是由电流互感器来完成的。互感器的一次绕组串联在被测量的电力线路中,线路电流就是互感器的一次电流;二次绕组外部回路接有继电保护装置等二次设备。所以,电流互感器的特性对继电保护装置来说是很重要的。电流互感器的准确度与短路电流的数值有很大关系,对于特性不良的电流互感器,其准确度会大大降低,使继电器保护不能可靠工作。

目前,广泛采用的是带铁芯的电流互感器,根据电力变压器的工作原理和理论分析方法,它的等值电路如图l表示的T型图。

由于电流互感器是一个具有铁芯的非线性元件。当铁芯不饱和时,Zm的数值很大且基本不变,因此励磁电流很小,近似可认为励磁支路开路,此时可认为一次电流和二次电流成正比而且误差很小。当接有互感器的主回路发生短路故障时会有很大的短路电流通过,互感器可能发生严重饱和,Zm将迅速下降,励磁电流增大,因而,二次电流的误差也随之增大。铁芯越饱和则误差越大。此时,一次系统的故障电流不能正确地反映到互感器二次侧,致使继电器保护装置不能正常工作。

2 对三相短路电流的分析

当电路发生三相短路时,短路电流是由周期(交流)分量和非周期分量组成,其中,非周期分量在导致互感器的饱和方面比交流分量的影响要大,使互感器工作特性变差。

式中Ta为电路的时间常数。

3 非周期分量对电流互感器特性的影响

分析上述公式(2)可知,当id在下述情况下发生时,短路情况最为严重:

(1) 短路前的电路是空载的,即t=0时,i=0;

(2) 短路发生于电压瞬时值经过零值时,即t=0时,?琢=0。将这两个条件代人式(2),则有:

图3是一个简单的纵联差动保护的接线图。当正常情况时,差动回路的电流应近似为零。当本线路以外发生短路时,如果短路电流很大,将使互感器铁心严重饱和,互感器二次侧电流将发生突变,使差动回路的不平衡电流增加,当不平衡电流大于保护继电器动作的整定值时,装置将误动作。

要解决由于短路电流引起互感器特性变差而导致继电保护装置误动作,除了选用特性良好的互感器和扩大整定值的裕度以外,还可以采用具有磁力制动的差动继电器。

图4为不平衡电流 与外部短路电流变换到二次侧之值的关系图。直线2为无制动特性继电器的启动电流图,启动值为一常数。采用这种继电器由于整定值较大,将导致保护装置的灵敏性下降。曲线3为具有制动特性继电器的启动电流图,从图上可以明显看出随短路电流地增大,继电器的启动电流也随之增大,这样就有效地避免了因短路电流引起互感器特性变差而导致保护装置误动作的危险性。

以下为一个用具有制动特性的差动继电器来构成变压器的纵联差动保护。在图5中,W 为制动线圈,接于差动回路的一臂上,流过电流 ;W 为工作线圈,接于差动回路之中;W 为二次线圈,其输出接于电流继电器上;W 为平衡线圈。两个制动线圈的极性联接,应保证所产生的磁通在两个边柱上成回路而不流入中间铁心。两个二次线圈的联接应保证在制动磁通的作用下所感应的电势互相抵消,不影响执行元件的工作。这样当工作线圈中流有电流时,它所产生的磁通在W 中感应的电势就是相加,因而在电流达到整定值之后继电器将动作。当W 中没有电流时,为使差动继电器动作,需在工作线圈中加入一个电流 ,由此电流产生的磁通在W 中感应一定的电势E ,它刚好能使元件动作,此电流称为最小启动电流。当中有电流以后,它将在铁心的两个边柱上产生磁通 ,使铁心饱和,导磁率下降.。此时必须增大W 中的电流才能在W 中产生电势E ,使执行元件动作。因此启动电流随制动电流的增大而增大,这样就可以有效地避免因短路电流引起互感器特性变差而导致保护装置误动作的危险性。

结束语。综上所述,由于电流互感器磁化特性的不同,亦即饱和情况的不同,当外部短路时,可能会产生足够大的不平衡电流,使差动保护、零序接地保护等对不平衡电流较敏感的保护装置误动作。尤其是短路电流中的非周期分量要比周期分量值大几倍.对互感器的特性影响也就更大。因此,电流互感器的直流饱和问题必须引起重视。对用于差动保护、零序接地保护装置的电流互感器,应严格进行励磁特性(伏安特性)曲线试验.从曲线中可以判断磁饱和状态,选用饱和倍数较大的电流互感器或者选用带制动特性的电流互感器。

参考文献

[1] 何仰赞,温增银.电力系统分析[M].武汉:华中科技大学出版社,2002.

[2] 贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京:水力电力出版社,1991.