主变高压侧电流互感器抗短路电流特性分析

周建生

摘要：文章分析电流互感器的稳态特性，对互感器等值电路参数进行计算，建立互感器数学分析模型，依据模型，对互感器误差特性曲线进行分析和研究，提出额定二次极限电动势法，采取实测的拐点电压的方法对模型进行验算，并利用实时仿真系统对互感器饱和程度进行数字仿真，仿真结果表明与理论分析相一致。

关键词：主变高压侧；电流互感器；抗短路电流；等值电路参数；数学分析模型；实时仿真系统 文献标识码：A

中图分类号：TM452 文章编号：1009-2374（2015）10-0147-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0924

220kV电力系统电流互感器饱和问题长期存在，也是系统稳定性以及动作保护装置灵敏性的研究重要课题。采用暂态仿真软件对数据进行实时仿真，根据仿真结果，220kV系统选用TPY级暂态型电流互感器，效果较好。这种互感器的铁芯具备一定的非磁性间隙，剩磁通被限制在饱和磁通的10%以内，有利于提高重合闸及断路器保护灵敏度。

1 CT理论计算分析

1.1 TA的等值电路与参数计算

电流互感器原理是一次绕组中存在电流通过电磁感应，二次绕组上会产生一定的感应电流，在理论分析方面采取等值电路计算。

CT电势（电压）、电流和阻抗，一次折算至二次的计算为：

E1?=Kn*E1 （1）

I1?=I1/Kn （2）

Z1?=Kn?Z1 （3）

式（1）、式（2）、式（3）中，E1、I1、Z1为一次回路的感应电势、电流、阻抗；Z为阻抗。

折算得到一次和二次的感应电势相等：

E1?=E2 （4）

以上各值均为相量，电流互感器等值电路图如图1所示：

Kn为一、二次绕组匝数比；Es为感应电动势；Us为二次电压；Za和Zb分别为一二次绕组阻抗和负载阻抗；Ze为二次励磁阻抗

图1 电流互感器等值电路图

1.2 电流互感器铁芯模型分析

采用极限回环压缩的办法来描述铁芯的暂态磁化特，首先假定铁芯磁化曲线的主磁滞回环和次磁滞回环具有相似性，由主磁滞回环压缩生成次磁滞回环，再用反正切函数拟合主磁滞回环：。

式中α、h、β、C均为常数。

图2给出了互感器铁芯动态磁化曲线图：

图2 互感器铁芯动态磁化曲线图

1.3 TA误差特性曲线分析

通过实测CT伏安特性绘曲线，从而达到10%误差分析目的，对于差动保护，由于外部故障时，差动继电器仅流过不平衡电流，故障电流不流过差动继电器，所以试验时应将差动继电器的线圈短接。在星形连接电路中，需要在CT二次侧A-N、B-N、C-N进行电压、电流实验，根据各相负载阻，可以计算CT二次最大负载Zfh，Zfh取各相最大值。对于三角形接线，分别从AB、BC、CA通入试验电压电流。其中，，，计算出A、B、C相阻抗：

根据CT二次接线方式和故障类型，确定CT二次最大负载Zfh。

一般情况下，为继电器线圈阻抗，为连接导线阻抗，其他CT接线方式最大负载Zfh计算，对于有差回路的差动保。对于互感器误差分析则是根据计算电流倍，曲线上可以分析出允许二次最大负的值域。<时，能够满足CT的10%误差范围，≥时，CT不具备满足误差条件。图3给出了误差曲线分析图。

图3 互感器误差曲线图

2 性能验算

2.1 电流互感器性能要求

根据电力设计标准规定要求，主变一次侧继电保护用CT的选取，通常首先确定一次侧电流总负荷值和二次侧负载状况后，电流时域幅值误差必须不大于10%，角度误差控制在7度以内。本文采选取TPY级保护CT，以10%误差曲线对电流互感器的性能进行验算。通常规程对CT性能要求综合分析主要内容如下：（1）保护区域内发生故障的，在CT保护可靠性具备满足条件下，电流互感器误差以对主变差流速断保护稳定性为主要性能考虑要求；（2）保护区域以外产生比较严重故障状况时，CT误差需满足动作的稳定性条件，防止选择性误动作发生，电流互感器误差应满足主变差动保护的性能

要求。

2.2 TPY级电流互感器验算方法

判断电流互感器在所接负载情况下是否满足误差要求，采用额定二次极限电动势取实测的拐点电压的方法。根据分析，二次侧负载呈电阻特性时，负载额定阻抗假定为ZN，一次测电流为额定电流最大极限值，此时的电流互感器误差能够满足10%以下区域范围要求，CT铁芯为磁滞极限饱和状态，额定二次极限电动势和伏安特性曲线中的拐点电压Ug相一致。

额定极限二次感应电动势ES：

（5）

式中：

K——暂态系数

——继电保护校验系数

—CT二次直流绕组电阻

——二次负荷实测值

Ug>ES时，CT满足验算测试要求。

在校验电流互感器特性是否满足实际对称短路电流倍数和规定二次循环的要求时，需要依据CT有关参数。一般满足≥，为保护要求电动势。

为额定等效二次极限电动势且需要满足：

（6）

式中：

——额定对称短路电流倍数

——暂态面积系数

——额定二次回路负荷电阻

——额定二次电流

采用（6）理论计算或者现场测试获取实际数据，通常以实测数据为准，以上参数为电流互感器铭牌参数。

需要满足：

（7）

式中：

——实际要求互感器的暂态面积系数

在C- -O工作循环过程，应满足：

（8）

式中：

——主变侧时间常数

——负荷侧时间常数

在C--O--C--O工作循环中，应满足：

（9）

3 结语

220kV主变电压侧电流互感器进行了暂态饱和特性分析，建立了数学分析模型，并根据互感器误差特性分析，采用等效电路计算和二次极限电动势法对分析进行验算，在系统暂态仿真软件中进行暂态的饱和波形仿真，仿真结果和理论分析比较一致，为研究电流互感器饱和问题提供了较好的参考依据。

参考文献

[1] 赵满江.保护用电流互感器饱和特性及其误差曲线研究[J].高压电气，2010，（12）.

[2] 庄良文，等.RTDS的电流互感器模型及其饱和特性[J].能源与节能，2013，（2）.

（责任编辑：蒋建华）