分析CT饱和对差动保护的影响

李云强,张桂平,张 涛（国网山东省电力公司东平县供电公司，山东泰安，271500）



分析CT饱和对差动保护的影响

李云强,张桂平,张 涛
（国网山东省电力公司东平县供电公司，山东泰安，271500）

摘要：本文笔者对差动保护装置的由来及特性进行了描述，并结合CT饱和所造成的影响，逐一分解出CT饱和原因所造成的差动保护动作情况，由此提出了基于减少短路的发生，选择合适的互感器及安装合适的继电保护装置等防止CT饱和的一系列方法。

关键词：CT饱和电流互感器差动保护

1　差动保护的基本原理

在差动保护过程中，主要的定律是基尔霍夫电流定律，即在电流元件内流入的电流值始终与流出的电流值相等，也就是在向量的方向上两者的和为零。对于线路的差动保护按照其应用的对象不同可分为多种类型，如对线路本身的保护装置进行保护就是对电压器进行保护，对线路的母线部分进行保护就是对母线的差动保护。对变压器的电流进行保护就是对电流互感器进行保护，使得电流在反向流入装置后可以和正向流入的电流中和，以便使两端的电流之和趋向平衡。当回路内的电流不平衡达到保护装置的设定值时，保护装置的保护动作会将变压器断开。在电流差动保护过程中，其保护动作只限于内部故障的变压器保护，而对外部设备的故障情况不予处理。在变压器内的电流产生不平衡现象时，其原因可能有以下几种：

第一是在电流平稳状态下所发生的感应电流不平衡，即在电流互感器达到饱和状态时由此产生的感应电流会引起电流的不平衡运行，其不平衡电流相比于正常电流而言一般有10%的差距。再者是因保护装置故障所引起的实际互感电流与计算电流不符合，由此产生非平衡电流。同时电压互感器的电压在调节之后所引起的电压差也会产生不平衡电流。

第二是在线路突然断电情况下引起的不平衡电流。如线路突然发生短路时，短路电流使内部铁芯的电压饱和，由此产生的电压误差引起的不平衡电流；或者是在变压器突然闭合或断开状态下所引起的不平衡电流。因此从差动保护的过程来分析，差动保护动作的影响因素一般在于CT是否处于饱和状态。如果在变压器的CT处于不平衡状态，那么将由此产生电流差。

2　CT饱和造成的影响

对CT的饱和情况进行研究需要了解CT的工作原理，如在CT饱和时电流互感器的运行状态和暂态特性，另一方面为了了解电压互感器对设备的差动保护影响需要知晓电压互感器的内部原理。在此基础上，可以得到CT饱和所造成的常见影响情况：

在电流互感器中，因为二次电流会流向保护系统装置，因此需要对电网的设备进行处理以反映出电力系统的实时运行状态。因此在保护过程中最基本的条件就是能够记录下电流的波形变化情况和故障发生时电流的相位及变化率。在传统的电流互感器装置中，一般采用的是对互感器装置内的一次电流和二次电流进行交换。当线路电流很大并且互感器的内部铁芯处于饱和状态时，将使CT出现饱和导致励磁电流形成指数级的增长。增长过程中所含有的谐波将有损二次电流的强度，从而继电保护装置不能正确的判断出是否应该采取保护措施，因此需要对CT的饱和影响进行分析，以免出现继电保护装置的错误操作。其次是在电流互感器发生饱和时，会造成线路内的电流发生变化从而造成整个系统的逻辑计算，电流信息与外界电网的情况不一致。一旦系统内的电流信息出现异常，同样会导致继电保护装置产生误判。事实上，影响CT饱和的主要因素是CT本身和电路中的电流变化情况。在稳定的电流情况下，一旦回路产生阻抗或者CT本身的特性参数发生了变化，将会直接导致线路电流产生微变。其次是在暂态情况下短路的电流会使电流的相位发生偏移，从而形成CT的严重饱和。CT发生严重饱和时，电流相位中的直流电较大，使得波形向时间轴偏移。而电流互感器中铁芯的剩余电流又与直流分量的方向一致，从而加快了铁芯的饱和速度。于是先前的一次电流全部转化为了励磁电流，对二次电流的影响程度将会更大。

3　防止CT饱和方法

根据差动保护装置的动作是判断CT饱和的重要方法，目前主要采用的是基于故障后线路内的互感电流在间断的时间内产生的饱和电流所引起的CT饱和。在线路短路或者电流互感器的特性参数发生变化时，极易引起CT饱和现象的发生。防止CT饱和中一般的做法是在整体性能上提高对变压器的差动保护动作，可以归纳为以下几点：

（1）尽量减少线路系统短路情况的发生，保持线路中的电流正常。短路电流引起CT饱和的重要因素，为避免此种情况的发生，可以考虑在运行方式下限制电流的短路。比如在系统中可以利用较高级的电压来控制较低一级的电压，在短路电流过大的情况下可以采用串联电阻来减小电流的大小。

（2）选择合适型号的电流互感器和符合特性的继电保护装置。在选择电流互感器时，需要考虑到电流的暂态情况，比如在线路电压处于异常情况下的高压设备设计，可以利用自带的电流互感器对线路实现电压下降。在选取过程中，不能利用电流的负荷大小来确定电流的大小，应该在整个线路的保护组装置处安装可以保证最大电流的负载能力的保护措施。或者可以采用增加阻抗的方法来增加线路的电阻值，以实现对线路的保护。

（3）安装继电保护装置应选择在合适的线路位置处，尽量就近或就地安装以免增加电缆的负荷量，减少电缆的长度避免CT饱和。对继电保护装置进行就地安装后，可以对回路的装置进行优化，提高了供电的安全稳定性。但就地安装继电保护装置对装置本身有一定的要求，比如在环境恶劣的天气中，装置本身要有一定的抗磁能力和抗阻能力才能满足就地安装要求。再次对继电保护装置就地安装可以减小线路中的电流，在整个电力系统的阻抗不变的情况下，减少回路中的电流可以减小功耗从而使CT不易饱和。

参考文献

王勇,潘婧,邓智勇.CT饱和对发电机纵差保护影响及预防措施[J].机械工程师,2014,04:169-171.

Analysis of the influence of CT saturation on differential protection

Li Yunqiang,Zhang Guiping,Zhang Tao
（State Grid Shandong electric power company Dongping county power supply company Tai'an Shandong 271500）

Abstract：In this paper,the author to differential protection device of the origin and characteristics are described,and the combined effect caused by CT saturation,one by one to decompose the reason of CT saturation caused by the differential protection action, is put forward in this paper based on the occurrence of short circuit is reduced,select suitable current transformer and the appropriate installation relay protection device to prevent a series of methods for CT saturation.

Keywords：CT saturation current transformer differential protection