電流互感器飽和后變壓器差動保護誤動機理分析及對策

0傳統電流測量的ct和ct在現代電磁回復式電磁傳感技術發展中的應用,為現代數在能源系統中，傳感器是連接到一個或兩個系統之間的一個聯系元素。測量設備和外殼之間的電壓圈和電壓圈，并監控和控制電氣裝置的正常運行和故障。傳統的電流測量是通過應用電磁感應原理構成的電流互感器(CT)實現的。隨著現代電力向高電壓大容量方向發展,對電力系統起保護和監控作用的CT提出了小型化、自動化和高可靠性的要求,傳統的電磁式CT已經越來越不能適應這一發展趨勢。故障時CT飽和產生的差流往往造成變壓器差動保護誤動作,如何有效地防治因CT飽和引起的差動保護誤動,多年來一直未能得到很好的解決。1比率制動式差動保護差動保護原理于1904年由C.H.Merz和B.Price在英國提出,盡管其實現方式特別是制動量的構成存在一些差別,但基本原理沿用至今,對雙繞組變壓器實現差動保護的單相原理接線如圖1所示,比率制動式差動保護的典型動作判據是:差動電流制動電流式中:I1、I2為兩側電流相量(均以流入為正向);Idz.0為最小動作電流;Iz.0為最小制動電流;Kz為差動保護的斜率。從CT的暫態傳變特性知,在外部故障、空載合閘或故障切除電壓恢復的暫態過程中,伴隨工頻交流的非周期分量和諧波分量電流將使變壓器差動保護兩側不同型的CT,由于嚴重的非線性飽和特性不一致,縱然一次電流各側之和∑Ii=0,但二次電流諸側之和∑I′i≠0,造成差動電流Id增大,與此同時反映∑|Ii|的制動電流Iz卻因CT嚴重飽和而減小,這就構成了差動保護誤動的基本條件。2ct飽和的預防傳統差動保護中,CT飽和引起的暫態不平衡電流造成保護誤動是一個需重點考慮的問題。從提高變壓器差動保護的整體性能出發,需要采取綜合對策來防治CT飽和,本文歸納如下:1)選擇適當的CT和減少二次負載阻抗CT飽和其實就是CT鐵芯中磁通飽和,而磁通密度與感應電勢成正比。在同樣負載阻抗下,CT二次回路感應電勢與二次電流成正比,或在同樣電流下,感應電勢與二次負載阻抗成正比。因此,避免CT飽和主要從兩個方面入手,一是在選擇CT時,適當增大CT的變比,即增大一次額定電流;另一方面要盡量減少CT二次負載阻抗,盡量避免保護和計量共用CT,縮短CT二次電纜長度及加大二次電纜截面。2)差動保護的制動特性選擇針對CT飽和時制動電流減小的特點,比率制動判據可按制動電流的大小分別采用不同的制動系數,即多段折線型比率制動特性。在制動曲線中,小電流區域采用較小的制動系數,大電流區域采用大的制動系數,這樣當CT出現飽和時,制動量較大,動作區變小,可以防止區外故障時因CT飽和引起保護誤動。3)CT飽和的鑒別理論證明,當發生區外短路故障時CT不會立即飽和,外部短路后的暫態不平衡電流不會立即出現。而當變壓器發生區內故障時,一開始差動電流很大。因此,利用差動電流出現時刻和故障發生時刻的不同,來區分是區內故障還是區外故障,從而有效地防止外部短路時由于CT飽和而引起的暫態不平衡電流造成的差動保護誤動。3rogowski線圈目前,對于變壓器差動保護由于CT飽和等因素引起的動作正確率偏低的問題,采取了一系列的反措措施,但并沒有完全解決問題。如果CT的暫態傳變特性與一致性都很好,就不存在CT飽和造成的差動保護誤動的問題。隨著計算機、傳感技術的發展,人們越來越多地使用Rogowski線圈測量電流,Rogowski線圈作傳感頭能很好地解決CT飽和的問題。Rogowski線圈實際上是一種結構特殊的空心線圈,是在一根截面細小而又均勻的非磁性材料上均勻密繞若干層線圈而成,根據被測電流的變化在其中感應信號以反映被測電流。理論證明,測量線圈所交鏈的磁鏈與被測電流存在線性關系。其特點在于被測電流幾乎不受限制,反映速度快,可以測量前沿上升時間為毫微秒級的電流,且準確度可高達0.1%。從測量大電流的觀點來看,Rogowski線圈是一種較理想的敏感元件。用Rogowski線圈測量電流時,應特別注意來自測量對象的干擾。為此,①測量線圈的引出線必須采用絞線,以避免構成任何不必要的回路;②為了防止來自電源的干擾,測試儀器電源輸入端應接高頻濾波器;③為了消除雜散電場的影響,在繞有測量線圈的瓷棒上用開口的薄銅管加以屏蔽。實際應用中,進行了Rogowski線圈作傳感頭的電子式電流互感器的研究。大電流發生器的額定輸入輸出為220V/1500A,對電子式電流互感器進行了10～1400A的大電流測試,試驗電路如圖2所示,Rogowski線圈的輸出特性如圖3所示。由圖3可見Rogowski線圈的線性度良好,很適合作繼電保護用電流傳感器。對于電力系統的故障過程,Rogowski線圈能真實地輸出其原方波形,不會產生任何波形畸變;利用Rogowski線圈作為繼電保護的電流信號的采樣是完全可行的。4光學電流傳感技術隨著超高壓電網的日益發展以及新的保護原理和方法的不斷應用,對CT的要求越來越高,CT飽和問題和傳統的電流取樣方式已難以滿足系統的要求。微機在繼電保護和測量中的廣泛應用,使得設備不再需要高功率輸出的電流傳感器。因此,低功率輸出的Rogowski線圈可以作為電流傳感器。Rogowski線圈無鐵芯,不存在磁飽和現象,能根本解決CT飽和的問題