特大电流下电流互感器传变特性探讨

特大电流下电流互感器传变特性探讨
葛荣尚 胡家为 黄慎仪
摘 要：由于系统容量增大或因系统结构等原因，电力系统中某些回路在近处短 路时会出现 100 倍额定电流以上的特大电流，大大超过了保护用电流互感器（TA） 的 10%误差曲线所容许的电流倍数，可能影响相关的继电保护设备的性能。文中 以 n 次曲线模拟 TA 铁心饱和时的非线性磁化曲线，由此导出 TA 回路的非线性微 分方程，并采用数值方法计算出在典型暂态短路电流作用下的 TA 二次电流波形。 分析表明，当出现特大电流时，相关的继电保护装置很可能会拒动，从而导致失
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护设备的动作性能，因此有必要对在这种特大电流作用下的 TA 的传变特性做一 些探讨，以分析其对继电保护装置动作特性的影响及应采取的措施。
1 数学模型
1.1 说明及假定 对 TA 回路各种参数给出如下假定： a.一次输入为无穷大电流源。 b.二次回路漏感与负荷电感合并为 L，电阻合并为 R，时间常数 T2=L/R。 c.将 TA 回路的所有参数折合到二次侧，iμ 为等效励磁电流，Lμ 为等效励磁
图 2 -iμ 曲线 Fig.2 -iμ curve
图 3 Lμ-iμ 曲线 Fig.3 Lμ-iμ curve 1.2 数学模型 图 3 Lμ-iμ 曲线 Fig.3 Lμ-iμ curve 1.2 数学模型 TA 二次线圈基本方程如下：
（3） 将 i2=i1-iμ 代入式（3），并应用式（1）和式（2），整理可得：
STUDY ON TRANSFER CHARACTERISTICS OF CURRENT TRANSFORMER UNDER THE CONDITION OF EXTRA-HIGH CURRENT
Ge Rongshang, Hu Jiawei, Huang Shenyi (Tsinghua Unisplendour Corporation Limited, Beijing 100084, China)
0 引言
在电力系统中，各回路的最大故障短路电流和额定工作电流的比值应在合理 的范围内，以保证保护用电流互感器（TA）的工作精度，但由于系统容量增大或 因系统结构等原因，某些回路在某些情况下的最大故障短路电流远远超过了正常 范围。如大型发电机变压器组的机端励磁回路、一些超高压变电站的 10 kV～66 kV 低压侧［1］以及低压配电母线上有很多条出线时的馈出线回路等，后一种情况 在工矿企业变电所中尤其常见。在这些回路出口处发生相间直接短路等严重故障 时，流过相应 TA 一次侧的故障电流可能达到 TA 额定工作电流的 100 倍以上，大 大超过了保护用 TA 的 10%误差容许倍数，将使 TA 严重饱和，从而影响相关的保
由式（1）可得等效励磁电感为：
（1）
（2）
由式（1）和式（2），若 n 取值较大，则在磁通未饱和（即 Φ＜Φs）时，等效 励磁电感 Lμ≈Lμ0，近似为常数，Φ—iμ 近似为线性关系，iμ≈Φ/Lμ0，磁通饱
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和后随着 Φ 的增大，励磁电流 iμ 急剧增加，而励磁电感 Lμ 急剧减小，这符合 物理实际，可见用式（1）模拟磁化曲线是合适的。
给定参数 Lμ0=1，Φs=0.5，n=25（相应的 TA 二次额定电流约为 5 A），磁通 曲线 Φ—iμ 如图 2 所示，励磁电感 Lμ 与 iμ 的关系曲线如图 3 所示。
Ge Rongshang, Hu Jiawei, Huang Shenyi (Tsinghua Unisplendour Corporation Limited, Beijing 100084, China)
Abstract：Due to capacity increase or structure change of the power system, an extra-high current possibly 100 times of the rated current may appear in some circuits of the power system when a short-circuit fault happens nearby. This current is extra high and exceeds the permitted value of 10% error curve of protection current transformer. It will affect the performance of relevant protection equipment. Nonlinear differential equations of a current transformer circuit are derived with a nth-curve fitting nonlinear magnetic curve when the current transformer iron core is saturated. Moreover, second-winding current waveform of a current transformer is calculated under the transient current of the typical short-circuit fault by numerical method. The analysis shows that the relevant protection equipment may refuse to trip when the fault current is extra high. It will result in the maloperation of protective relays for loss of their selectivity, and cause other protective relays to operate beyond range, and extend the scope of shutdown of power supply. Keywords：extra-high current; transfer characteristics; saturation; nonlinear; protective relaying▲
Abstract：Due to capacity increase or structure change of the power system, an extra-high current possibly 100 times of the rated current may appear in some circuits of the power system when a short-circuit fault happens nearby. This current is extra high and exceeds the permitted value of 10% error curve of protection current transformer. It will affect the performance of relevant protection equipment. Nonlinear differential equations of a current transformer circuit are derived with a nth-curve fitting nonlinear magnetic curve when the current transformer iron core is saturated. Moreover, second-winding current waveform of a current transformer is calculated under the transient current of the typical short-circuit fault by numerical method. The analysis shows that the relevant protection equipment may refuse to trip when the fault current is extra high. It will result in the maloperation of protective relays for loss of their selectivity, and cause other protective relays to operate beyond range, and extend the scope of shutdown of power supply. Keywords：extra-high current; transfer characteristics; saturation; nonlinear; protective relaying▲
特大电流下电流互感器传变特性探讨
葛荣尚 胡家为 黄慎仪
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摘 要：由于系统容量增大或因系统结构等原因，电力系统中某些回路在近处短 路时会出现 100 倍额定电流以上的特大电流，大大超过了保护用电流互感器（TA） 的 10%误差曲线所容许的电流倍数，可能影响相关的继电保护设备的性能。文中 以 n 次曲线模拟 TA 铁心饱和时的非线性磁化曲线，由此导出 TA 回路的非线性微 分方程，并采用数值方法计算出在典型暂态短路电流作用下的 TA 二次电流波形。 分析表明，当出现特大电流时，相关的继电保护装置很可能会拒动，从而导致失 去选择性的越级跳闸，扩大停电范围。 关键词：特大电流； 传变特性； 饱和； 非线性； 继电保护 分类号： TM 452； TM 77