1.保护用电流互感器

1. 保护用电流互感器
1.1讨论电流互感器的必要性
我们知道，短路电流中含有直流分量，这个直流分量会随时间以一次衰减时间常数衰减。

电压等级越高，线路阻抗角越大，L/R常数就越大，直流分量在短路电流中存在时间越长。

目前的数字式继电保护装置，动作速度快，大都在直流分量还未衰减至零之前就可出口，因此很有必要讨论在短路电流中含直流分量时(即直流分量衰减过程末结束的情况下),电流互感器的暂态工作过程、这个过程对继电保护的影响和继电保护应采取的对策。

另外，随着系统容量的增加和短路电流水平的提高，要求电流互感器的变比越来越大，特别是在变电站的低压侧,这不仅在经济上投资太大，而且有时常选不到满意的设备，致使运行中出现了由于TA饱和，保护不能正确工作的现象。

所有这些都促使我们要研究和讨论电流互感器的问题。

1.2 电流互感器的配置
电流互感器的配置应符合以下要求;
(1)电流互感器二次绕组的数量、类型和准确等级应满足继电保护自动装置和测量仪表的要求。

(2)保护用电流互感器的配置应避免出现主保护的死区。

接入保护的互感器二次绕组的分配，应注意避免当一套保护仃用时，出现被保护区内故障时的保护动作死区。

(3)对中性点有效接地系统，电流互感器可按三相配置，对中性点非有效接地系统，依具体要求可按两相或三相配置。

(4)当配电装置采用一个半断路器接线时，对独立式电流互感器每串宜配置三组，每组的二次绕组数量按工程需要确定。

(5)继电保护和测量仪表宜用不同二次绕组供电，若受条件限制须共用一个二次绕组时，其性能应同时满足测量和保护的要求，且接线方式应注意避免仪表校验时影响继电保护工作。

(6)在使用微机保护的条件下，各类保护宜共用二次绕组，以减少互感器二次绕组数量。

但一个元件的两套互为备用的主保护应使用不同二次绕组。

(7)电流互感器的二次绕组不宜进行切换，当需要时，应采取防止开路的措施。

1.3 一次参数的选择
(1) 电流互感器应根据其所属一次设备的额定电流或最大工作电流选择适当的额定一次电流。

额定一次电流（Ipn）的标准值为：10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、75以及它们的十进位倍数或小数。

(2) 电流互感器的额定连续热电流(I cth)、额定短时热电流（I th）和额定动稳电流（I dyn）应能满足所在一次回路的最大负荷电流及短路电流的要求，并应适当考虑系统的发展情况。

当互感器一次绕组可串、并切换时，应按其接线状态下实际短路电流进行I th及I dyn校验。

(3) 选择额定一次电流时，应使得在额定变流比条件下的二次电流满足该回路测量仪表和保护装置的准确性要求。

(4) 为适应不同要求,某些情况下在同一组电流互感器中,保护用二次绕组与测量用二次绕组可采用不同变比。

1.4二次参数选择 1.4.1二次电流的选择
电流互感器额定二次电流(I sn )有1A 和2A 两类
(1) 对于新建发电厂和变电所,有条件时电流互感器额定二次电流宜选用
1A 。

(2)如有利于互感器安装或扩建工程，原有电流互感器采用5A 时，以及某些情况下为降低电流互感器开路电压，额定二次电流可选用5A 。

(3)一个厂站内的电流互感器额定二次电流允许同时采用1A 和5A 。

1.4.2 二次负荷选择及计算
(1) 电流互感器的二次负荷可用阻抗Z b (Ω)或容量S b （VA ）表示。

二者之间
的关系为：
b Z =
sn
b I
S 2
电流互感器的二次负荷额定值S b （VA ）可根据实际负荷需要选用2.5、5、7.5、10、15、20、30VA 。

在某些特殊情况，也可以选用更大的额定值。

对保护用TP 类电流互感器，其二次负荷用负荷电阻R b 表示。

(2)电流互感器负荷通常由两部分组成:一部分是所连接的测量仪表或保护装置;另一部分是连接导线。

计算电流互感器时应注意在不同接线方工式和故障形态下的阻抗换算系数。

(2) 计算连接导线的负荷时，一般情况下可忽略电感，而仅计及其电阻R l 。

R l=
rA
L
式中 L=电线长度(m);
A=导线截面积(mm 2),电流回路采用2.5mm 2
及以上载面积的铜导线;
γ=电导系数，铜取57[m/(Ω×mm 2)]。

1.5 对保护用电流互感器的性能要求 1.5.1 影响电流互感器的因素
保护用电流互感器性能除应能满足正常运行时的要求外,还应满足故障状态下的要求,即在短路情况下,将电流互感器所在回路的一次电流传变到二次回路,并且误差不超过允许值。

电流互感器的铁芯饱和是影响其性能的最重要因素。

在稳态的对称短路电流（无非周期分量）下，影响互感器饱和的因素主要是：短路电流幅值，二次回路（包括互感器二次绕组）的阻抗，电流互感器的工频励磁阻抗，电流互感器的匝比等。

在实际的短路暂态过程中，短路电流可能存在非周期分量，互感器可能存在剩磁，这些因素将严重影响电流互感器饱和。

为保证在剩磁条件下准确传变非周期短路电流分量，电流互感器在暂态过程中所需磁链可能是传等值对称短路电流的几倍至数十倍数，需要大大增加电流互感器铁芯面积和造价。

1.5.2 保护用电流互感器的性能要求
1.5.
2.1 保护装置对电流互感器的性能要求:
(1)保证保护的可依赖性。

要求保护区内故障时电流互感器误差不致影响保护可靠动作。

(2)保证保护的安全性。

要求保护区外最严重故障时电流感器误差不会导致保护误动作或无选择动作。

1.5.
2.2 解决电流互感器饱和对保护动作性能影响的措施
(1)选择适当类型和参数的互感器,保证互感器饱和特性不致影响保护动作性能。

对电流互感器的基本要求是保证在稳态对称短路电流下的误差。

至于短路电流非周期分量和互感器的剩磁等引起的暂态影响，则应根据具体情况和运行经验，权衡相关因素，慎重确定。

(2)保护装置采取抗饱措施，保证互感器在特定饱和条作下不致影响保护性能。

保护装置采取措施减缓电流互感器饱和影响，特别是暂态饱和的影响，对降低电流互感器造价及提高保护动作的安全性和可依赖性具有重要意义，应成为保护装置的发展方向。

特殊性别是微机保护具有较大的潜力可利用。

当前母线差动保护装置一般都采取了抗饱和措施，取得了良好效果。

对其它保护装置也宜提出适当的抗饱和要求。

1.6 10P20模型试验室电流传变情况举例
南瑞继保公司的试验制作了模型TA，变为1：1它符合10P20真实TA的技术指标，二次负担也合理，在试验内制作了大量的试，用微机录波，不仅录取了一次和二次的采样值，并计算出励磁电流。

在以下的各幅录波图中，上面半幅图的曲线，均为一次与二次的差流，可以认为为励磁电流。

横轴为时间轴，单位为ms。

下面半幅图曲线虚线为一次电流，实线为二次电流。

图1.6-1 电流为40I
,无非周期分量
n
图1.6-2电流为93I
,无非周期分量
n
时间常数180ms(89°)
图1.6-3电流为20I
n,
°)
n,
图1.6-5电流为40I
时间常数260ms(89.3°)
n,
1.7 电流互感器一次电流有直流衰减分量而使TA饱和时电流传变的特点
1、二次电流波形有严重缺损，显著非正弦;
2、在短路后TA很快进入深饱和，以致二次绕组的感应电势降为零，在相应的一段时间内二次电流为零，此时一次电流全部成为励磁电流；
3、当已全部成为励磁电流的一次电流的瞬时值下降时,TA逐渐退出饱和，当它下降到零进而改变极性时,铁芯退出饱和,二次绕阻的感应电势增大，又输出二次电流，几乎与一次电流相等，但此时铁芯中有相当大的剩磁存在；
4、当一次电流恢复初始的极性又上升时，由于有剩磁存在铁心又很快饱和，二次电流又降为零；
5、在短路开始时铁芯要维持磁通不变，或者说励磁回路的电感不允许其电流突变，一次电流全部变换为二次电流，TA无误差；
6、由于电流互感器存在角差，因此即一、二次电流有效值的差不大于10%它所引起的差流也往往会大于一次电流的10%。

7、一次电流越大，其饱和时波形畸变得越大，因而励磁电流越大，但二次电流决不会为零，即使一次电流为100倍的额定电流，其二次电流的起始段仍能有2ms以上的线性段可以运用。

8、对一次电流有衰减的直流分量的P型电流互感器的二次电流进行谐波分析，图1-7中，上面一幅为TA的一二次电流。

中间一幅图是二次电流的谐波分析曲线,图中有三条曲线，以时间坐标0.03秒处来观察,最上面一条为基波曲线。

中间一条为三次谐波曲线，下面一条为二次谐波曲线。

从图中可知,在0.02处秒以前一次电流中有非周期分量存在,二次电流中二次谐波分量大于三次谐波分量,隋着直流分量的衰减,二次谐波分量下降,三次谐波分量上升。

可以这样认为：“TA暂态饱和，在二次电流中将产生以二次谐波为主的分量，TA稳态饱和，在二次电流中将产生以三次谐波为主的分量。

”
图1.7 变压器差动保护TA饱和研究。