继电保护对电流互感器暂态特性的要求 张熊熊

继电保护对电流互感器暂态特性的要求张熊熊
摘要：互感器是连接电力系统一次侧和二次侧的重要设备，对电网中的电压、
电流等信号的进行实时测量和监测，并为电力系统继电保护装置提供输入信号，
对继电保护装置的正确动作具有非常重要的作用。

电流互感器的暂态特性对保护
的正确动作与否,息息相关,如电流互感器的暂态特性与保护的动作原理不相适应时,会引起保护的误动作或拒绝动作。

本文着重讨论继电保护对电流互感器暂态特
性的要求。

关键词：继电保护；电流互感器；暂态特性
1电流互感器的暂态特性和饱和过程
当电流互感器发生一次系统短路现象时，描述系统一二次侧的电流以及励磁
电流、铁心磁通密度和暂态误差大小的变化特性称为电流互感器的暂态特性。

为
了便于分析，先作如下假设：
（1）短路故障发生时分析电流互感器的暂态特性，不考虑其铁心饱和现象，认为仍然处在磁化曲线的直线部分，此时励磁电感L0是一个定值。

（2）忽略运行过程中电流互感器的铁心损耗部分，就可以认为励磁电阻的大小是0，因此铁心合成磁通和励磁电流大小是成正比关系的。

（3）假设电流互感器处于不饱和的状态，且电路中元件参数不变，则此电路近似为线性的。

（4）不考虑二次漏抗或负荷电抗。

（5）当电流互感器的一次侧空载运行时，设此时发生短路故障时，则短路阻抗角的值为，把一次侧的短路电流值折算到二次侧可得：
（1-1）
其中，为一次稳态短路电流幅值折算到二次侧后的值；
Ip为流过电流互感器一次侧绕组的稳态短路电流的有效值；
Tp是电流互感器的一次侧系统的时间常数，计算此值大小时，运用发性短路
故障时，一次侧系统中的电感和电阻之比。

θ是发生短路故障时电流的初始相位角，而cosθ是系统的全偏移系数。

从理论上讲，当系统发生短路的一瞬间，其初始相位角，此时一次侧回路中
会出现非周期性的直流分量，其幅值为最大值，一次侧的短路电流会发生全偏移。

但在实际工程中，由于系统发生故障时，其初始相位角并不在这一时刻，因此，
作者分析时，把最坏的情况计算进去，故设偏移系数cosθ=1，此时上式(1-1)可进
行改写：（1-2）
从式（1-2）中可以看出，引起电流发生暂态变化的主要原因是由于指数信号
产生的非周期分量。

当时间常数Tp越大时，则θ值就会越接近于0，此时非周期分量对电流所产生的影响就越大。

若忽略运行时电流互感器的铁心损耗、一次侧
绕组的漏抗和电阻，则有（1-3）
其中Ip（t）用式（1-1）表示，则式（1-2）和（1-3）联立可得励磁电流
（1-4）
式中Tb为二次负载回路时间常数，Tb=Ls/Rs；
Ts为二次闭合回路时间常数，Ts=（Le+Ls）/Rs；
为二次负载回路阻抗角，；
为二次闭合回路阻抗角，
式（1-4）可以看出，励磁电流共有四部分组成：一是具有周期变化的电流分
量；
二是按e=-t/Ts来衰减的非周期自由分量，它主要和周期分量实现互相补偿；
三是非周期强制分量，它主要是通过一次侧的非周期分量转变而来；四是非周期
自由分量，按e=-t/Ts指数衰减，它主要和非周期强制分量实现相互补偿。

式（1-3）和（1-4）进行联立，可得二次电流Is（t）：
（1-5）
由上式可知，通常情况下在短路电流中都有非周期分量，它的存在会使得互
感器的传变特性发生改变，一二次侧就不再保持比例关系。

这主要是因为其工作
原理所决定的，一般互感器在设计时都是按照工业频率来设计的，在这种情况下，如果有等效频率非常小的非周期分量出现时，那么电流互感器的铁心的磁通就会
超过规定值很多。

电流互感器所接阻性负荷时，如图1-1所示，表示的是在完全
偏移的故障暂态电流下铁心磁通的变化情况。

图1-1电流互感器饱和铁心中磁通变化的情况
2电流互感器严重饱和对继电保护装置的影响
只有电流互感器的二次侧和一次侧电流成线性关系，才可以完全的反映的一
次侧电流的变化，继电保护装置才可以按照整定的原则作出正确的动作。

但是当
铁心发生饱和现象后，电流互感器的传变特性已发畸变，二次侧电流不能完全反
映一次侧电流的变化，一二次侧电流之间不再保持线性关系，因此若作为继电保
护装置的测量设备使用时，保护装置的数据采集就会受到影响。

鉴于此，可采用
微机保护装置来进行计算，一般可通过常用的算法来对电流互感器一次电流输入
时保护装置的测量值进行计算。

通常情况下使用以下公式来判断继电保护装置是否动作：IJ＞Tdz.J
当电流互感器发生饱和之后，通过式（2-1）可以看出，这可能会使得电流保
护发生拒动作。

对于带时限的过流保护来说，由于电流继电器的整定值Idz.J会很小，所以一般是没有这种现象出现的。

然而对于电流速断保护来说，此值却比较大，所以很容易表现出饱和特性。

图2-1非线性磁化曲线
3结论
电流、电互感器作为电力系统的眼睛，在各种情况下都应该能准确的反映电
力系统的运行状态。

若是电流互感器处于严重饱和的状态，那么当它的测量值小
于速断保护整定值时，继电保护装置会发生拒动。

因此在进行系统相关事故分析
的时候，要充分考虑到接入保护的电流互感器的特性进行全面分析。

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