電流互感器飽和后變壓器差動保護(hù)誤動機(jī)理分析及對策

0傳統(tǒng)電流測量的ct和ct在現(xiàn)代電磁回復(fù)式電磁傳感技術(shù)發(fā)展中的應(yīng)用,為現(xiàn)代數(shù)在能源系統(tǒng)中，傳感器是連接到一個或兩個系統(tǒng)之間的一個聯(lián)系元素。測量設(shè)備和外殼之間的電壓圈和電壓圈，并監(jiān)控和控制電氣裝置的正常運(yùn)行和故障。傳統(tǒng)的電流測量是通過應(yīng)用電磁感應(yīng)原理構(gòu)成的電流互感器(CT)實(shí)現(xiàn)的。隨著現(xiàn)代電力向高電壓大容量方向發(fā)展,對電力系統(tǒng)起保護(hù)和監(jiān)控作用的CT提出了小型化、自動化和高可靠性的要求,傳統(tǒng)的電磁式CT已經(jīng)越來越不能適應(yīng)這一發(fā)展趨勢。故障時CT飽和產(chǎn)生的差流往往造成變壓器差動保護(hù)誤動作,如何有效地防治因CT飽和引起的差動保護(hù)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(hù)差動保護(hù)原理于1904年由C.H.Merz和B.Price在英國提出,盡管其實(shí)現(xiàn)方式特別是制動量的構(gòu)成存在一些差別,但基本原理沿用至今,對雙繞組變壓器實(shí)現(xiàn)差動保護(hù)的單相原理接線如圖1所示,比率制動式差動保護(hù)的典型動作判據(jù)是:差動電流制動電流式中:I1、I2為兩側(cè)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(hù)的斜率。從CT的暫態(tài)傳變特性知,在外部故障、空載合閘或故障切除電壓恢復(fù)的暫態(tài)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(hù)兩側(cè)不同型的CT,由于嚴(yán)重的非線性飽和特性不一致,縱然一次電流各側(cè)之和∑Ii=0,但二次電流諸側(cè)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(yán)重飽和而減小,這就構(gòu)成了差動保護(hù)誤動的基本條件。2ct飽和的預(yù)防傳統(tǒng)差動保護(hù)中,CT飽和引起的暫態(tài)不平衡電流造成保護(hù)誤動是一個需重點(diǎn)考慮的問題。從提高變壓器差動保護(hù)的整體性能出發(fā),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(dāng)?shù)腃T和減少二次負(fù)載阻抗CT飽和其實(shí)就是CT鐵芯中磁通飽和,而磁通密度與感應(yīng)電勢成正比。在同樣負(fù)載阻抗下,CT二次回路感應(yīng)電勢與二次電流成正比,或在同樣電流下,感應(yīng)電勢與二次負(fù)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(dāng)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(fù)載阻抗,盡量避免保護(hù)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(hù)的制動特性選擇針對CT飽和時制動電流減小的特點(diǎn),比率制動判據(jù)可按制動電流的大小分別采用不同的制動系數(shù),即多段折線型比率制動特性。在制動曲線中,小電流區(qū)域采用較小的制動系數(shù),大電流區(qū)域采用大的制動系數(shù),這樣當(dāng)CT出現(xiàn)飽和時,制動量較大,動作區(qū)變小,可以防止區(qū)外故障時因CT飽和引起保護(hù)誤動。3)CT飽和的鑒別理論證明,當(dāng)發(fā)生區(qū)外短路故障時CT不會立即飽和,外部短路后的暫態(tài)不平衡電流不會立即出現(xiàn)。而當(dāng)變壓器發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時,一開始差動電流很大。因此,利用差動電流出現(xiàn)時刻和故障發(fā)生時刻的不同,來區(qū)分是區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)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(tài)不平衡電流造成的差動保護(hù)誤動。3rogowski線圈目前,對于變壓器差動保護(hù)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(tài)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(hù)誤動的問題。隨著計算機(jī)、傳感技術(shù)的發(fā)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(shí)際上是一種結(jié)構(gòu)特殊的空心線圈,是在一根截面細(xì)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(jù)被測電流的變化在其中感應(yīng)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(guān)系。其特點(diǎn)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(zhǔn)確度可高達(dá)0.1%。從測量大電流的觀點(diǎn)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(yīng)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(gòu)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(yīng)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(shí)際應(yīng)用中,進(jìn)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(fā)生器的額定輸入輸出為220V/1500A,對電子式電流互感器進(jìn)行了10～1400A的大電流測試,試驗(yàn)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(hù)用電流傳感器。對于電力系統(tǒng)的故障過程,Rogowski線圈能真實(shí)地輸出其原方波形,不會產(chǎn)生任何波形畸變;利用Rogowski線圈作為繼電保護(hù)的電流信號的采樣是完全可行的。4光學(xué)電流傳感技術(shù)隨著超高壓電網(wǎng)的日益發(fā)展以及新的保護(hù)原理和方法的不斷應(yīng)用,對CT的要求越來越高,CT飽和問題和傳統(tǒng)的電流取樣方式已難以滿足系統(tǒng)的要求。微機(jī)在繼電保護(hù)和測量中的廣泛應(yīng)用,使得設(shè)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(xiàn)象,能根本解決CT飽和的問題