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摘要：为了提高电力系统继电保护装置运行的可靠性，文章介绍了由于电流互感器饱和引起保护误动的原因，同时提出了防止电流互感器饱和和保护装置误动的几种措施，通过电力系统的实际运行发现，提出的这些措施能够很好的抑制电流互感器饱和现象，同时降低了继电保护装置误动的可能性，为电力系统的可靠运行提供新的保障。
关键词：CT饱和磁化；特性差动；保护饱和检测；电流互感器；继电保护装置
中图分类号：TM77文献标识码： A
在低电压等级的电力系统中，由于系统容量小，发生故障的电流也较小，所以电流互感器饱和的影响比较小，通常可以通过整定值来可靠地躲开由于电流互感器饱和引起的误动，但随着电力系统的不断发展，电压等级的不断提高，导致系统容量不断增加，因此使得故障时的短路电流非常大，由于故障电流远远大于正常运行时的负荷电流，所以，导致电流互感器的饱和现象，而且故障越严重其饱和越严重，由于在饱和的情况下电流互感器不能够正确的传变，所以导致继电保护装置误动作，虽然在继电保护的原理中增加了很多的抗饱和的逻辑，但严重的饱和问题依然影响继电保护装置的安全可靠运行，2014年1月4日，某500kV变电站在投运220kV的一条线路时，导致3号主变的分侧差动保护误动作切除主变三侧的断路器，从而导致中压侧III母、低压侧III母完全失电，通过保护装置的录波文件中电流波形的分析，在中压侧线路出口处由于GIS气体击穿，导致三相短路，故障电流15000A，导致主变中压侧的电流互感器严重饱和，从而导致主变的分侧差动保护动作。
1电流互感器的飽和特性
电流互感器在正常运行时通过的电流比较小，能够满足线性传变的关系，一次侧的电流和二次侧的电流比等于电流互感器的变比，从图1（a）中可以看出，在正常运行时，磁化线满足线性关系，其数值比较小，当故障严重保护时，其磁通瞬间变为无穷大，而在（b）图中能够明显看出，饱和时电流的传变不满足线性关系，产生严重的畸变，而且电流互感器饱和后的波形与二次侧负载的特性有关系。当二次侧负荷为纯电阻时，如果电流互感器在稳态的运行条件下，磁通没有发生饱和现象，则电流互感器的二次电流和电动势与一次电流的相位是一致的，如果磁通发生饱和，那么磁通将会保持在饱和水平不再变化，由于感应线圈内没有磁通的产生，一次侧电流不能传变到二次侧，那么二次侧的电流就会下降到零，而一次电流任然维持在饱和值不变，此时，电流互感器不能够正确反应实际故障，如果发生严重的外部故障时，将会引起保护的误动作。
2电流互感器饱和对继电保护的影响
2.1对差动保护的影响
变电站中常见的差动保护有主变的比率差动，线路保护的纵联差动，这些保护的电流分别由两侧或者三侧组成，如果某一侧的电流互感器发生饱和，那么在差动电流中就会出现一部分差流，如线路保护中差动电流等于两侧电流的矢量和（Icd=Im+In），如果M侧母线的其他出线间隔发生严重的短路故障，那么系统的电流会瞬间变为故障电流，电流互感器就会产生严重的饱和，使得Im变为0A，则线路保护的差动电流Icd=Im，如果Im的值大于差动动作值时将会产生纵差保护动作，从而切掉下级变电站，导致停电范围扩大。同样，主变的比率差动保护是由主变三侧的电流互感器组成，如果某一侧的电流互感器发生饱和，都可能导致差动保护的误动作。
2.2对过电流保护的影响
过电流保护是采用电流互感器二次侧相电流作为保护动作的依据，通常采用电压闭锁过流的保护方式即电流判据和电压判据同时满足时动作，当发生严重的故障时，电流互感器二次侧电流变小甚至为零，此时系统的一次故障电流存在，但一次电压下降，二次电压也随之下降，虽然电压满足开放条件，但电流元件没有动作，所以造成过电流保护闭锁，不能及时切除故障，从而使设备损毁。常见采用过电流原理的保护有PT断线过流保护、主变复合电压闭锁保护等继电保护。
2.3对距离保护的影响
距离保护是采用保护安装处二次电压与二次电流的比值来反应故障点的，其表达式为Z=U/I，通过公式我们不难看出，故障阻抗的大小与电压成正比，与二次侧电流成反比，所以当电流互感器保护二次电流为零时，故障处保护测得的短路阻抗为无穷大，从而造成保护装置拒动。
3预防电流互感器饱和的措施
3.1限制系统的短路电流
限制系统短路电流的办法有采用系统分列运行、串联电抗器，对于已经建成的电力系统，我们尽量采用多分列的运行方式来达到降低系统故障的短路电流，由于电力系统的分列运行会降低运行的可靠性，在分列运行的同时投入电源自动投入装置，已达到增加系统可靠性的目的。而在新建的变电站中除要考虑短路电流，还要合理配置串联电抗器的数量。
3.2增加电流互感器的变比
在选择电流互感器时，不能以负荷电流的大小来确定电流互感器的变比，必须要考虑当系统发生最严重故障时，流过电流互感器安装处的最大短路电流和互感器的负载能力以及电流互感器的饱和倍数来确定电流互感器的变比。由于在增大电流互感器的变比后会对继电保护装置产生影响，尤其是会降低对CT监视的相关保护的灵敏性。如继电保护采用5A值，而电流互感器的电流为1A左右，那么电流的采样精度就会降低，进而影响保护的可靠性。
3.3减少二次回路的负载
电流互感器的二次回路负载主要由电流互感器二次线圈、二次电缆、继电保护装置的内置线圈的阻抗构成，电流互感器可以看作是一个内阻极大的电流源，在正常运行时不能开路，而电流互感器的二次线圈负载在互感器制造时已经确定，并能够满足相关的要求，同样，在选择继电保护装置的型号时，我们尽量选择功耗小的装置，同时在安装继电保护装置时尽量考虑就地安装，这样就可以大大减少二次电缆的使用，有效的减少了电流互感器二次侧的阻抗，从而避免了饱和，我们也可以通过采用降低电缆的阻抗来达到降低二次负载的关系，由于电缆线芯的截面积越大，对应的阻抗将越小，所以我们通常采用增加电缆线芯的方法来达到目的，但是随着电缆线芯的增加，施工成本也跟着上涨，所以要同时考虑可靠性和经济性。
3.4降低二次额定电流
由于二次侧功耗和电流的平方成正比，所以降低电流互感器二次侧电流的额定值，在负载不变的条件下，能够有效减少二次回路的功耗，互感器不容易饱和。当然，在减少二次额定电流的同时会牺牲保护装置的灵敏性，在电力系统中，常见的二次额定电流有1A、5A值，在西北电网中220kV及以下的系统中常用5A作为额定电流，而在330kV以上采用1A制。而南方电网少用5A作为二次电流一般采用1A制。
3.5提高保护防误动作的措施
目前的继电保护装置都具有抗电流互感器保护特性的原理，一般采用软件判别的原理，在电流互感器饱和时，为了不降低保护范围内故障时的保护灵敏度，又能躲过区外故障CT饱和时的不利影响，利用输电线路故障时刻电流的流向以及CT饱和波形突变的原理，可靠的检测出区外故障时CT饱和的程度，当判别出饱和后，抬高相应保护的动作门槛，从而防止保护由于CT饱和导致的保护误动作。
4结语
扩大电网建设虽然增加了电力系统供电的可靠性，大电网、高电压的运行造成系统短路电流的增大，如果系统发生故障时可能会损毁大量的电气设备，合理选择电流互感器，目的在于增强电力系统供电的可靠性，但是已经运行的电流互感器不可能同时换掉，或者改造二次回路、继电保护装置等，因此合理的选择电力系统的运行方式、重新计算电力系统的短路电流、能够有效的防止电流互感器饱和程度。所以本论文提出的限制系统的短路电流、增加电流互感器的短路比、减少二次回路的负载、降低二次额定电流和提高保护防误动作等措施能够很好地解决电流互感器的保护问题，从而增加电力系统的安全稳定运行。
参考文献
[1] 田华，朱志贞，曹红梅．CT饱和对继电保护装置的作用及影响[J]．硅谷，2010，（14）．
[2] 任建丽．电流互感器10%误差曲线的应用[J]．山东煤炭科技，2010，（1）．
关键词：CT饱和磁化；特性差动；保护饱和检测；电流互感器；继电保护装置
中图分类号：TM77文献标识码： A
在低电压等级的电力系统中，由于系统容量小，发生故障的电流也较小，所以电流互感器饱和的影响比较小，通常可以通过整定值来可靠地躲开由于电流互感器饱和引起的误动，但随着电力系统的不断发展，电压等级的不断提高，导致系统容量不断增加，因此使得故障时的短路电流非常大，由于故障电流远远大于正常运行时的负荷电流，所以，导致电流互感器的饱和现象，而且故障越严重其饱和越严重，由于在饱和的情况下电流互感器不能够正确的传变，所以导致继电保护装置误动作，虽然在继电保护的原理中增加了很多的抗饱和的逻辑，但严重的饱和问题依然影响继电保护装置的安全可靠运行，2014年1月4日，某500kV变电站在投运220kV的一条线路时，导致3号主变的分侧差动保护误动作切除主变三侧的断路器，从而导致中压侧III母、低压侧III母完全失电，通过保护装置的录波文件中电流波形的分析，在中压侧线路出口处由于GIS气体击穿，导致三相短路，故障电流15000A，导致主变中压侧的电流互感器严重饱和，从而导致主变的分侧差动保护动作。
1电流互感器的飽和特性
电流互感器在正常运行时通过的电流比较小，能够满足线性传变的关系，一次侧的电流和二次侧的电流比等于电流互感器的变比，从图1（a）中可以看出，在正常运行时，磁化线满足线性关系，其数值比较小，当故障严重保护时，其磁通瞬间变为无穷大，而在（b）图中能够明显看出，饱和时电流的传变不满足线性关系，产生严重的畸变，而且电流互感器饱和后的波形与二次侧负载的特性有关系。当二次侧负荷为纯电阻时，如果电流互感器在稳态的运行条件下，磁通没有发生饱和现象，则电流互感器的二次电流和电动势与一次电流的相位是一致的，如果磁通发生饱和，那么磁通将会保持在饱和水平不再变化，由于感应线圈内没有磁通的产生，一次侧电流不能传变到二次侧，那么二次侧的电流就会下降到零，而一次电流任然维持在饱和值不变，此时，电流互感器不能够正确反应实际故障，如果发生严重的外部故障时，将会引起保护的误动作。
2电流互感器饱和对继电保护的影响
2.1对差动保护的影响
变电站中常见的差动保护有主变的比率差动，线路保护的纵联差动，这些保护的电流分别由两侧或者三侧组成，如果某一侧的电流互感器发生饱和，那么在差动电流中就会出现一部分差流，如线路保护中差动电流等于两侧电流的矢量和（Icd=Im+In），如果M侧母线的其他出线间隔发生严重的短路故障，那么系统的电流会瞬间变为故障电流，电流互感器就会产生严重的饱和，使得Im变为0A，则线路保护的差动电流Icd=Im，如果Im的值大于差动动作值时将会产生纵差保护动作，从而切掉下级变电站，导致停电范围扩大。同样，主变的比率差动保护是由主变三侧的电流互感器组成，如果某一侧的电流互感器发生饱和，都可能导致差动保护的误动作。
2.2对过电流保护的影响
过电流保护是采用电流互感器二次侧相电流作为保护动作的依据，通常采用电压闭锁过流的保护方式即电流判据和电压判据同时满足时动作，当发生严重的故障时，电流互感器二次侧电流变小甚至为零，此时系统的一次故障电流存在，但一次电压下降，二次电压也随之下降，虽然电压满足开放条件，但电流元件没有动作，所以造成过电流保护闭锁，不能及时切除故障，从而使设备损毁。常见采用过电流原理的保护有PT断线过流保护、主变复合电压闭锁保护等继电保护。
2.3对距离保护的影响
距离保护是采用保护安装处二次电压与二次电流的比值来反应故障点的，其表达式为Z=U/I，通过公式我们不难看出，故障阻抗的大小与电压成正比，与二次侧电流成反比，所以当电流互感器保护二次电流为零时，故障处保护测得的短路阻抗为无穷大，从而造成保护装置拒动。
3预防电流互感器饱和的措施
3.1限制系统的短路电流
限制系统短路电流的办法有采用系统分列运行、串联电抗器，对于已经建成的电力系统，我们尽量采用多分列的运行方式来达到降低系统故障的短路电流，由于电力系统的分列运行会降低运行的可靠性，在分列运行的同时投入电源自动投入装置，已达到增加系统可靠性的目的。而在新建的变电站中除要考虑短路电流，还要合理配置串联电抗器的数量。
3.2增加电流互感器的变比
在选择电流互感器时，不能以负荷电流的大小来确定电流互感器的变比，必须要考虑当系统发生最严重故障时，流过电流互感器安装处的最大短路电流和互感器的负载能力以及电流互感器的饱和倍数来确定电流互感器的变比。由于在增大电流互感器的变比后会对继电保护装置产生影响，尤其是会降低对CT监视的相关保护的灵敏性。如继电保护采用5A值，而电流互感器的电流为1A左右，那么电流的采样精度就会降低，进而影响保护的可靠性。
3.3减少二次回路的负载
电流互感器的二次回路负载主要由电流互感器二次线圈、二次电缆、继电保护装置的内置线圈的阻抗构成，电流互感器可以看作是一个内阻极大的电流源，在正常运行时不能开路，而电流互感器的二次线圈负载在互感器制造时已经确定，并能够满足相关的要求，同样，在选择继电保护装置的型号时，我们尽量选择功耗小的装置，同时在安装继电保护装置时尽量考虑就地安装，这样就可以大大减少二次电缆的使用，有效的减少了电流互感器二次侧的阻抗，从而避免了饱和，我们也可以通过采用降低电缆的阻抗来达到降低二次负载的关系，由于电缆线芯的截面积越大，对应的阻抗将越小，所以我们通常采用增加电缆线芯的方法来达到目的，但是随着电缆线芯的增加，施工成本也跟着上涨，所以要同时考虑可靠性和经济性。
3.4降低二次额定电流
由于二次侧功耗和电流的平方成正比，所以降低电流互感器二次侧电流的额定值，在负载不变的条件下，能够有效减少二次回路的功耗，互感器不容易饱和。当然，在减少二次额定电流的同时会牺牲保护装置的灵敏性，在电力系统中，常见的二次额定电流有1A、5A值，在西北电网中220kV及以下的系统中常用5A作为额定电流，而在330kV以上采用1A制。而南方电网少用5A作为二次电流一般采用1A制。
3.5提高保护防误动作的措施
目前的继电保护装置都具有抗电流互感器保护特性的原理，一般采用软件判别的原理，在电流互感器饱和时，为了不降低保护范围内故障时的保护灵敏度，又能躲过区外故障CT饱和时的不利影响，利用输电线路故障时刻电流的流向以及CT饱和波形突变的原理，可靠的检测出区外故障时CT饱和的程度，当判别出饱和后，抬高相应保护的动作门槛，从而防止保护由于CT饱和导致的保护误动作。
4结语
扩大电网建设虽然增加了电力系统供电的可靠性，大电网、高电压的运行造成系统短路电流的增大，如果系统发生故障时可能会损毁大量的电气设备，合理选择电流互感器，目的在于增强电力系统供电的可靠性，但是已经运行的电流互感器不可能同时换掉，或者改造二次回路、继电保护装置等，因此合理的选择电力系统的运行方式、重新计算电力系统的短路电流、能够有效的防止电流互感器饱和程度。所以本论文提出的限制系统的短路电流、增加电流互感器的短路比、减少二次回路的负载、降低二次额定电流和提高保护防误动作等措施能够很好地解决电流互感器的保护问题，从而增加电力系统的安全稳定运行。
参考文献
[1] 田华，朱志贞，曹红梅．CT饱和对继电保护装置的作用及影响[J]．硅谷，2010，（14）．
[2] 任建丽．电流互感器10%误差曲线的应用[J]．山东煤炭科技，2010，（1）．