I电流互感器深度饱和时的继电保护性能研究.docx

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电流互感器深度饱和时的继电保护性能研究及电流互感器选择

苏毅1 盛和乐2 孙茗2 屠黎明1 秦应力1 高惠民2

（1.北京四方继保自动化股份有限公司，北京，100085）

（2.国电华北电力设计院工程有限公司，北京，100011）

摘要：随着电力系统短路容量的增加，经常出现主设备的容量远远小于系统短路容量的情况，例如：高压启动/备用变压器、高压厂用变压器和高压并联电抗器等等，其电流互感器参数选择成为困扰继电保护工作者的突出问题。若按照故障时通过互感器的最大短路电流不应超过其准确限值电流来选择，不但设备投资成本过高，更重要的是会造成继电保护整定困难和主设备内部故障保护灵敏度不足；若按照主设备额定容量来选择，则又会造成内部出口故障时电流互感器严重饱和，需要对此时的保护性能进行详细分析。本文通过实验和理论分析的方法研究了内部故障电流互感器深度饱和时的继电保护性能，并在此基础上给出了解决上述问题的电流互感器选择方案。

CT2CT3CT1

CT2

CT3

CT1

K1

0 引言

随着接入电力系统的大机组的增多和电网建设的加强，电力系统的短路容量不断增加。在电力系统中，单台主设备容量远远小于系统短路容量的情况越来越多，特别是高压启动/备用变压器(简称起备变下同)、高压厂用变压器和高压并联电抗器等。在这些主设备出口短路时，短路位置如图1(a,b,c,d,e)中的K1点所示，此时一般有多个电源提供短路电流，为避免电流互感器(简称CT下同)饱和，图

CT1K1K21(a,b,c,d,e)中的

CT1K1

K2

K2

3/2接线的起备变

机端母线

CT1CT2

K1

K2

K1

K1

CT2

CT1

K2

双母线接线的起备变

主变保护厂变保护

过互感器的最大短路电流不应超过其准确

高压厂用变压器

限值电流来选择[1]。但是这将导致实际二次电流过小，保护整定困难；而互感器的体积过大，安装困难且成本高。若按照主设备额定容量来选择CT，由于区内出口故障时短路电流可能到达CT的额定电流的100倍以上，会造成CT严重饱和，此

CT2CT3

线 CT2

路

CT3 CT1

K1K2

时能否确保继电保护正确动作，成为继电保护工作者关心的问题。

文献[2]对中压系统保护用电流互感器参数选择方法进行了深入研究，指出当通过互感器电流达到准确限值电流后继续增大时，二次电流虽然不能与一次电流成比例变化，但其值(含有效值、平均值及由傅氏算法求出的基波值)却还是呈上升趋势。过电流保护的整定值如小于电流互感器准确限值电流时能可靠动作，当一次电

线路电抗器 e)母线电抗器

图

图1 CT安装位置以及短路位置示意图

次电流足够大时，CT二次电流已经超出了保护装置的测量范围，此时对保护装置的动作行为已经不进行规定和校验，但实际上保护装置是可以动作的，可以看出现有保护装置还有很大的潜力可以挖掘。充分研究和挖掘保护装置的潜力，对降低工程总体造价，解决继电保护实践中的难题，提高保护可靠性，补充继电保护技术条件

流继续增大，保护仍能可靠动作[2。]当一

和校验规程都具有重要意义。

这些对高压系统也有一定借鉴作用，本文将文献[2]的研究范围从中压系统延伸到高压系统和发变组保护中，研究对象从过流保护改为差动保护，分析图1(a,b,c,d,e)中CT1深度饱和时的差动保护性能。由于高压系统和大型发电机组时间常数大，差动保护动作速度快，保护动作时系统仍然处于暂态过程中，必须考虑暂态过程对保护的影响。为此，对现有电流互感器和微机保护装置进行不同互感器参数和不同短路电流下的系列试验，通过录波等方式，探求电流互感器在饱和时的输出和复合误差特性，以及与保护动作行为之间的关系，找出适当的规律，针对存在问题摸索解决问题的途径，最终获得正确的选择电流互感器参数和保护装置定值的方法。确定合理可行工程设计，以确保电力系统安全稳定运行。

经统计国内300MW~1000MW机组的高压厂用变压器和起备变时间常数小于100ms，选用P级互感器就能满足暂态和稳

Ie=0.242A；差动速断保护定值为

7Ie=4.24A。保护装置最大测量范围为

20A。系统短路容量、短路时刻、CT特性以及二次负担可以根据需要进行调整。

试验内容1：一次CT正确传变，远大于测量范围的电流流入保护装置，主要考察大电流对保护装置的影响。

当一次CT正确传变且一次电流无非周期分量时，二次电流波形接近标准正弦波，实验波形如图2所示。

图2 一次CT正确传变且无非周期分量的采样

图中：

为二次电流波形；

为保护采样电流波形。

当一次CT正确传变且一次电流有非周期分量时，二次电流波