电流互感器大电流饱和测试技术与实现方法研究

2017-05-22陆泉森林木峰夏龙军

中国设备工程 2017年9期

关键词：暂态差动互感器

陆泉森，林木峰，夏龙军

（江门市博道工业自动化设备有限公司，广东江门 529040）

电流互感器大电流饱和测试技术与实现方法研究

陆泉森，林木峰，夏龙军

（江门市博道工业自动化设备有限公司，广东江门 529040）

随着我国电力事业的飞速发展，作为电力系统中的重要装置，大电流互感器被广泛应用到发电机机组电流的测量和保护中。基于电流互感器对整个电网安全的重要性，其成为热门的研究课题。当前，我国所采用的电流互感器，大多为10年前安装的，工作时间长，其稳定性需严密关注。本文通过小电流测试实验，并计算CT的临界饱和电流。根据CT常年的运作工况条件，设计出稳定的大电流测试。在测试过程中，通过叠加衰减直流分量及合闸，模拟测试CT在临界峰值电流及剩磁水平条件下的状态。

电流互感器；饱和测试；稳定测试；模拟测试

电流互感器是电能计量装置的重要组成部分，大电流互感器的稳定性直接关系到整个电网电能计量的准确性。我国目前电网中使用的电流互感器大多是10年前安装的，经常出现剩磁、老化等现象，直接影响电网安全和稳定。由于10年前电网的容量小，短路电流的水平较低，使得电流互感器难以满足当前的工况需要。例如某区域110kV系统，其短路电流水平达到40kA，330kV系统则达到48kA。目前，微机保护装置已覆盖到各大电网，进一步提升了故障判断速度。因此，提升CT暂态相应特性的动作性能十分关键。

1 国内外电流互感器的研究现状分析

通过对目前国内外电流互感器等相关文献梳理，目前研究大多停留在对电流互感器的稳态状况下，主要存在以下几个方面的问题。

（1）数值分析法仍有一定缺陷。在电流互感器的铁磁回路曲线绘制中，通常采用数值分析法，此类分析法虽然通过人工神经网络能对局部（暂态）磁滞回路曲线进行拟合，但仍存在缺陷，难以建立更为精确的电流互感器暂态模型。

（2）误差测量不能分析电流互感器暂态传变特性。当前，对电流互感器误差测量的主要手段是采用现场试验的方法，从而分析电流互感器的饱和特性，而10%误差特性曲线法中的试验电流过小，难以分析电流互感器的暂态传变特性。

（3）研究盲区——暂态非周期。目前学界对暂态非周期分量大电流传变特性的研究十分稀少，大多研究只停留在对电流互感器稳态状况下。但不容忽视的是，暂态传变特性对继电保护和故障诊断的影响较大。尤其是非周期分量的的暂态故障电流时容易使二次波形严重失真，无法分析电流互感器传变特性。

（4）学界对差动保护两侧的CT研究较少。通过查阅文献发现，学界对差动保护两侧CT的传变特性研究较少。通过对变压器差动保护装置分析可知，装置两侧的CT的变化、准确级及额定容量一旦存在差异，会使其暂态大电流条件下传变特性发生差异，甚至引起区外故障。

2 模拟试验电流互感器稳态、暂态同流水平

当前许多厂家的电流互感器的负载、承受的工况条件、铁磁材料特性等均存在较大差异，这对电流互感器传变特性研究带来一定困扰。由于电流互感器一、二次传变特性及其暂态饱和传变性直接影响整个电力系统的安全与稳定，因此深入研究暂态饱和传变性具有重要意义。要想在测试CT饱和传变特性中获取更加精准的数据，需模拟CT实际运行的各种工况。

P级电流互感器暂态运行特性。在过往研究中，稳态大电流的误差是我们要考虑的问题，往往忽略了电流互感器暂态传变特性。系统发生短路故障暂态大电流通过电流互感器时，其等效电源公式可表示为具体如图1所示。

图1 系统短路故障图

一次瞬时电流公式：

3 案例分析

对某区域短路电流水平进行调研，该断面处为330kV变电站，其最大短路电流为48kV，110kV最大短路电流为40kV。通过排查，该区域330kV与110kV两种CT饱和均超标，存在一定风险，容易产生差动保护错误动作。具体参数见表1。互感器试验结构均按用实际装置模拟真实工况。CT二次负载设计中，CT5#、CT10#、CT4#、CT9#、均采用无感电阻负载，分别实测29.28Ω、29.2Ω、7.848Ω、7.729Ω，二次回路设备均采用故障录波装置。CT2#、CT7#负载采用4mm2电缆500m，其二次回路设备采用故障录波装置差动保护，实测负载分别为4.345Ω和4.318Ω。CT3#、CT8#，负载采用无感电阻，二次回路设备采用母线差动保护装置，实测负载分别为：1.358Ω和1.422Ω。

表1 CT系统具体参数表

采集回路设计。目前数据采集装置常用分流器阻值为0.001Ω，将一侧的大电流信号转为电压信号，二次侧采样负载两次电压值，并将两次测电压信号转为光信号，这样就能使用暂态误差测量装置进行分析了。为确保数据采样的精准性，建议采用进度更高的采样频率，同时使用光纤，避免电磁环境的干扰。大电流稳态、暂态测试。在试验钱，先确定流通取值范围，一旦取值过大，会因设备限制而造成费用过高，取值过小难以确保CT进入饱和状态，导致测试数据失真。然后在根据以下公式计算出不同输出负载下临界饱和电流。为输出负载功率因素，取值0.8；R1为二次回路内电阻，按平均电阻取值；X1为二次回路内电抗，按平均电抗取值；E2为平均拐点电压，按平均拐点电压取值；N为电流互感器变化（表2）。

式中，cos

表2 CT的内阻和拐点电压

在本次测试中5P20与10P20均接微机保护，使得二者负载较小，只有1～5V·A负载数据能真实反映其特性。分析结果如下：（1）1200/1较600/1观点电压高出近30V，表明1200/1抗饱和能力优于600/1。（2）1200/1准确级相同情况下，能降低平均电感，同时大幅度提高拐点电压；（3）在轻载情况下600/1较1200/1饱和电流额定负载提升效果更好；（4）通过计算，在1～5VA负载情况下此区域330kV10P20与110kV5p20两种最大短路容量下，电流互感器均不会发生饱和。