電磁式電流互感器飽和特性研究 電氣工程及其自動化

題 目 電磁式電流互感器飽和特性研究 學 院 電氣工程學院 摘要電磁式電流互感器是一種以電磁感應原理為基礎，具有勵磁特性，這種勵磁特性是非線性的，能夠變換電流并且普遍應用于電力系統(tǒng)中。當出現(xiàn)較大故障電流時，特別是非周期性成分和鐵芯的剩余磁性，會導致明顯的磁飽和勵磁電流增加，從而使得電流互感器性能下降，這是由于繼電器針對兩次電流畸變而產生的保護作用而導致的?；ジ衅魇菧y量用的變壓器，又稱儀用變壓器，多數(shù)是應用在擴大儀表的測量范圍，也分為電壓互感器和電流互感器兩種。測量大電流時，因導線周圍產生的磁場會對儀表帶來附加影響，故不能采用直接式電流表，用分流器來擴大量限時，分流電阻的功耗頗大，故通常用電流互感器來擴大電流表的測量。電流互感器是工作于低磁感應強度的鐵芯變壓器。由原、副繞組繞在鐵芯上構成，而副繞組匝數(shù)很多，所接電流表內電阻很小。所以電流互感器實質上是一個短路運行的升壓變壓器，是一種將大電流轉換為小電流的升壓變壓器。電流互感器在工作時，由于電磁的影響會對電網工作產生較大的影響。關 鍵 詞：電流互感器 傳變特性 飽和特性Abstract Electromagnetic current transformer is a kind of excitation characteristic based on the principle of electromagnetic induction, which is non-linear, can change the current and is widely used in power system. When there is a large fault current, particularly is a periodic components and residual magnetic core, can lead to obvious magnetic saturation excitation current is added, so as to make the current transformer performance degradation, it is the result of the relay in view of the two current distortion of protection. Transformers are measurement transformers, also known as instrument transformers, most of which are used to expand the scope of measurement instruments, also divided into voltage transformers and current transformers. When measuring high current, because of the wire around the magnetic field can influence on additional instrument, therefore cannot use ammeter directly, with shunt to expand the amount limit, power consumption of the shunt resistance is rather large, so usually use current transformer to expand the current meter measurement. Current transformer is an iron core transformer with low magnetic induction intensity. It consists of primary and secondary windings wound around the iron core, while secondary windings have many turns and the resistance of the connected ammeter is small. Therefore, the current transformer is essentially a short circuit booster transformer, which converts large current into small current. When the current transformer is working, the electromagnetic influence will have a great influence on the work of the power grid.Key words: Electromagnetic transformer Throughout the features Saturation characteristicIII目錄摘要II1 前言11.1 課程題目的探討11.2 課題研究現(xiàn)狀21.3 論文主要內容22電流互感器42.1 電流互感器的結構42.1.2 電流互感器的原理72.2 電磁式電流互感器存在的問題92.2.1 電磁式電流互感器存在的缺陷92.2.2電流互感器飽和對繼電保護的影響102.2.3防止電流互感器飽和的方法與措施112.3 電流互感器傳變特性122.3.1 穩(wěn)態(tài)傳變特性試驗分析122.3.2 暫態(tài)傳變特性試驗分析122.4 小結133 結論與展望14參考文獻151 前言1.1 課程題目的探討電力工業(yè)是國家發(fā)展支柱行業(yè)，與國民經濟健康發(fā)展息息相關。從社會利益而言，電網的安全和經濟運行意義重大。近年來，國家支持電力系統(tǒng)的發(fā)展，對其投入大量的資金、人力，但安全問題是懸掛在電力系統(tǒng)上的一把利劍，特別是電力系統(tǒng)規(guī)模在不斷發(fā)展壯大，從而是維護與檢測成為重中之重，如何穩(wěn)定、安全、經濟的運行電力系統(tǒng)，是值得思考的問題。作為最基本的電氣設備之一，電流互感器可以實時測量負載和故障電流。電力系統(tǒng)的安全可靠運行，與電流互感器在準確度與可靠性上具有很強的依賴性；在電力測量、電力監(jiān)控和繼電保護等領域，電流互感器憑借其獨特性能有廣泛的應用。對一次電流的真實響應，是繼電保護對電流互感器的基本要求。在面對故障電流之時，對電流互感器的要求是要及時且正確反應故障電流的大小、相位和波形。電磁式電流互感器是一種核心耦合，且以電磁感應原理為基礎，具有非線性的勵磁特性，能夠變換電流并且普遍應用于電力系統(tǒng)中，當出現(xiàn)較大故障電流時，特別是非周期性成分和鐵芯的剩余磁性，會導致明顯的磁飽和勵磁電流增加，從而使得電流互感器性能下降，這是由于繼電器針對兩次電流畸變而產生的保護作用而導致的。據(jù)有關資料顯示，如寧夏電網和西北電網220kV及以上電網電流互感器均以P 級為標準配置，總數(shù)量在10000 支以上。其中以最大穩(wěn)態(tài)短路電流來確定P 類電流互感器，穩(wěn)態(tài)飽和在一定的范圍內是可行的，保護裝置本身會產生暫態(tài)飽和，這樣會導致誤差產生；非周期性電流分量是電路系統(tǒng)出現(xiàn)問題時或不正常運轉時，所產生故障電流而導致的，在這種情況下，暫態(tài)飽和會消減傳變特性，使得繼電器常常發(fā)生保護誤動。如2010 年11月17 日19 時20 分，徐家莊330kV 變電站內發(fā)生A 相TA 一次絕緣擊穿和母線接地故障，川徐I 線第二套主保護在I 母線A 相接地故障時，差動保護動作。鑒于此電流互感器性能下降，會導致電網保護出現(xiàn)誤啟動，從而影響電網線路正常工作，造成較大的經濟損失。短路電流也伴隨著系統(tǒng)規(guī)模的日益發(fā)展，系統(tǒng)短路電流水平不斷攀升。發(fā)生的幾率在不斷的增加，飽和問題愈來愈嚴重，尤其是電磁式電流互感器經常性的影響繼電器的正常工作，產生十分不利的影響。因此，對其飽和特性方面進行研究是十分必要的。在研究電流互感器飽和特性的方法和手段中，采用物理試驗是最直接和有說服力的，但是這種方法成本高，可重復性和可控制性較差，而且由于是大電流試驗，所以存在較大的危險性。而采用計算機建模仿真則是一種即經濟有高效的方法和手段。由于電流互感器模型和實際電流互感器的傳變性能必然會在存在一定的偏差，所以如何建立一個能夠很好地模擬實際電流互感器傳變特性的電流互感器模型已成為當務之急，因此，研討電磁式電流互感器的構建是非常有價值的。1.2 課題研究現(xiàn)狀在電流互感器傳變特性和飽和特征研究方面，關于電流互感器飽和特性，國內外已有了相關研究，重點是如何繪制電流互感器鐵磁回路曲線，常用的方法為數(shù)值分析法和現(xiàn)場試驗法，但研究成果大多停留在穩(wěn)態(tài)狀況下，主要存在以下問題：1）數(shù)值分析法能夠繪制電流互感器的普通磁滯回線，并通過人工神經網絡對局部（暫態(tài)）磁滯回路曲線進行擬合，但該方法目前仍不成熟，不能建立更為精確的電流互感器暫態(tài)模型。2）現(xiàn)場試驗方法可對電流互感器的測量誤差進行檢測，間接地分析電流互感器的飽和特性，但其常用的10%誤差特性曲線法的試驗電流遠小于一次側發(fā)生短路時的電流，因此該方法不能分析電流互感器的暫態(tài)傳變特性。3）對電流互感器在實際大電流，特別是含暫態(tài)非周期分量大電流的傳變特性研究較少。繼電保護的可靠性和故障診斷的準確性受電流互感器的暫態(tài)傳變特性影響較大，當一次側出現(xiàn)含較大非周期分量的暫態(tài)故障電流時，P級電流互感器將過飽和，其二次波形失真嚴重。4）對差動保護兩側電流互感器的傳變一致性研究不足。以變壓器差動保護為例，兩側所配電流互感器的變比、準確級、額定容量的不同都會導致其在暫態(tài)大電流條件下傳變特性的不一致，造成區(qū)外故障誤動作時有發(fā)生。除此之外，還存在不同廠家電流互感器的負載大小、工況條件、鐵磁材料的老化差異，對互感器飽和特性的影響程度不盡相同，對互感器傳遍特性的研究也造成了困難。1.3 論文主要內容現(xiàn)有文獻中專門針對電磁式電流互感器飽和特性和建模技術開展的研究工作還不多，本文圍繞相關的問題進行了全面的分析和研究，主要開展了如下工作：1）對電磁式電流互感器的穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)傳變特性兩方面進行分析研究，并且在研究其特性的同時以及分析產生飽和的原因，為研究電磁式電流互感器的建模方法打下基礎。2）電磁電流互感器模型分為JA模型和盧卡斯模型，基于電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD；且在建模理論、建模方法和仿真結果上應用普遍，分析研究了基于RTDS 的電流互感器模型的建模方法，應用于繼電保護測試領域。并與實際電流互感器二次側電流波形做了對比，研究了模型的仿真準確度。（3）構建了基于磁化軌跡隨時監(jiān)控的電磁式互感器的數(shù)字模型。對磁化軌跡等建立模型，并進一步分析建模方面的基本原理；磁核心的彈道特征，測定磁化軌跡的方法及其表達方法等構成了核心磁化模型建立的全過程，通過鐵心磁化模型，將全電流方程與電磁感應方程進行耦合，并得出一定的優(yōu)化結果；然后，計算出數(shù)字模型上的流程圖，并以此為依據(jù)，分析了電磁式電流互感器的磁流變軌跡，并進行仿真，通過對兩種電流波形進行仿真模擬，驗證結果的正確性。最后，比較了本文提到的幾種模型所需的參數(shù)和仿真結果，為讀者在使用這幾種模型時提供了直觀的參考。172電流互感器2.1 電流互感器的結構1、普通電流互感器結構原理    電流互感器的結構相對而言比較簡單,通常情況下包含了殼體、一次繞組，還有鐵心與接線端子等等。觀察變壓的具體結構，我們能發(fā)現(xiàn)，電流互感器與其在很大程度上具有相似性，只是電流互感器中使用的一次繞組使用的具體匝數(shù)低于變壓器，用(N1)來表示，并且該構件一般都是與電源線路進行非間接性的連接，如果有一次負荷電流()流經，那么這個時候的交變磁通感應會出現(xiàn)相應的變化，即引起二次電流()，并且在固定的范圍內有所降低；相比而言，我們能夠發(fā)現(xiàn)二次繞組則比變壓器的匝數(shù)(N2)多，同時因為儀表和變送器等各個構件中都存在著相應的電流線圈，并且存在著二次負荷(Z)，最終通過串聯(lián)就會產生完整的閉合回路，見圖1。圖1普通電流互感器結構原理圖因為一次繞組和二次繞組有同樣的安培匝數(shù),I1N1=I2N2，在每一個電流互感器中，都會存在著固定的額定電流比：。在進行運轉的時候，電流互感器擁有的負荷阻抗極低，并且其擁有的二次繞組一般情況下都趨向于短路，就好像此時的變壓器本身就是在進行短路運行。2、穿心式電流互感器結構原理穿心式電流互感器擁有的結構有所不同，它不存在一次繞組的情況，其中安裝的載流(此時應該確定為負荷電流)導線通常情況下都會先通過L1，然后再經過L2處，最終到達圓形（也有可能是其它的形狀）鐵心處，該構件使用的材料一般為硅鋼片搟卷，通過上述的一系列過程，就能夠形成相當于一次繞組的作用。如果要進行二次繞組，那么首先需要以圓形鐵心為主，將其進行均勻的纏繞，然后和儀表、變送器等其他的各個電流圈相結合，就能夠產生出完整的閉合電路，見圖2。圖2穿心式電流互感器結構原理圖由于穿心式電流互感器不設一次繞組，其變比根據(jù)一次繞組穿過互感器鐵心中的匝數(shù)確定，穿心匝數(shù)越多，變比越??；反之，穿心匝數(shù)越少，變比越大，額定電流比：式中I1穿心一 匝時一次額定電流；n穿心匝數(shù)。3、特殊型號電流互感器 3.1 多抽頭電流互感器。在該類型中，安裝的一次電阻應該保持原有狀況，但是如果需要組裝二次繞組，那么就需要多安裝抽頭，這樣才能夠更好的得到不同變比。其安裝的一次繞組，不管是鐵心還是匝數(shù)都是固定的，并且具體為1,。至于二次繞組，則需要使用絕緣銅線，將其纏繞固定于鐵心上安裝的絕緣筒，對于那些不同變比的，這個時候就能夠準確的找出并將其進行抽頭引出，然后與接線端子座相連接，并在所有的抽頭都應該安裝相應的接線端子，從而形成變化，如圖3所示。圖3多抽頭電流互感器原理圖在二次繞組中，如果多安裝了兩個抽頭，具體K1和K2可以組合成100/5，K1和K3可以組合成75/5，而K3和K4則可以組合成50/5等等。在該類型的電流互感器中，存在著一個顯著的特點，即如果需要對變比進行調整，那么就可以先掌握負荷電流變比的具體情況，然后改變二次接線端子中相應的接線情況，就能夠達到目的，整個過程未使用電流互感器，具有很大的便利性。 3.2 不同變比電流互感器。在該類型的電流互感器中，其不管是鐵心還是一次繞組都是固定為1的，但是二次繞組的情況則不同，匝數(shù)為二，并且相互獨立、互不影響，這樣能夠更好的適應當負荷電流確定時，具體的準確度和變比情況發(fā)生變化的情況，見圖4。圖4不同變比電流互感器原理圖比如在同一負荷的情況下,為了使電能的計量更準確,變比被要求比較小的一些準確度的等級要高一點;對于用電設備的繼電保護,由于故障電流的保護系數(shù)比較大,所以它的變比較大一些,而準確度的等級則可以低一點。 3.3 一次繞組可調，二次多繞組電流互感器。對于此類電流互感器，它自身就存在著一些去，如其實際變比量程較多，同時還能夠進行變更，通常情況下都出現(xiàn)在高壓電流互感器中。在該類型的電流互感器中，它的一次繞組能夠被具體細分成兩段，并且對應的貫穿于該裝置中的鐵心，在相應的二次繞組中，存在著兩個相互獨立的繞組，它們的準確度等級存在著差異，并且各帶抽頭。在每一個互感器的對應外側，都會存在著連接片裝置，這個時候再將一次繞組與其進行連接，適度的調整連接片位置，就能夠讓裝置中的一次繞組實現(xiàn)合理串聯(lián)，還可以實現(xiàn)并聯(lián)接線，最終使得一次繞組擁有的實際匝數(shù)發(fā)生變化，產生出新的變比。相應的二次繞組也能夠自動形成變比與精確度等級相異的繞組，因為一次繞組中存在的連接片會發(fā)生位置變動，所以其匝數(shù)也會發(fā)生調整，從而產生多量程的變比，如圖5所示(虛線表示的是電流互感器裝置中的一次繞組外側中存在的連接片)。該裝置中的二次獨立繞組擁有的變比與準確度等級都存在著差異，所以能夠滿足繼電保護、電能計量等多種儀器的使用。例如當電流互感器一次繞組串聯(lián)時(圖5a)，1K1、1K2，1K2、1K3，2K1、2K2，2K2、2K3為300/5，1K1、1K3，2K1、2K3為150/5；當電流互感器一次繞組并聯(lián)時(圖55b)，1K1、1K2，1K2、1K3，2K1、2K2，2K2、2K3為600/5，1K1、1K3，2K1、2K3為300/5。其接線圖和準確度等級標準在銘牌上或使用說明書中。(a)一次串聯(lián)(兩匝) (b)一次并聯(lián)(一匝)圖5一次繞組匝數(shù)可調、二次多繞組的電流互感器原理圖 3.4 組合式電流電壓互感器。這種電流電壓互感器是構成是電流互感器和電壓互感器,在高壓計量箱柜上常見,既可以為繼電保護裝置提供相應的電源，也可以充當計量電能。所謂的組合式電流電壓互感器，其實就是把多臺（通常情況下數(shù)量為二或者三）電流互感器中存在的一次繞組和二次繞組，還有鐵心裝置與相應的電壓互感器中的相同配件都在鋼鐵構架上進行準確的穩(wěn)固，然后再將其放置入箱體中，并且在該箱體中應該安裝有相應的變壓器油，接著將兩種類型的繞組出線都進行引出，直至該箱體外側安裝的兩側瓷瓶上，區(qū)分出高低壓，最終得到一個裝置，一是處于封閉狀態(tài)，二是屬于絕緣體。在整個裝置的一次側，應該和相應的供電線路進行合理的連接，在對應的二次側，則應該和相應的繼電保護裝置完成合理連接，或者選擇計量裝置進行連接。因為需要會存在相應的差異，所以能夠對組合式電流電壓互感器進行相應的分類，一種是使用V/V接線，還有一種是使用Y/Y接線，但是不管三相負荷是處于不平衡狀態(tài)還是處于平衡狀態(tài)，都能夠完成對其電能的計量，見圖6(a)、(b)。(a)兩臺電流互感器和電壓互感器V/V接線 (b)三臺電流互感器和電壓互感器Y/Y接圖6    組合式電流電壓互感器原理圖2.1.2 電流互感器的原理電流互感器同變壓器相似,它的結構由一次、二次繞組、鐵芯和端子組成。二次繞組、鐵芯和端子組成。當一次繞組兩端被接入到電路中，即形成電流，由于鐵芯的磁通效應，二次繞組中也將存在電流，其電流大小并與一次繞組中的電流按兩個匝數(shù)的比列存在。如圖2-2 所示，所需要接的負載接入到二次繞組的兩端，與二次繞組形成回路，其電流大小主要取決于一次繞組中的電流、繞組兩者間的匝數(shù)比,其可以同電流互感器的作用一樣。和普通電流互感器相比較，直通式電流互感器存在著一定的不同，其一次繞組中不存在電流，從L1到L2通過硅鋼片制成的滾動卷輪（或其他形狀）纏繞鐵芯，兩個繞組直接纏繞在圓鐵芯上。直通式電流互感器如 2-3圖所示。電磁式電流互感器其優(yōu)勢在于穩(wěn)定性強，安全性高，可以長時間運行。不過隨著電力需求不斷增加，給電力傳輸帶來了很大的挑戰(zhàn)，所需要傳輸?shù)碾娏α恳苍絹碓酱螅S著增加其電壓等級。電力系統(tǒng)的額定電壓和額定電流迅速增加。現(xiàn)代電力系統(tǒng)中使用的電流互感器的工作環(huán)境已經變得非常復雜。電磁式電流互感器也在實際運行中出現(xiàn)了一系列問題，其中最嚴重的一個問題就是存在暫態(tài)過程和飽和問題。當在實際過程中，電流互感器如果處于飽和狀態(tài)，那么此時即使負載中通過二次繞組的相應的電流無法進行正常的運行，并且會出現(xiàn)波形缺失或損壞的現(xiàn)象，這就會直接對繼電保護造成很大的影響，同時，也會間接地影響到電力系統(tǒng)的正常運行，給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來隱患。所以,影響繼電保護的關鍵在于電流互感器飽和。2.2、電流互感器使用注意事項1.極性連接要正確。在對電流互感器進行標注的時候，通常情況下都會以其減極性為依據(jù)，為確保計量正確，應該使極性連接處于合理狀態(tài)。如果同一線路中出現(xiàn)了幾臺電流互感器之間相互并聯(lián)的情況，那么此時往往會出現(xiàn)短路。2.二次回路應設保護性接地點，并可靠連接。在一、二次繞組中，可能會出現(xiàn)因絕緣失效而導致高電壓流至相應的低壓側，這樣不僅會破壞儀表，還會造成安全事故，所以為避免這一類現(xiàn)象的發(fā)生，需要在電流互感器中相應的二次側安裝一個保護性的接地點，而同時距離電流互感器的所有箱體端子也應該進行接地處理。3.運行中二次繞組不允許開路。否則會導致以下嚴重后果：（1）二次側出現(xiàn)的高電壓會危及人身和儀表安全；（2）出現(xiàn)過熱，可能燒壞繞組；（3）增大計量誤差。4.用于電能計量的電流互感器二次回路，不應再接繼電保護裝置和自動裝置等，以防互相影響。2.2 電磁式電流互感器存在的問題2.2.1 電磁式電流互感器存在的缺陷當電壓等級在進行提升并且其擁有的傳輸容量也在逐漸加大時，這個時候的電磁式電流互感器通常情況下會存在著幾個缺點：（1）絕緣體方式結構相對復雜、造價比較昂貴以及尺寸很大。因為電壓等級在不斷的上升，所以通常情況下會選擇兩種絕緣方式，一是油紙絕緣，二是氣體絕緣，如果氣壓到達了一定的的高值，那么這個時候電磁式電流互感器就會選擇串級絕緣。通常情況下，絕緣結構的復雜程度與電壓等級是呈正比的，這在制造方面會帶來很多的不便，造價也會提升。隨著電壓等級的變化，價格也幾乎呈現(xiàn)出三次方趨勢的上升。（2）不能完全達到測量準確度的要求。因為存在著一次線圈等多個電位，所以二次線圈會處于相應的低壓側，并且同時和二次低壓設備進行連接，而此時的線圈主要是通過鐵心進行相互連接的。因為電壓等級會發(fā)生變化，所以當其逐漸增大時，在高壓與低壓兩者間會存在著一定的絕緣距離，并且會逐漸的加大。在這種情況下,通過增大磁路來加強一、二次線圈的聯(lián)系是唯一的辦法。在進行測量的時候，會存在著一定的誤差，主要是受互感器的影響，如果平均磁路增長，那么誤差就會變大，反之亦然。在電磁式電流互感器中，一般傳統(tǒng)類型中的二次側輸出會擁有較高的功率，通常情況下都有幾瓦值。不管是在一次側、還是在二次測，都存在著直接性的電磁聯(lián)系, 并且一次側在特定情況下還會受到來自二次側的影響，最終對電流互感器能否準確的進行測量產生影響。觀察電力系統(tǒng)能夠發(fā)現(xiàn)，其測量準確度與電流互感器相比，往往會被限制于0.3級以下。如果使用的是暫態(tài)故障電流，那么此時的測量準確度還會受到因非周期分量電流而導致的鐵心飽和的影響。（3)安裝、檢修的不便和維護工作量的過大。巨大的體積和過重的分量使得電磁式電流互感器的運輸安裝極為不便,除此之外,為保證它的正常運行還需要絕緣支架來進行支撐,這樣在很大程度上不利于進行維修。如果使用的是油浸式電流互感器，那么就需要在固定的時間里進行絕緣油化驗工作，并處理滲漏油等各種相關問題。(4)隱伏的危險難以避免。在使用電磁式電流互感器時，在它的一、二次兩者之間，能夠通過電磁變換原理合理的進行能量傳遞,所以該兩者之間通常情況下都會有電磁聯(lián)系。而在二次側線圈中，如果受相關因素的影響產生了開路，那么一次測中存在的大電流會整體轉化為勵磁電流,此時相應的二次線圈中通過測感應能夠產生一定量的高電壓，不僅會對設備造成破壞，還可能引發(fā)安全事故。與此同時，還可能因為突發(fā)性的爆炸和相應的絕緣擊穿情況使得出現(xiàn)單相對地短路情況。(5)除了以上所列舉的缺陷之外,鐵磁共振、磁滯效應等不利因素也或多或少地存在于傳統(tǒng)的電磁式電流互感器之中。2.2.2電流互感器飽和對繼電保護的影響 電流互感器在進行運作的，會出現(xiàn)一定的誤差，這會不利于其實際運用，通常情況下造成這一現(xiàn)象的原因主要是因為飽和現(xiàn)象。在電流互感器中，如果其鐵心中磁通密度上升到了相應的數(shù)值，那么就會產生飽和現(xiàn)象，如果磁通密度持續(xù)上升，那么勵磁電流也應該相應地進行加大。在進行使用的時候應該限定于一次電流值的范圍中，同時還應該確保二次電流中出現(xiàn)的綜合誤差低于相應的限定值。在電流互感器中如果安裝有鐵芯構件，那么其擁有的非線性勵磁特性和相應的飽和值都會在一定程度上造成誤差。將電流互感器實際擁有的飽和進行分類，主要存在著兩大類型：首先是在大容量短路穩(wěn)態(tài)的狀況下，因為對稱電流而出現(xiàn)的飽和情況；其次是在短路電流中，因為非周期分量變化與鐵心擁有的剩磁而出現(xiàn)的相應的暫態(tài)飽和情況。上述的兩種飽和狀況在具體特性上存在著很大的差異，因此它引起的誤差會很大。在可允許的誤差范圍內，將暫態(tài)飽和狀況與穩(wěn)態(tài)飽和狀態(tài)相比較，能夠發(fā)現(xiàn)其互感器中安裝的鐵心的具體截面值在很大程度上高出后者，甚至能夠達到數(shù)十倍。2.2.3防止電流互感器飽和的方法與措施（1）對短路電流進行相應的限制。當中壓系統(tǒng)已經完成構建的時候，能夠選擇比原有電壓等級更高出一級的環(huán)境中使用分列運行，從而達到對短路電流進行實際限制的目的。在進行了分列運行之后，會使得供電可靠性出現(xiàn)下降的情況，但是能夠通過其它的途徑進行應對，如電源自動投入等等。當構建一新系統(tǒng)的時候，往往會出現(xiàn)短路電流過高的情況，這個時候一般情況下都會選擇串聯(lián)電抗器來進行短路電流的限制。（2）使保護級CT擁有的變比發(fā)生變化，并且是逐漸上升， 在對保護級電流變比的具體值進行精確時，不能以負荷電流值為依據(jù)進行，應該通過流經繼電保護裝置的實際最高的短路電流以及此時的互感器中存在的實際負載能力和相應的飽和倍數(shù)值為基礎，從而對CT變比進行確定。當保護級CT變比值出現(xiàn)上升情況時，會對其相應的繼電保護裝置造成一定的不利影響，影響CT二次回路的運作，并且不利于繼電保護裝置更好的進行監(jiān)視程序。例：對10kV系統(tǒng)進行研究，我們能夠發(fā)現(xiàn)當站用變壓器的相關數(shù)值確定為400 kVA，那么其在60%負荷情況下進行運行產生的電流應該精確到13.8 A,此時以最大短路電流為基礎進行核算能夠發(fā)現(xiàn)其保護級電流互感器變比應該是600/5,通過相應的折算能夠確定其二次側處擁有的負荷電流應該實際為0.115A。此時的額定輸入電流值也應該確定到5A的繼電器,因為這個電流實在是太小了,所以往往容易被忽略。（3）降低電流互感器擁有的二次負載值，在安裝繼電器保護裝置的時候往往使用低交流功耗。如果選擇的電流差動繼電器為普通的電磁型，那么它擁有的交流電流功耗在各個回路基本上都能夠達到8VA,相比較而言，微機型繼電器中產生的所有交流電流功耗在各個回路只有很低的0.5VA,數(shù)量級之差達到了一個數(shù)量級,所以這個時候使用的繼電保護裝置不能具有較高的交流功耗。在使用繼電保護裝置的時候，最好能夠做到就地安裝。該系統(tǒng)中的CT負載一般情況下受到的阻抗往往都是來自于二次電纜，把繼電器保護裝置科學的進行就地安裝,二次電纜長度和互感器的負擔都會相應的縮短和減少,而且有效地避免了飽和。除這些效益之外,還對二次回路進行了一定的簡化，這樣有利于增強供電的可靠程度。要做好就地安裝，還是存在著很大的難度性，要求較高，如果出現(xiàn)較為惡劣的天氣，就需要該裝置能夠具有很優(yōu)的抗強電磁干擾能力。對CT擁有的二次額定電流量進行降低。因為在CT中存在的實際功耗與相應的電流存在著一定的聯(lián)系，并且具體表現(xiàn)為與其平方成正相關，所以把CT擁有的實際二次額定電流進行減少，由原來的5A轉換為1A,同時使負載阻抗固定不發(fā)生改變，這個時候的二次回路功耗也會出現(xiàn)下降的情況，最高可以達到25倍，但是互感器通常情況下都難以達到飽和狀態(tài)。在設置CT的時候，如果降低了其擁有的二次額定電流值，那么此時的繼電保護裝置會受到一定程度的破壞。如果二次電流量出現(xiàn)降低的情況，那么此時就應該使繼電器擁有的靈敏度進行提升，同時它還會與抗干擾能力以相應的矛盾而存在。繼電保護裝置如果已經實現(xiàn)了就地安裝，那么因為其二次電流電纜的實際長度值有限，同時電磁干擾水平又相對較好，那么這個時候在選擇互感器的時候往往會將二次額定電流值精確到5A。（4）在選擇機電保護裝置的時候，通常都會考慮其擁有的抗飽和能力并且會選擇性能較強的，同時還會遵循一個相應的原則，即對實際電流飽和產生的敏感度較低。繼電器在進行工作的時候，因使用的原理不同而產生的實際工作效率也是不一樣的，如果是相位判別原理，通常情況下它的抗CT飽和能力更強，當遭遇嚴重飽和狀況時，它仍然能夠將電流恢復至原來的相位。雖然使用負序電流保護會在一定程度上對CT二次回路斷線造成負面影響，也會在出現(xiàn)三相對稱故障時產生相應的拒動行為等等，但是能夠通過提升附加判據(jù)來進行應對和調整。這種方式也存在著不足,要克服這些缺點增加附加判據(jù)是必不可少的。在前面的描述中我們能夠得出，不管是和有效值判別相比，還是和平均值判別相比，瞬時值判別擁有的抗TA飽和性能都是最強的。雖然保護具有一定的時限性，并且電流也存在著非周期分量情況，但是這并不影響動作的精確度，相比較工頻分量判別而已，使用全電流判別更有利于抗TA飽和性能的提升。2.3 電流互感器傳變特性2.3.1 穩(wěn)態(tài)傳變特性試驗分析電流互感器的準確級對電流互感器的維護，可用來檢測電力系統(tǒng)是否在正常運轉，其輸出的精度對繼電保護、監(jiān)控裝置有著直接的影響。因此，對電流互感器的保護，最基礎的要求是要在一次電流的額定的條件下，其電流誤差不能超出所規(guī)定的誤差范圍。其具體的誤差范圍，或者說其誤差極限值。而對于暫態(tài)情況，電子式互感器與常規(guī)互感器的特性有較大的差異，當二次繞組接入額定負載，一次繞組內的電流在額定電流的限值內，其誤差不能超過誤差限值，并對電流互感器的準確級和額定準確限值系數(shù)作嚴格規(guī)定標注。舉個例子， 5p30表明電流互感器是5P水平，和額定準確限值系數(shù)為30，即兩倍的電流互感器連接到額定負載。主電流在額定電流的30倍以內范圍中，通過所還規(guī)定的可以得出，在此條件下其綜合誤差應不能超過5%。穩(wěn)態(tài)傳變特性試驗主要從電流互感器的電流誤差、相位誤差及復合誤差來分析電流互感器的穩(wěn)態(tài)傳變特性。2.3.2 暫態(tài)傳變特性試驗分析當電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時，暫態(tài)直流分量通常以指數(shù)衰減的形式存在。此刻為保證繼電保護裝置準確的運作，當電力系統(tǒng)反思故障，或是設備和故障時，繼電保護互感器此時應該發(fā)揮作用，即發(fā)生短路時，電流互感器通過將本身的一次電流變?yōu)殡p回路，將誤差保證在誤差極限值以下，從而其起到了保護。電流互感器暫態(tài)飽以及造成的電流波形畸變將都會影響繼電保護的正確動作,從而使繼電保護動作延遲，縮短保護范圍，甚至造成保護故障。在一次回路中出現(xiàn)短路現(xiàn)象時，電流就會產生分周期分量。傳輸過程中，在低等頻率和低頻分量時，需要的勵磁電流往往較大，這就嚴重消弱甚至破環(huán)了電流互感器的性能。在實際使用中，電力系統(tǒng)內的故障電流主要分為穩(wěn)態(tài)工頻和衰減直流這兩個部分，衰減直流分量的積分作用是電流互感器產生飽和現(xiàn)象的主要原因,一旦直流方向上的分量存在飽和剩磁效應的現(xiàn)象,那么它的飽和將變得更嚴重,甚至會影響到的電流傳感器。在直流分量不斷衰減，直至消失殆盡時，其中產生的勵磁電流也同時逐漸減小，最終電流互感器就脫離飽和狀態(tài)，此時形成穩(wěn)態(tài)短路電流，這就是暫態(tài)飽和特性。電流互感器暫態(tài)飽和時有3 個明顯的特征：（1）在每個周期內電流互感器在線性區(qū)與飽和區(qū)之間轉換一次。在過零點附近，一次電流線性變化時，二次電流的波形出現(xiàn)畸變現(xiàn)象。（2）在發(fā)生故障后，互感器并不會一下子飽和，其飽和過程也需要時間，那么在故障開始時，直到飽和狀態(tài)，存在一個時間差。（3）電流互感器飽和之后,其有很多高次諧波和畸變的波形,并且輸出有效值減小。2.4小結2.4 小結本章通過對不同類型互感器，從結構、原理、功能上做了分析和比較，針對不同型號電流互感器（開展了穩(wěn)態(tài)傳變性能、暫態(tài)傳變性能試驗，設計了將電流互感器串聯(lián)實驗，使得其一次電流保持相同，通過實驗進行對比，不同互感器的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)特性。并通過試驗取得的數(shù)據(jù)，結合鐵芯的結構、穩(wěn)態(tài)分量的大小、周期分量和衰減時間常數(shù)等參數(shù)對于互感器飽和特性的影響。3 結論與展望由于短路電流中剩磁和非周期分量的存在使得電流互感器飽和問題日益突出，已對繼電保護裝置的動作上的準確性產生很大的影響，而飽和性是針對于電流互感器而存在的，對其進行建模分析，進行動態(tài)控制，意義重大。本文的主要研究成果總結如下：1）研究了電流互感器的原理和結構，選取三個生產廠家的電流互感器。其中選用了4 支5P30 型電流互感器，2 支TPY型電流互感器；另外，還有1 支電子式電流互感器，2 支5P20 型電流互感器，一共9 支電流互感器。按照型號不同，分開進行試驗，分析比較了各型號電流互感器的穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)傳變特性。針對同種型號的電流互感器，隨著一次電流增加電流互感器傳變誤差增加。針對不同型號的電流互感器由穩(wěn)態(tài)傳變特性試驗結果可知：部分P 級電流互感器試品在額定準確限值一次電流下復合誤差或電流誤差超過限值要求，不同的廠家相同型號的電流互感器穩(wěn)態(tài)性能也有所不同,同一個廠家相同型號的電流互感器穩(wěn)態(tài)性能也存在著差異;穩(wěn)態(tài)傳變性能上的優(yōu)點是TPY 級電流互感器所擁有的。由暫態(tài)傳變特性試驗結果可知：暫態(tài)傳變性能也是TPY 級電流互感器自身的優(yōu)越性能之一；P 級電流互感器暫態(tài)傳變性能受故障電流穩(wěn)態(tài)分量、非周期分量及鐵芯剩磁影響，穩(wěn)態(tài)額定準確限值條件下滿足誤差限值要求的P 級電流互感器，在暫態(tài)峰值的情況下，此時的電流與低于穩(wěn)態(tài)峰值狀況相比，其擁有的電流互感器會處于一個暫態(tài)飽和的狀況，如果出現(xiàn)了再次故障，那么此時對其擁有的穩(wěn)態(tài)性能進行預測能夠通過輕重程度來進行。2）考察了對電流互感器產生飽和影響的主要因素：（1）鐵芯的結構參數(shù)，如鐵芯截面積、鐵芯飽和磁通密度。為了使飽和起始時間得到有效的增長，增加鐵芯的截面積以便使二次電流的畸變程度得到減輕。鐵芯材料不一樣，導致了鐵芯飽和磁通密度也是不一樣的。鐵芯飽和磁通密度越大，鐵芯越難以飽和。（2）對于一次電流來說，其穩(wěn)態(tài)分量的在計算上，其有效值越大，鐵芯越容易飽和。（3）一次電流非周期分量的越大，鐵芯越容易飽和。（4）一次電流對二次電流的波形也有影響，二次電流波形畸嚴重的程度，也隨著非周期分量衰減時間常數(shù)與飽和時間的逐漸增大而增大。3）電流互感器鐵芯中的剩磁。從剩磁對電流互感器飽和程度的影響來看，在首次故障時飽和效果是很小的，如果在極性方向來看，若其與短路電流是一致的，則會使鐵芯會很快達到飽和狀態(tài)。參考文獻8 余保東.電流互感器暫態(tài)分析及其實現(xiàn)高準確度的控制策略 D.華北電力大學博士學位論文，1997.9 張粒子，武晉輝，余保東等. 電力電流互感器鐵芯磁滯回環(huán)的擬合J.電力系統(tǒng)自動化，1998,22(3):6-8.10 余保東，張粒子，楊以涵等. 電流互感器鐵芯的暫態(tài)磁化模型及誤差計算J.電工技術學報，1998,13(6):25-30.15 張新剛. 保護用電流互感器飽和相關問題的研究D.華北電力大學博士學位論文，2006.16 張新剛,王澤忠,徐春麗. Preisach 理論及其在鐵心磁化過程建模中的應用. 高電壓技術, 2005,31(9): 14-17.17 張新剛，王忠澤. 基于Preisach 理論的電流互感器建模研究J.中國電機工程學報，2005,25(16):68-72.18 趙永福. 高壓電流互感器建模及其飽和對差動保護影響研究D. 北京：華北電力大學碩士學位論文，2009.19 余保東.電流互感器鐵心的暫態(tài)磁化模型及誤差計算J.電工技術學報，1998,13(6):25-30.