电磁式电流互感器饱和特性研究 电网学专业.doc

题 目 电磁式电流互感器饱和特性研究 摘要 电磁式电流互感器是一种以电磁感应原理为基础，具有励磁特性，这种励磁特性是非线性的，能够变换电流并且普遍应用于电力系统中。当出现较大故障电流时，特别是非周期性成分和铁芯的剩余磁性，会导致明显的磁饱和励磁电流增加，从而使得电流互感器性能下降，这是由于继电器针对两次电流畸变而产生的保护作用而导致的。互感器是测量用的变压器，又称仪用变压器，多数是应用在扩大仪表的测量范围，也分为电压互感器和电流互感器两种。测量大电流时，因导线周围产生的磁场会对仪表带来附加影响，故不能采用直接式电流表，用分流器来扩大量限时，分流电阻的功耗颇大，故通常用电流互感器来扩大电流表的测量。电流互感器是工作于低磁感应强度的铁芯变压器。由原、副绕组绕在铁芯上构成，而副绕组匝数很多，所接电流表内电阻很小。所以电流互感器实质上是一个短路运行的升压变压器，是一种将大电流转换为小电流的升压变压器。电流互感器在工作时，由于电磁的影响会对电网工作产生较大的影响。 关 键 词：电流互感器 传变特性 饱和特性 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 characteristic III 目录 摘要 II 1 前言 1 1.1 课程题目的探讨 1 1.2 课题研究现状 2 1.3 论文主要内容 2 2电流互感器 4 2.1 电流互感器的结构 4 2.1.2 电流互感器的原理 7 2.2 电磁式电流互感器存在的问题 9 2.2.1 电磁式电流互感器存在的缺陷 9 2.2.2电流互感器饱和对继电保护的影响 10 2.2.3防止电流互感器饱和的方法与措施 11 2.3 电流互感器传变特性 12 2.3.1 稳态传变特性试验分析 12 2.3.2 暂态传变特性试验分析 12 2.4 小结 13 3 结论与展望 14 参考文献 15 1 前言 1.1 课程题目的探讨 电力工业是国家发展支柱行业，与国民经济健康发展息息相关。从社会利益而言，电网的安全和经济运行意义重大。近年来，国家支持电力系统的发展，对其投入大量的资金、人力，但安全问题是悬挂在电力系统上的一把利剑，特别是电力系统规模在不断发展壮大，从而是维护与检测成为重中之重，如何稳定、安全、经济的运行电力系统，是值得思考的问题。 作为最基本的电气设备之一，电流互感器可以实时测量负载和故障电流。电力系统的安全可靠运行，与电流互感器在准确度与可靠性上具有很强的依赖性；在电力测量、电力监控和继电保护等领域，电流互感器凭借其独特性能有广泛的应用。 对一次电流的真实响应，是继电保护对电流互感器的基本要求。在面对故障电流之时，对电流互感器的要求是要及时且正确反应故障电流的大小、相位和波形。电磁式电流互感器是一种核心耦合，且以电磁感应原理为基础，具有非线性的励磁特性，能够变换电流并且普遍应用于电力系统中，当出现较大故障电流时，特别是非周期性成分和铁芯的剩余磁性，会导致明显的磁饱和励磁电流增加，从而使得电流互感器性能下降，这是由于继电器针对两次电流畸变而产生的保护作用而导致的。据有关资料显示，如宁夏电网和西北电网220kV及以上电网电流互感器均以P 级为标准配置，总数量在10000 支以上。其中以最大稳态短路电流来确定P 类电流互感器，稳态饱和在一定的范围内是可行的，保护装置本身会产生暂态饱和，这样会导致误差产生；非周期性电流分量是电路系统出现问题时或不正常运转时，所产生故障电流而导致的，在这种情况下，暂态饱和会消减传变特性，使得继电器常常发生保护误动。如2010 年11月17 日19 时20 分，徐家庄330kV 变电站内发生A 相TA 一次绝缘击穿和母线接地故障，川徐I 线第二套主保护在I 母线A 相接地故障时，差动保护动作。鉴于此电流互感器性能下降，会导致电网保护出现误启动，从而影响电网线路正常工作，造成较大的经济损失。 短路电流也伴随着系统规模的日益发展，系统短路电流水平不断攀升。发生的几率在不断的增加，饱和问题愈来愈严重，尤其是电磁式电流互感器经常性的影响继电器的正常工作，产生十分不利的影响。因此，对其饱和特性方面进行研究是十分必要的。在研究电流互感器饱和特性的方法和手段中，采用物理试验是最直接和有说服力的，但是这种方法成本高，可重复性和可控制性较差，而且由于是大电流试验，所以存在较大的危险性。而采用计算机建模仿真则是一种即经济有高效的方法和手段。由于电流互感器模型和实际电流互感器的传变性能必然会在存在一定的偏差，所以如何建立一个能够很好地模拟实际电流互感器传变特性的电流互感器模型已成为当务之急，因此，研讨电磁式电流互感器的构建是非常有价值的。 1.2 课题研究现状 在电流互感器传变特性和饱和特征研究方面，关于电流互感器饱和特性，国内外已有了相关研究，重点是如何绘制电流互感器铁磁回路曲线，常用的方法为数值分析法和现场试验法，但研究成果大多停留在稳态状况下，主要存在以下问题： 1）数值分析法能够绘制电流互感器的普通磁滞回线，并通过人工神经网络对局部（暂态）磁滞回路曲线进行拟合，但该方法目前仍不成熟，不能建立更为精确的电流互感器暂态模型。 2）现场试验方法可对电流互感器的测量误差进行检测，间接地分析电流互感器的饱和特性，但其常用的10%误差特性曲线法的试验电流远小于一次侧发生短路时的电流，因此该方法不能分析电流互感器的暂态传变特性。 3）对电流互感器在实际大电流，特别是含暂态非周期分量大电流的传变特性研究较少。继电保护的可靠性和故障诊断的准确性受电流互感器的暂态传变特性影响较大，当一次侧出现含较大非周期分量的暂态故障电流时，P级电流互感器将过饱和，其二次波形失真严重。 4）对差动保护两侧电流互感器的传变一致性研究不足。以变压器差动保护为例，两侧所配电流互感器的变比、准确级、额定容量的不同都会导致其在暂态大电流条件下传变特性的不一致，造成区外故障误动作时有发生。除此之外，还存在不同厂家电流互感器的负载大小、工况条件、铁磁材料的老化差异，对互感器饱和特性的影响程度不尽相同，对互感器传遍特性的研究也造成了困难。 1.3 论文主要内容 现有文献中专门针对电磁式电流互感器饱和特性和建模技术开展的研究工作还不多，本文围绕相关的问题进行了全面的分析和研究，主要开展了如下工作： 1）对电磁式电流互感器的稳态与暂态传变特性两方面进行分析研究，并且在研究其特性的同时以及分析产生饱和的原因，为研究电磁式电流互感器的建模方法打下基础。 2）电磁电流互感器模型分为JA模型和卢卡斯模型，基于电力系统电磁暂态仿真软件PSCAD；且在建模理论、建模方法和仿真结果上应用普遍，分析研究了基于RTDS 的电流互感器模型的建模方法，应用于继电保护测试领域。并与实际电流互感器二次侧电流波形做了对比，研究了模型的仿真准确度。 （3）构建了基于磁化轨迹随时监控的电磁式互感器的数字模型。对磁化轨迹等建立模型，并进一步分析建模方面的基本原理；磁核心的弹道特征，测定磁化轨迹的方法及其表达方法等构成了核心磁化模型建立的全过程，通过铁心磁化模型，将全电流方程与电磁感应方程进行耦合，并得出一定的优化结果；然后，计算出数字模型上的流程图，并以此为依据，分析了电磁式电流互感器的磁流变轨迹，并进行仿真，通过对两种电流波形进行仿真模拟，验证结果的正确性。最后，比较了本文提到的几种模型所需的参数和仿真结果，为读者在使用这几种模型时提供了直观的参考。 17 2电流互感器 2.1 电流互感器的结构 1、普通电流互感器结构原理 　    电流互感器的结构相对而言比较简单,通常情况下包含了壳体、一次绕组，还有铁心与接线端子等等。观察变压的具体结构，我们能发现，电流互感器与其在很大程度上具有相似性，只是电流互感器中使用的一次绕组使用的具体匝数低于变压器，用(N1)来表示，并且该构件一般都是与电源线路进行非间接性的连接，如果有一次负荷电流()流经，那么这个时候的交变磁通