電流互感器鐵芯飽和產(chǎn)生的原因
作者：威博特鐵芯 發(fā)布時間：2019-03-30 15:01:31 瀏覽次數(shù)： 電流互感器是用于測量電力系統(tǒng)正常運行和故障狀態(tài)下一次電流的設備，電流互感器輸出的二次側(cè)電流是電力系統(tǒng)計量設備，自動化設備，繼電保護裝置運行的基礎，二次電流輸出的準確與否，直接關系到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。在正常工作電流下，電流互感器工作在不飽和狀態(tài)，二次電流能夠正確反映一次電流的波形和幅值，為測量和保護設備提供正確的信息；但當電力系統(tǒng)發(fā)生故障，故障電流遠超過正常工作電流，特別是含有較大的非周期分量時，電流互感器將很快達到飽和，互感器無法正常傳變一次電流，二次電流幅值大大減小，造成保護裝置動作性能下降，引起繼電保護拒動或誤動。
造成電流互感器鐵芯的原因主要有以下幾方面：
第一，電力系統(tǒng)設計的電流互感器容量只考慮了當時的系統(tǒng)容量，能保證當時的條件下發(fā)生系統(tǒng)故障時互感器不飽和。然而隨著近年來系統(tǒng)規(guī)模的擴大，原來電流互感器的容量已經(jīng)不能滿足新的系統(tǒng)需求，互感器設備更新速度又跟不上，就導致不飽和的互感器在新的情況下發(fā)生飽和。第 二，電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，故障電流不僅大（有可能達到正常額定電流的幾十倍），而且含有大量的非周期分量，非周期分量的存在使鐵芯被大幅度單方向勵磁，導致電流互感器飽和。
第三，傳統(tǒng)的電流互感器由于制造工藝的限制，無法消除故障切除時互感器的剩磁，如果恰好剩磁極性同故障電流所產(chǎn)生的磁場極性相同時，也會導致電流互感器鐵芯飽和，造成電流互感器的二次電流發(fā)生畸變。
這里結(jié)合電流互感器飽和實例，介紹了電流互感器飽和的原理和過程，分析了電流互感器飽和對相關繼電保護的影響，提出了幾種減少電流互感器飽和對繼電保護影響的方法。
1、電流互感器鐵芯的飽和實例
２０１２年３月１日１０時４５分２３秒，北方某電廠第一套保護發(fā)電 機 差 動 保 護 動 作，錄 波 顯 示 發(fā) 電 機 Ｂ 相差動電流超過啟動值，發(fā)跳機指令，第二套保護運行正常。發(fā)電機差動動作時的錄波如圖１～圖４所示。事故分析，事實上當時發(fā)電機內(nèi)部無故障，也沒有發(fā)生發(fā)電機差動保護范圍內(nèi)的區(qū)內(nèi)故障。后經(jīng)仔細檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機機端電流互感器 Ｂ相至第一套保護裝置的二次線有部分松動，導致本組電流互感器的二次負載增大。
2、電流互感器鐵芯飽和產(chǎn)生的原因
電流互感器的飽和分為暫態(tài)飽和和穩(wěn)態(tài)飽和，其中暫態(tài)飽和存在的主要原因有兩個：一是故障切除后電流互感器普遍存在的鐵芯剩磁，鐵芯剩磁能使互感器在一次電流大于正常電流時很快達到暫態(tài)飽和；二是電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，短路電流中大量存在非周期分量，而電互感器是安裝工頻特性設計的，在傳變非周期分量的過程中，互感器的勵磁電流迅速增大使互感器很快達到暫態(tài)飽和。通常這種情況下的二次電流小于故障電流；穩(wěn)態(tài)飽和則是由于電流互感器設計的容量有限，發(fā)生故障時故障電流能達到幾十倍甚至上百倍的正常工作電流，此時，電流互感器已經(jīng)工作在它的飽和區(qū)域，此時電流互感器的傳變特性已經(jīng)發(fā)生改變，不能正常的反應一次電流的實際工況。無論是暫態(tài)飽和還是穩(wěn)態(tài)飽和，電流互感器的二次電流輸出都比正常值偏小。
①、電流互感器穩(wěn)態(tài)飽和特性
引起電 流 互 感 器 穩(wěn) 態(tài) 飽 和 的 原 因 是 流 過 互 感 器一次側(cè)的穩(wěn)態(tài)對稱電流，當電流大于一定值時，電流互感器二次側(cè)產(chǎn)生的電動勢也將超過一定值時，引起互感器鐵芯出現(xiàn)飽和。這種飽和情況下的二次電流波形如圖５所示，其特點是：畸變的二次電流正負半波大體對稱，呈脈沖型。因此對于反映電流有效值的保護，如過流保護和負序電流保護等，飽和將使保護靈敏度降低。對于差動保護，差電流則取決于兩側(cè)互感器飽和特性的差異。
剩磁引起電流互感器飽和
系統(tǒng)發(fā)生故障時，如果斷路器在斷開故障電流的瞬間，故障電流正好過零點，且二次回路的負荷時純電感性時，則此時對應電流互感器的二次側(cè)感應電壓為值，磁通為０，因此互感器不產(chǎn)生剩磁。而現(xiàn)在普遍 使用的微機型繼電保護裝置，保護本身的功率消耗很小，電流互感器的主要負載取決于連接電纜，因此二次回路的負載性質(zhì)為電阻性負荷。二次回路的負荷為電阻性，導致故障切除后，電流互感器中還存在大量的剩磁，并且可能接近峰值。
剩磁一旦產(chǎn)生，正常工況下不會自行消除。正常運行時，由于電流小，磁通的變化范圍不大在剩磁周圍的小磁滯回線上工作，并不影響正常運行時電流的正確傳變，如圖６所示。
一次系統(tǒng)非周期分量電流的存在對電流互感器傳變的影響嚴重，可能引起鐵芯高度飽和，具體過程分析如下：當電流互感器一次電流含有直流分量且鐵芯仍是線性而不考慮剩磁時，電流互感器勵磁電流達到的時間為：
雖然直流勵磁電流不產(chǎn)生變化磁通，但是能作為勵磁電流改變鐵芯的工況。如果非周期分量存在時間 Ｔ２長，則很容易使互感器出現(xiàn)暫態(tài)飽和，其勵磁電流的Ｉｕ的上升變化如圖７所示。電流互感器的暫態(tài)飽和過程是鐵芯磁鏈隨著一次電流非周期分量的時間積分作用而逐漸進入飽和的過程。即電流互感器一開始能夠線性傳變一次 信 息，隨 著 時 間 推 移，傳 變 特 性 越 來 越 差。該結(jié)論已被許多電流差動保護所采用。
