CT飽和對差動保護(hù)影響(改).doc

電流互感器飽和對發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)影響的仿真分析賈文超尹項(xiàng)根孫磊王勇（華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，武漢，430074）摘要：針對電流互感器（CT）飽和會影響發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)動作特性問題，本文利用MATLAB仿真分析了非周期分量大小、暫態(tài)電流幅值、二次負(fù)載大小對CT飽和的影響。并建立一次系統(tǒng)分析了CT飽和對發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的影響，最后提出了預(yù)防CT飽和的措施。關(guān)鍵詞：縱差保護(hù)；電流互感器；變比；飽和Influence of Current Transformer Saturation On Generator Differential Protection And Its CountermeasuresJIA Wen-chao, YIN Xiang-gen, SUN Lei, Wang Yong (College of Electrical & Electronics Engineering, Huazhong University of Science & Technology, Wuhan 430074, China)0 引言發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)簡單可靠，動作速度快，是發(fā)電機(jī)相間短路的主保護(hù)，該保護(hù)是利用短路故障時機(jī)端和中性點(diǎn)側(cè)不平衡電流實(shí)現(xiàn)的。目前大型水輪發(fā)電機(jī)均采用多分支結(jié)構(gòu)，使得機(jī)端和中性點(diǎn)CT變比不一致。由于發(fā)電機(jī)容量大，發(fā)電機(jī)機(jī)端故障時，流過CT一次側(cè)的短路電流很大，將會使兩側(cè)CT或中性點(diǎn)側(cè)CT發(fā)生飽和，影響保護(hù)動作行為。因此，本文利用MATLAB對CT特性進(jìn)行了仿真分析，分析了CT飽和對保護(hù)動作特性的影響及采用的措施。1 仿真模型利用MATLAB中的PSB模塊建立CT仿真模型。MATLAB以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)，把計(jì)算可視化程序融合到一個交互的工作環(huán)境中，可實(shí)現(xiàn)工程計(jì)算、算法研究、建模與仿真、數(shù)據(jù)分析及可視化、工程繪圖等功能。PSB模塊是針對電力系統(tǒng)可視化建模與仿真的工具，應(yīng)用它對電力系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析時，其基本步驟是從PSB模塊中選擇所需的元件，構(gòu)造出相應(yīng)的系統(tǒng)模型，填寫參數(shù)，然后進(jìn)行仿真?；贛ATLAB的電流互感器飽和模型是由飽和變壓器實(shí)現(xiàn)的，電流互感器飽和仿真原理圖如圖1所示。該模型參數(shù)包括互感器變比（2000/5）、額定容量、頻率、一次側(cè)參數(shù)、二次側(cè)參數(shù)、飽和特性等。其飽和效應(yīng)通過磁化曲線實(shí)現(xiàn)。利用交流電壓源和受控電壓源來模擬一次電流的周期分量和非周期分量。圖1 電流互感器飽和模型2 CT飽和的仿真分析取一次電流考慮非周期分量的大小，暫態(tài)電流幅值，二次負(fù)載大小對電流互感器飽和的影響。2.1 非周期分量大小對CT飽和的影響 當(dāng)短路電流幅值一定時，短路電流中非周期分量的大小與發(fā)生短路瞬間電流相位角密切相關(guān)。取電流相位角a為、時CT電流波形如圖2（a）（c）所示。(a)(b)(c)圖2 非周期分量對CT飽和的影響由圖2 可以看出：（1）非周期分量是引起電流互感器暫態(tài)飽和的主要因素。電流互感器飽和時，二次電流發(fā)生畸變，波形出現(xiàn)奇異點(diǎn)。（2）無非周期分量時，互感器直接進(jìn)入穩(wěn)態(tài)飽和。（3）非周期分量越大，互感器暫態(tài)飽和越嚴(yán)重。2.2 暫態(tài)電流幅值對CT飽和的影響 因只考慮暫態(tài)電流幅值對飽和的影響，故取非周期分量為，暫態(tài)電流幅值，時電流波形如圖（）（）所示。(a)(b)圖3 暫態(tài)電流幅值對CT飽和的影響由圖可以看出：一次電流的大小，將直接影響鐵芯的飽和程度，一次電流越大，鐵芯飽和越嚴(yán)重，對應(yīng)的飽和時間就越小，對繼電保護(hù)越不利。2.3 二次負(fù)載對飽和的影響取二次負(fù)載，時電流波形如圖（）（b）所示。（a）(b) 圖 二次負(fù)載對CT飽和的影響由圖可以看出：（1）對于純電阻負(fù)荷，如果穩(wěn)態(tài)時磁通達(dá)到峰值前已飽和，此時鐵心磁通將保持在飽和水平不再變化，磁通不再產(chǎn)生電動勢，二次電流將立即下降到零，整個一次電流用于維持鐵心在飽和狀態(tài)；鐵心將保持在該狀態(tài)直到一次電流為零。電流互感器帶電阻性負(fù)荷發(fā)生飽和時一般影響是每個半波后沿被砍去一部分。（2）當(dāng)電阻負(fù)荷增加時，鐵芯達(dá)到飽和所需要的時間變短，使得CT飽和影響加重。CT傳變特性變壞，二次波形畸變嚴(yán)重。3 CT飽和對發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的影響建立圖5所示單機(jī)無窮大系統(tǒng)，仿真CT飽和對發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的影響。圖5 單機(jī)無窮大系統(tǒng)仿真模型模型假設(shè)：只考慮CT飽和對差動保護(hù)影響，假設(shè)發(fā)生外部故障時發(fā)電機(jī)機(jī)端和中性點(diǎn)電流相等，中性點(diǎn)側(cè)電流在各分支平均分配。機(jī)端裝設(shè)CT，并將每相引出5 分支，2，3分支組合裝CT，仿真機(jī)端CT不飽和，中性點(diǎn)側(cè)CT飽和時電流波形如圖6所示。（a） CT不飽和（b） CT輕度飽和（c）CT中度飽和（d）CT嚴(yán)重飽和圖6 CT不同程度飽和波形將仿真分析的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行差分傅氏變換，代入常規(guī)比率制動判據(jù)得：（1）輕度飽和時，由于外部短路電流比較大，產(chǎn)生較大的制動電流，而差動電流較小，保護(hù)能夠正確動作。（2）中度或嚴(yán)重飽和時，產(chǎn)生很大差動電流，制動電流已經(jīng)不能滿足要求，保護(hù)誤動。4 防止CT飽和的措施4.1 提高電流互感器變比由前面仿真分析知：一次電流越大，鐵芯飽和越嚴(yán)重。提高電流互感器變比，實(shí)際上是減小外部最大短路電流倍數(shù)，降低電流互感器的飽和程度。因此，大型水輪發(fā)電機(jī)機(jī)端CT整定不按照負(fù)荷電流的大小確定保護(hù)的CT變比，而是按照保護(hù)安裝處可能出現(xiàn)的最大短路電流和互感器的負(fù)載能力和飽和倍數(shù)來確定CT變比。4.2 減小CT的二次負(fù)載由前面仿真分析知：減小二次負(fù)載，可以降低CT飽和程度。CT的負(fù)載主要是二次電纜的阻抗，將繼電保護(hù)裝置就地安裝，大大縮短二次電纜的長度，減小了互感器負(fù)載，避免了飽和。而且就地安裝后簡化了二線回路，提高了供電可靠性。減小CT的二次額定電流。由于功耗與電流平方成正比，將二次額定電流從5A降至1A，在負(fù)荷阻抗不變的情況下，相應(yīng)的二次回路功耗降低25倍，互感器不容易飽和。4.3 采用抗飽和能力強(qiáng)的保護(hù)原理針對CT飽和時制動電流減小的特點(diǎn)，采用多折線比率制動。制動曲線中，小電流區(qū)域采用較小的制動系數(shù)，大電流區(qū)域采用較大的制動系數(shù)。當(dāng)CT飽和時，制動量較大，動作區(qū)域變小，可以防止區(qū)外由于CT飽和引起的誤動。由前面仿真分析知：CT在電流換向的一段時間不飽和，因此采用采樣值差動保護(hù)也能防止由于CT飽和引起的誤動。4.4 CT飽和閉鎖飽和理論和上述仿真分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)生區(qū)外短路故障時，CT不會立即飽和，外部故障的暫態(tài)不平衡電流不會立即飽和。而發(fā)電機(jī)發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，故障開始后差動電流就很大。因此，利用差動電流出現(xiàn)時刻和故障發(fā)生時刻的不同，區(qū)分是區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障，從而有效地防止外部短路時由CT飽和引起的暫態(tài)不平衡電流造成的差動保護(hù)誤動。5 結(jié)語針對電流互感器（CT）飽和會影響發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)動作特性問題，本文利用MATLAB仿真分析了非周期分量大小、暫態(tài)電流幅值、二次負(fù)載大小對CT飽和的影響，并建立一次系統(tǒng)模型，分析了飽和對發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的影響。證明了在嚴(yán)重飽和時保護(hù)確實(shí)會誤動作。并指出了一些預(yù)防飽和的措施。參考文獻(xiàn):1 吳天明，謝小竹，彭彬. MATLAB電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析M. 北京：國防工業(yè)出版社，2004.2 張志竟，黃玉錚.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與運(yùn)行分析M.北京：中國電力出版社，19983 李海濤，電流互感器飽和對差動保護(hù)的影響及解決方案. 華北電力大學(xué)碩士論文（北京），2003，124 陳建玉，孟憲民，張振旗等.電流互感器飽和對繼電保護(hù)影響的分析及對策J.電力系統(tǒng)自動化，2000,24( 6):54-56 作者簡介：賈文超：（1984-）男，漢族，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)；尹項(xiàng)根：（1954-）男，漢族，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全穩(wěn)定控制、電力系統(tǒng)分析、運(yùn)行管理與控制；Influence of Current Transformer Saturation On Generator Differential Protection And Its CountermeasuresJIA Wen-chao, YIN Xiang-gen, SUN Lei, Wang Yong (College of Electrical & Electronics Engineering, Huazhong University of Science & Technology, Wuhan 430074, China)Abstract: The current transformer ( CT ) saturation will affect the generator differential protection greatly. This paper analyze the effect to CT saturation caused by non-cycle component、the current amplitude and the secondary load. Build a power system model and analyze the