抗电流互感器饱和电流继电器的研究与应用

1、摘要：提出了新的电流互感器饱和判据间断角饱和判别法，介绍了根据此原理研制的JLK抗饱儿电流继电器原理及实际应用，并说明该产品的应用前景。 关键词：电流互感器；间断角；JLK抗饱和电流继电器电流互感器（TA）广泛应用于电力系统，供测量及保护装置采样用。测量、保护系统根据TA二次值换算成一次侧电流值。TA工作于非饱和区时，比值误差小于l0。当TA一次电流大于额定值数十倍时，铁芯饱和，输出波形畸变，有效值减小，误差增大，电流继电器触点抖动。TA深度饱和时无输出，电流继电器不动作，会造成拒动或越级跳事故。l抗TA饱和方案目前国内外研究或应用的抗TA饱和方案：（1）波形判据法：以电流量为判别量，采用瞬时

2、值算法，对饱和电流进行波形相位比较，判别区内、区外故障。（2）局部测算法：利用过零点后23ms真实传变区采点计算，推算电流有效值。（3）基于采样值的TA饱和同步识别法与电流比相法，在TA饱和时闭镇差动保护出口躲过故障非周期分量，避免母差保护误动。（4）国外有采用中阻抗原理或“饱和发生器”抗TA饱和，避免装置在TA饱和时误动，如ABB公司及瑞典ASEA公司部分保护装置。（5）其他方案：利用速饱和变换器延时将电流送人差动回路以躲开故障电流的暂态过程来实现抗TA饱和目的；利用饱和时有较大谐波量作为TA饱和检测判别等。上述方案各有侧重，主要针对非周期暂态分量进行判别，适用于微机型母线差动保护，大多应用

3、于高压、超高压输电线路中，一般中低压输电系统中采用电流继电器作为继电保护装置的启动元件，电流继电器在TA饱和时触点抖动或拒动，由电流继电器启动的时间继电器便处于启动返回启动返回，保护无法出口跳闸，导致越级跳闸事故。目前电力系统主要从两方面着手解决中低压输电系统TA饱和问题：一是更换TA，增大变比或采用有气隙TA：二是提高TA带载能力，同时降低TA二次负载，避免TA饱和。上述方案有明显的不利之处；换TA以增大变比或采用有气隙TA，不但投资大，工作量大，停电时间长，社会效益和经济效益不佳，而且测量表计需配套更换，保护定值精度受影响（大变比TA和有气隙TA正常输出值较小）。降低TA负担只能提高饱和电

4、流值，抗饱和能力有限，因此，研制抗TA饱和电流继电器，应是理想解决方案。2JLK抗饱和电流继电器设计和组成若能开发出抗饱和电流继电器，那么，只需简单地更换电流继电器，无需更换TA即可解决TA饱和问题。这样既可节约资金，减少工作量，又不会降低保护测量精度，无需更换测量表计系统，更重要的是可大大减小停电时间，具有很好的经济效益与社会效益，这是最受用户欢迎的技术方案。21电流互砬器特性分析等效电路见图l。正常时，励磁阻抗很大，IU近似为零；铁心饱和时，U2减小，ZU减小，IU增大，误差增加；铁心深度饱和时，全部流人励磁回路，TA无输出。TA饱和时，一、二次电流的波形如图2。TA饱和后，二次电流波形有

5、如下特征：（1）饱和电流含大量高次谐波，波形畸变，输出有效值减小;（2）二次阻抗越大，TA负荷越大，TA越容易饱和；（3）饱和时，TA输出几乎为零（图2中BC、EF段），可视作问断点。深度饱和时，过零点前移，间断角增大（从36。左右增至126。）；（4）每次过零点时，TA退出饱和，过零点后23ms内仍有一段真实传变区（图2中SA、CD段）。TA饱和波形图中的SA、CD段表明TA未饱和，输出为正弦波，随着一次电流的增大，磁密增加，导磁系数减小，励磁阻抗减小，励磁电流增加，铁心趋于饱和；当电流进一步增加时，磁通密度达到饱和值，导磁系数极小，励磁阻抗接近零，一次电流全部流人励磁回路，TA无输出（图2

6、中的AB、DE段）。BC、EF段表明；当一次电流由最大值逐渐变小，但还没有改变方向，仍维持铁心饱和所需励磁电流，TA仍处于饱和状态。直到励磁电流改变方向，铁心才退出饱和，TA二次电流又可真实传变一次电流，如图2中CD、FG段，直到下一次饱和。22间断角饱和识别法是通过TA饱和波形的测试与特征分析，提出的一种新的TA饱和鉴别方法。当检测出渡形存在间断角时（输出几乎为零的BC、EF段）即认为TA饱和判据成立。基于此原理，我研制成功的JLK抗饱和电流继电器具有如F功能：正常时，TA输出正弦波电流，此时，抗饱和电流继电器与常规电流继电器特性一致，当激励量大于整定值时动作出口，动作依据：TA二次电流有效

7、值。定值精度：整定误差小于3，饱和时，TA输出畸变饱和波形，此时抗饱和电流继电器能正确识别出TA饱和并出口动作。动作判据：TA饱和间断角特征判据。定值精度：不要求，因为饱和时TA一次电流超过额定值几十至几百倍，远远大于动作定值。23JL-K抗饱和电流继电器电路组成以现有JI电流继电器为基础，另增设TA饱和判别回路，两者分别完成TA不饱和与饱和时故障判别并通过逻辑或驱动出口。TA饱和判别回路包括：（1）鏊幅闭锁电路：当电流幅值较小，不会导致TA饱和时，将TA饱和判别回路退出，电流大于阈值时才投入。（2）饱和特征甄别电路：用于甄别过零点与问断角，输出真实饱和判据。（3）脉冲展延电路：确认饱和判据，

8、防止脉冲干扰误判，（4）EMI抗干扰电路：截止并吸收窄尖峰干扰脉冲，对传导干扰有很强的抑制作用。（5）上电、断电暂态过程押制电路：在电源升降的暂态过程中，给台逻辑电路逻辑关系不确定。该电路可使组台逻辑电路避开暂态过程，确保逻辑关系正确可靠。TA饱和判别回路对饱和波形问断角进行检测，当检测出饱儿波形存在36。126。问断角时（相应于TA饱和值约几十200倍额定电流），即认为饱和判据成立，立即驱动出口。从JLK抗饱和电流继电器原理可看出：饱和程度越深，饱和特征越明显，动作越可靠，其抗饱和能力没有上限。为便于用户使用，JLK抗饱和电流继电器的外部安装足寸及引脚定义与原有DL系列、JL系列电流继电器相

9、同，可直接代换。3JLK抗饱和电流继电器的动模试验与应用根据本设计方案研制的样机，经浙江省电力试验研究所测试，各指标达到设计要求：正常时，抗饱和电流继电器与常规电流继电器特性一致，整定误差小于3；中度饱和且有效值小于整定值时。抗饱相流继电器能正确识别出TA饱和，出口准确动作。深度饱和时。有效值小于整定值。抗饱和电流维电器出口正确动作。抗饱和性能稳定可靠。并通过了4kV快速瞬变干扰试验。共模差摸干扰试验及辐射电磁场干扰试验。在金华电业局应用现场进行的抗饱和动模对比试验中，利用录渡仅记录观察。JI一K型坑饱和电流继电器在TA中度、深度饱和时始终动作正确。而对照组DI，电流继电器在十几倍额定值时即已不能正确动作。经过省中试所型式试验和用户现场试验。证明JL-K抗饱和电流继电器抗饱和性能稳定可靠，现已威功地批量应用于金华电业局、萧山电业局等单位。相比于更换TA，换JLK型抗饱和电流继电器无疑更省时省工省力，并节约投资。以一个地区级供电局为例。若以更换TA500只计，连同测量表计配套改造投资约200万。这尚且不饱施工投入及停电造成的损失，若仅更换抗饱和电流继电器所需资金不足50万。节约资金34。且轻松便捷同时