CT饱和对差动保护影响改

1、电流互感器饱和对发电机纵差保护影响的仿真分析贾文超尹项根孙磊王勇（华中科技大学电气与电子工程学院，武汉，430074）摘要：针对电流互感器（CT）饱和会影响发电机纵差保护动作特性问题，本文利用MATLAB仿真分析了非周期分量大小、暂态电流幅值、二次负载大小对CT饱和的影响。并建立一次系统分析了CT饱和对发电机纵差保护的影响，最后提出了预防CT饱和的措施。关键词：纵差保护；电流互感器；变比；饱和Influence of Current Transformer Saturation On Generator Differential Protection And Its Countermeasur

2、esJIA Wen-chao, YIN Xiang-gen, SUN Lei, Wang Yong (College of Electrical & Electronics Engineering, Huazhong University of Science & Technology, Wuhan 430074, China)0 引言发电机纵差保护简单可靠，动作速度快，是发电机相间短路的主保护，该保护是利用短路故障时机端和中性点侧不平衡电流实现的。目前大型水轮发电机均采用多分支结构，使得机端和中性点CT变比不一致。由于发电机容量大，发电机机端故障时，流过CT一次侧的短路电流很

3、大，将会使两侧CT或中性点侧CT发生饱和，影响保护动作行为。因此，本文利用MATLAB对CT特性进行了仿真分析，分析了CT饱和对保护动作特性的影响及采用的措施。1 仿真模型利用MATLAB中的PSB模块建立CT仿真模型。MATLAB以矩阵运算为基础，把计算可视化程序融合到一个交互的工作环境中，可实现工程计算、算法研究、建模与仿真、数据分析及可视化、工程绘图等功能。PSB模块是针对电力系统可视化建模与仿真的工具，应用它对电力系统进行仿真分析时，其基本步骤是从PSB模块中选择所需的元件，构造出相应的系统模型，填写参数，然后进行仿真。基于MATLAB的电流互感器饱和模型是由饱和变压器实现的，电流互感

4、器饱和仿真原理图如图1所示。该模型参数包括互感器变比（2000/5）、额定容量、频率、一次侧参数、二次侧参数、饱和特性等。其饱和效应通过磁化曲线实现。利用交流电压源和受控电压源来模拟一次电流的周期分量和非周期分量。图1 电流互感器饱和模型2 CT饱和的仿真分析取一次电流考虑非周期分量的大小，暂态电流幅值，二次负载大小对电流互感器饱和的影响。2.1 非周期分量大小对CT饱和的影响 当短路电流幅值一定时，短路电流中非周期分量的大小与发生短路瞬间电流相位角密切相关。取电流相位角a为、时CT电流波形如图2（a）（c）所示。(a)(b)(c)图2 非周期分量对CT饱和的影响由图2 可以看出：（1）非周期

5、分量是引起电流互感器暂态饱和的主要因素。电流互感器饱和时，二次电流发生畸变，波形出现奇异点。（2）无非周期分量时，互感器直接进入稳态饱和。（3）非周期分量越大，互感器暂态饱和越严重。2.2 暂态电流幅值对CT饱和的影响 因只考虑暂态电流幅值对饱和的影响，故取非周期分量为，暂态电流幅值，时电流波形如图（）（）所示。(a)(b)图3 暂态电流幅值对CT饱和的影响由图可以看出：一次电流的大小，将直接影响铁芯的饱和程度，一次电流越大，铁芯饱和越严重，对应的饱和时间就越小，对继电保护越不利。2.3 二次负载对饱和的影响取二次负载，时电流波形如图（）（b）所示。（a）(b) 图 二次负载对CT饱和的影响由

6、图可以看出：（1）对于纯电阻负荷，如果稳态时磁通达到峰值前已饱和，此时铁心磁通将保持在饱和水平不再变化，磁通不再产生电动势，二次电流将立即下降到零，整个一次电流用于维持铁心在饱和状态；铁心将保持在该状态直到一次电流为零。电流互感器带电阻性负荷发生饱和时一般影响是每个半波后沿被砍去一部分。（2）当电阻负荷增加时，铁芯达到饱和所需要的时间变短，使得CT饱和影响加重。CT传变特性变坏，二次波形畸变严重。3 CT饱和对发电机纵差保护的影响建立图5所示单机无穷大系统，仿真CT饱和对发电机纵差保护的影响。图5 单机无穷大系统仿真模型模型假设：只考虑CT饱和对差动保护影响，假设发生外部故障时发电机机端和中性

7、点电流相等，中性点侧电流在各分支平均分配。机端装设CT，并将每相引出5 分支，2，3分支组合装CT，仿真机端CT不饱和，中性点侧CT饱和时电流波形如图6所示。（a） CT不饱和（b） CT轻度饱和（c）CT中度饱和（d）CT严重饱和图6 CT不同程度饱和波形将仿真分析的电流数据进行差分傅氏变换，代入常规比率制动判据得：（1）轻度饱和时，由于外部短路电流比较大，产生较大的制动电流，而差动电流较小，保护能够正确动作。（2）中度或严重饱和时，产生很大差动电流，制动电流已经不能满足要求，保护误动。4 防止CT饱和的措施4.1 提高电流互感器变比由前面仿真分析知：一次电流越大，铁芯饱和越严重。提高电流互

8、感器变比，实际上是减小外部最大短路电流倍数，降低电流互感器的饱和程度。因此，大型水轮发电机机端CT整定不按照负荷电流的大小确定保护的CT变比，而是按照保护安装处可能出现的最大短路电流和互感器的负载能力和饱和倍数来确定CT变比。4.2 减小CT的二次负载由前面仿真分析知：减小二次负载，可以降低CT饱和程度。CT的负载主要是二次电缆的阻抗，将继电保护装置就地安装，大大缩短二次电缆的长度，减小了互感器负载，避免了饱和。而且就地安装后简化了二线回路，提高了供电可靠性。减小CT的二次额定电流。由于功耗与电流平方成正比，将二次额定电流从5A降至1A，在负荷阻抗不变的情况下，相应的二次回路功耗降低25倍，互

9、感器不容易饱和。4.3 采用抗饱和能力强的保护原理针对CT饱和时制动电流减小的特点，采用多折线比率制动。制动曲线中，小电流区域采用较小的制动系数，大电流区域采用较大的制动系数。当CT饱和时，制动量较大，动作区域变小，可以防止区外由于CT饱和引起的误动。由前面仿真分析知：CT在电流换向的一段时间不饱和，因此采用采样值差动保护也能防止由于CT饱和引起的误动。4.4 CT饱和闭锁饱和理论和上述仿真分析发现，当发生区外短路故障时，CT不会立即饱和，外部故障的暂态不平衡电流不会立即饱和。而发电机发生区内故障时，故障开始后差动电流就很大。因此，利用差动电流出现时刻和故障发生时刻的不同，区分是区内故障还是区

10、外故障，从而有效地防止外部短路时由CT饱和引起的暂态不平衡电流造成的差动保护误动。5 结语针对电流互感器（CT）饱和会影响发电机纵差保护动作特性问题，本文利用MATLAB仿真分析了非周期分量大小、暂态电流幅值、二次负载大小对CT饱和的影响，并建立一次系统模型，分析了饱和对发电机纵差保护的影响。证明了在严重饱和时保护确实会误动作。并指出了一些预防饱和的措施。参考文献:1 吴天明，谢小竹，彭彬. MATLAB电力系统设计与分析M. 北京：国防工业出版社，2004.2 张志竟，黄玉铮.电力系统继电保护原理与运行分析M.北京：中国电力出版社，19983 李海涛，电流互感器饱和对差动保护的影响及解决方案

11、. 华北电力大学硕士论文（北京），2003，124 陈建玉，孟宪民，张振旗等.电流互感器饱和对继电保护影响的分析及对策J.电力系统自动化，2000,24( 6):54-56 作者简介：贾文超：（1984-）男，汉族，硕士研究生，研究方向为电力系统继电保护；尹项根：（1954-）男，汉族，教授，博士生导师，主要从事电力系统继电保护及安全稳定控制、电力系统分析、运行管理与控制；Influence of Current Transformer Saturation On Generator Differential Protection And Its CountermeasuresJIA Wen-

12、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 th