电流互感器的特性及其对保护的影响

1、范文最新推荐电流互感器的特性及其对保护的影响摘要电流互感器是电力系统中较为重要的高压电气 设备之一，它被广泛地应用于继电保护、电流测量和 电力系统分析应用中，其一次侧与一次系统串联，二 次侧接测量仪表与或者继电保护，为测量仪表、继电 保护等二次电气设备获取一次回路的信息。电流互感器在正常运行时，它能够准确的传变一次 系统的电流量。但由于电流互感器主要是由非线性的 电磁元件组成的，当故障发生时，非线性元件会使互 感器的铁心饱和，导致电流互感器的二次侧电流无法 真实的反映一次侧电流的变化情况。本主要对电流互 感器的稳态和暂态特性进行分析，并通过建模仿真来 观察饱和电流互感器的特性及其对电流速断和电

2、流差 动保护的影响，最后提出几种降低电流互感器饱和影 响的措施。12330关键词电流互感器稳态暂态保护建模仿真影响措施毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleThe Characteristics of Current Tansfomers and its impact on ProtectionsAbstractCurrent transformers are one kind of important high voltage electrical equipment in power system,they are widely used in relay protection、curr

3、ent measurement and analysis applications of power system. Their primary sides are connected with primary systems, and their second sides are connected with measuring instruments or protection equipments, obtaining the primary information for those second electricalequipments,such as measuringinstru

4、ments andrelay protections.When currenttransformer work in normal operation, they can transmit the current of the primary system accurately. Since a current transformer is mainly composed of nonlinear electromagnetic elements, when a fault occurs, the nonlinear elements may make the transformer core

5、范文最新推荐 saturated, and then result in that the current of the second side cannot reflect the real current changes of the primary side of the current transformer. This paper primary analysises the steady state and transient characteristics of a current transformer,then observes the characteristics of

6、a saturation current transformer and its influence on instantaneous overcurrent protection and current comparison protection by moldeling and simulating,finally recommend some methods to reduce the influence of its saturation.4.1.3电流速断保护的动作仿真284. 2电流互感器对差动保护的影响314. 2.1电流差动保护整定计算324. 2.2电流互感器对电流差动保护的

7、影响344. 2.3电流差动保护的动作仿真374. 3电流互感器对其他保护的影响424. 4降低电流互感器饱和对继电保护影响的措施43结论44致谢45参考文献461绪论近年来，随着电力技术的飞速发展，电力系统各电 气设备的额定电压和额定电流都得到大大的提高。然 而，由于电力系统是通过区域联网运行的，导致短路 电流也被大大的增加了。因此必须努力提高并且改进 高压设备的性能，使电力系统中各个电气设备都能够 满足电力系统的运行要求。在众多的电气设备中，电 流互感器是其中一种非常重要的高压设备，下面本论 文将对电流互感器及其特性对保护的影响进行研究分范玄最新推荐析。1.1电流互感器的应用与发展电流互感

8、器是按一定的比例和准确度来变换电流大 小的仪器，它由铁心、一次线圈、二次线圈、接线端 子以及绝缘支持物组成1。电流互感器在电力系统中 应用非常广泛，其主要作用有：隔离测量回路与高压 电网；将高压电网上的大电流转换为小电流供给测量 仪表或者继电保护装置。由于电流互感器对电力系统 有着不可或缺的作用，在随着时代与科技发展的同时， 电流互感器的性能也得到了改进。传统的电流互感器是电磁感应式的，它的主要优点 在于性能比较稳定，适合长期运行，并且具有长期的 运行经验。但是随着电力系统的发展，和继电保护、 电气设备自动化程度及电力系统绝缘等级的提高，还 有超高压输电网络的建设，电磁式电流互感器的缺点 已经

9、越来越明显了。它的绝缘性能、造价、精度和检 修方面上的问题逐渐满足不了电力系统的运行要求， 因此新式的电子式电流互感器出炉了，以弥补传统电磁式电流互感器的不足2。电流互感器作为配电系统中供测量和保护用的电气 设备，是供给继电保护和监控系统判别系统运行状态 的重要组件。继电保护装置的主要任务是能够在被保 护设备发生故障或者不正常工作状态下，作用于开关 跳闸或者发出警告信号。因此，需要将设备上的电流 引人保护装置，该任务一般都是由电流互感器来完成 的，即将高压电路上的大电流转换为低压回路上的小 电流，然后再送到继电器。所以，电流互感器的特性对 继电保护装置来说是非常的重要的。继电保护对电流 互感器

10、的基本要求就是电流互感器能够真实地反映一 次电流的波形，特别是在故障时，不仅要求反映故障 电流的大小，还需要反映电流的相位和波形，甚至反 映电流的变化率。因此要求电流互感器的特性能满足 继电保护灵敏度的要求。与此同时，电流互感器的准 确度与短路电流有很大关系，对于特性不良的电流互 感器，其准确度会大大降低，使继电保护不能可靠工 作6。范文最新推荐13MATLAB-Simulink的应用介绍本课题使用的系统仿真软件是 MATLAB R2007b-Simulink，它的界面友好，使用方便，并且易 于掌握。MATLAB-Simulink是一个用来进行动态系统仿真、 建模和分析的集成软件包，它不仅支持

11、线性系统的仿 真，还支持非线性系统的仿真，它既可以进行连续系 统的仿真，也可进行离散系统的仿真或者两者混合的 系统仿真，同时它还支持具有多种采样速率的系统的 仿真。Simulink比传统仿真软件包更加的直观、方便 和灵活，它充分地利用了图形窗口技术,使用户可以很 容易的用鼠标拖拉来创建线性的、离散的、连续的和 混合的模型。同时Simulink还可以和C等其他软硬件 进行数据传递，从而能够很方便地完成仿真工作。本 课题研究主要用到的是其中的SimPowerSystems模块 库。SimPowerSystems（即电力系统建模仿真工具 ）是在 Simulink环境下进行电力系统建模和仿真的工具。该

12、 模块库包含了电力系统中较常见的元器件，并且以直 观易用的图形方式来对电力系统进行模型描述。其模 型可与Simulink中其它模块相连接应用，进行一体化 系统的动态分析。SimPowerSystems的出现，为电力系 统中的发电和输变电系统，还有电力的分配计算方面 提供了强有力的解决方法。第3章进一步用Simulink建模仿真分析了电流互 感器的特性，它的特性主要分两种，一种是稳态饱和 特性，另一种是暂态饱和特性，还有一个特殊饱和情 况电流互感器二次侧开路引起的电流 互感器饱和。第4章在第3章的基础上，重点仿真分析电流互感 器饱和对电流速断保护和电流差动保护的影响，并理 论分析其对距离保护和微

13、机保护的影响，最后总结电 流互感器饱和的防治措施。2电流互感器的才既况范文最新推荐电流互感器(Current Transformer)简称CT,是利用电 磁感应原理将一次回路的大电流成正比的变换为二次 侧的小电流以供给测量仪器仪表和继电保护装置的电 气设备。普通电流互感器的结构较为简单，由相互绝缘的一 次绕组、二次绕组、铁心以及构架、壳体、接线端子 等组成。其工作原理与变压器基本相同，一次绕组的 匝数 较少，直接串联于一次系统的电源线路中；二次 绕组的匝数较多，与测量仪器仪表、继电器和变送器 等二次电气设备作为二次负荷 串联在形成闭合回路， 普通电流互感器的结构见图2.1。图2.1普通电流互感

14、器的结构图由于一次绕组与二次绕组的安培匝数相等，因此电 流互感器额定电流比为。在实际运行中，电流互感器 的负荷阻抗很小，二次绕组接近于短路状态，因此相 当于一个短路运行的变压器。2. 1电流互感器的工作原理图2.2是电流互感器的基本电路。图2.2电流互感器的基本电路为一次电流；为二次电流；为一次绕组；为二次 绕组；为负荷阻抗电流互感器的一次绕组和二次绕组是在同一磁路闭 环铁心上的。如果电流互感器的一次绕组带电而二次 绕组开路，那么电流互感器成了一个带铁心的电抗器。 电流互感器的一次绕组中的电压降会等于铁心磁通在 该绕组中引起的电动势，同时铁心磁通也会在二次绕 组中感应出相应的电动势。如果电流互

15、感器的二次绕范文最新推荐组的回路通过一个阻抗形成闭和回路，那么电流互感 器的二次回路中将产生一个电流，这个电流在铁心中 产生的磁通趋向于抵消一次绕组中电流产生的磁通。当忽略电流互感器的误差时，一次回路的电流与二次 回路电流的比值会等于二次绕组匝数与一次绕组匝数 的比值，即8。已经知道电流互感器的工作原理和普通变压器的工 作原理基本相同，即理想电流互感器两侧的额定电流 大小和它们的绕组匝数成反比，。理想电流互感器的 基本电路如图2.4所示。图2.4理想电流互感器的基本电路从上图2.4理想电流互感器的基本电路中，可以求 出一次侧磁感应强度为：(2.1)对式（2.1）的时间进行取导数，即可看出磁感应

16、强 度的变化速度与电流的变化速度成正比，如式（2.2） 所示。（2.2）此时，一次侧线圈上的感应电动势为：（2.3）由于磁感应强度的变化会在二次回路感应出相应的 电动势，此时电动势所产生的磁感应强度方向总是与 一次侧电流所产生的磁感应强度的方向相反，因此相 互抵消。（2.4）对于理想电流互感器，在没有任何损耗，也没有内 阻和负载电阻的情况下，由能量守恒定律可知，电流 互感器两侧的功率相等，即：(2.5)当 趋于0时，电流互感器即为理想电流互感器。由上式可知，越接近0,则电流互感器的一、二次 侧的电流变比误差越小。若要减小此误差，可以增大 二次线圈匝数，增大铁芯的横截面积，或者增大磁导 率，以及

17、减小二次侧阻抗值。实际的电流互感器除了有变比的误差之外，还有相 角的误差。设，取样电阻上测得的电压为，则此时测得的电流 应该是：（2.10）上式中 为二次绕组的电感值。通过上式（2.10），可作出电流互感器二次侧的向量图2.6如下:图2.6电流互感器的二次侧角差由上图2.6中可以看出，电流向量的夹角。可以得 出，二次绕组的电感值越大，则个夹角也会越大。 这个夹角，称为电流互感器的角差。2. 3电流互感器的用途为了保证电力系统的安全经济运行，必须对电力系 统各设备的运行情况进行监视控制和测量但一般的 测量仪器和保护装置是不能直接接入一次高压线路的, 而需要将一次系统的大电流按比例变换成小电流，再

18、 供给测量仪表和保护装置使用。因此电流互感器的作 用便是将一次系统高压电路上的大电流，准确地变换 为二次低压电路上的小电流，以供给测量仪表和继电 保护装置（我国规定电流互感器的二次额定电流为5A 或者1A）。此外一次线路上的电压都比较高，如果直接进行测 量是非常危险的，因此电流互感器除了变流还起到电 气隔离作用。电流互感器通过隔离高低压电路，来保 证二次电气设备和工作人员的安全，避免测量仪表和 继电保护装置直接受到电流的危害，同时也有利于测 量仪表及继电器的标准化9。在电力系统中，电流互感器为了给测量仪表、继电 保护等二次设备提供电气一次回路电流信息，其一次 侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、

19、继电保护等。所 以电流互感器又分为两种：一种是测量用电流互感器; 另一种是保护用电流互感器。测量用电流互感器的作 用是计量（计费）和测量运行设备的电流；保护用电 流互感器主要与继电保护装置配合，在线路发生短路 过载等故障时，向继电保护装置提供信号以切除故障 电路，达到保护供电系统安全的效果。本课题研究的 电流互感器主要是其特性对电力系统保护的影响，因 此属于保护用电流互感器一类。电流互感器的饱和问题是普遍存在的，其饱和情况 一般分为两类：一类是大容量短路稳态对称电流引起 的，称为稳态饱和；另一类是短路电流中含有的非周 期分量以及铁芯中存在的剩磁引起的，称为暂态饱和。 接下来将用MATLAB-S

20、imulink建模仿真，并进一步研 究分析电流互感器的饱和特性。最后得到的系统模型 图如下：图3.2电流互感器饱和特性仿真模型在上图3.2中电流互感器的系统模型中，各个元器 件的选择和参数设置及其应用方式具体如下：1）电源：使用 Simpowersystems 中 Eectrical Sources 的交流电压模块AC Voltage Source，其中电压峰值设 为，频率为，初始相角为0；2）并联电抗器：选用 Simpowersystems 中 Elements 的支路串联RLC元件Series RCL Branch作为电抗器， 其额定容量为，额定电流为，品质因素为，其中电阻值为，电感值为；

21、3）电流互感器：选择 Simpowersystems 中 Elements 的饱和 变压器Saturable Transformer，设置其额 定电流 比设为，额定容量为，一次绕组为单匝，二次绕组 为400匝，一、二次绕组中，而其铁芯损耗电阻；4）负荷阻抗： 还是用 Simpowersystems 中 Elements 的支路串联RLC元件Series RCL Branch，将它设置为 纯电阻的负载；5）断路器：采用 Simpowersystems 中 Elements 的断 路器元件Breaker，将电流互感器一次侧的断路器初始 状态设置为0，开关切换时间设置为，而将电流互感 器二次侧的断路器的初始状态设置为1，其开关切换 时间为；6）测量仪表：应用 Simpowersystems 中 Measurements 的电流测量模块Current Measurement或者电压测量模 块 Voltage Measurement，再或者万用表 Multimeter，分 别可用来测量电流、电压和磁通，磁通的基准值为，由于，因此磁通的基准值为；7）显示器：使用 Simulink 中的 Commonly Used Blocks 的示波器Scope，用来显示电流、电压或者磁通的波 形变化；31电流互感器的稳态饱和特性电流