电流互感器饱和引起的保护误动及试验方法

电流互感器饱和引起的保护误动分析及试验方法摘要：近年来，广东省内多个发电厂出现过高压厂用变压器或起动-备用变压器在区外故障时或厂用大容量电动机起动时差动保护误动作的情况。为此，介绍了通过电流互感器伏安特性试验确定其饱和特性的方法，并用试验验证了这种方法的可行性。最后提出了关于避免差动保护因电流互感器饱和而误动的措施。关键字：电流互感器饱和差动保护误动作伏安特性试验近年来，广广东省内多个个发电厂出现现过高压厂用用变压器或起起动-备用变压器器在区外故障障时或厂用大大容量电动机机起动时差动动保护误动作作的情况。究究其原因，除除个别是因为为整定值的问问题外，大多多数是因电流流互感器特性性不理想甚至至饱和而导致致的。众众所周知，设设计规程中对对电流互感器器的选型有严严格的规定，要要求保护用的的电流互感器器在通过15倍甚至是20倍额定电流流的情况下，误误差不超过5%或10%，即不出现饱饱和。而上面面提及的出现现差动保护误误动的情况，无无一例外地都都选用了保护护级的电流互互感器。经过过对几个电厂厂的大容量电电动机起动电电流的核算，最最大容量的电电动机起动时时电流大概是是变压器额定定电流的3～5倍，远达不不到电流互感感器额定电流流的15倍。那为什什么差动保护护还会因为电电流互感器饱饱和而误动呢呢？下面面就电流互感感器的工作原原理、工作特特性对保护的的影响及其检检验方法进行行探讨。1电流互感器工工作原理简述述电流互互感器的工作作原理与变压压器基本相同同，因此可以以使用变压器器的等值电路路分析电流互互感器。电流流互感器的等等值电路如图图1所示[1]。图1中，Z1为电流互感感器原方漏抗抗，Z2为电流互感感器副方漏抗抗，ZL为电流互感感器二次回路路的负载阻抗抗，其次侧的的参量。正常运行时时，漏抗Z1和Z2很小，负载载阻抗ZL也很小，而而励磁阻抗Zm因为电流互互感器铁心磁磁通不饱和而而很大。因此此，可忽略励励磁电流Im。根据磁势势平衡原理，原原、副方电流流成固定的比比例关系为其其中N1和N2分别为原、副副方绕组匝数数。当铁铁心磁通密度度增大至饱和和时，励磁阻阻抗Zm会随着饱和和的程度而大大幅下降。此此时Im已不可忽略略，即I1与I2不再是线性性的比例关系系。电流流互感器饱和和的原因有两两种[2]：一是一次次电流过大引引起铁心磁通通密度过大；；二是二次负负载（即ZL）过大，在在同样的一次次电流下，要要求二次侧的的感应电动势势增大，也即即要求铁心中中的磁通密度度增大，铁心心因此而饱和和。原、副方方绕组感应电电动势有效值值与磁通的关关系为2确定电流互互感器饱和点点的方法要研究电流流互感器的工工作特性，确确认其在保护护外部故障通通过大电流时时是否会饱和和而影响保护护动作的正确确性，可通过过一些试验方方法进行检测测。显然然，最直接的的试验方法就就是二次侧带带实际负载，从从一次侧通入入电流，观察察二次电流找找出电流互感感器的饱和点点。但是，对对于保护级的的电流互感器器，其饱和点点可能超过15～20倍额定电流流，当电流互互感器变比较较大时，在现现场进行该项项试验会有困困难。除除此之外，还还可通过伏安安特性试验测测出电流互感感器的饱和点点。如前所述述，电流互感感器饱和是由由于铁心磁通通密度过大造造成的，而铁铁心的磁通密密度又可通过过电流互感器的感应电电动势反映出出来。因此由由伏安特性曲曲线上的饱和和电压值，通通过式[3]（1）可以计算算出电流互感感器的饱和电电流。伏安特特性的试验方方法为：原方方开路，从副副方通入电流流，测量副方方绕组上的电电压降。由于于电流互感器器的原方开路路，没有原方方电流的去磁磁作用，在不不大的电流作作用下，铁心心很容易就会会饱和。因此此，伏安特性性试验并不需要加加很大的电流流，在现场较较容易实现。3试验以一一次电流互感感器的试验为为例，说明通通过伏安特性性试验确定电电流互感器饱饱和点的方法法。试验验的电流互感感器的额定变变比为300AA/5AA，二次额定定负载为0.2Ω。3.1电流互感器器变比试验用电阻约约为0.2Ω的导线短接接电流互感器器副方绕组，从从原方通入电电流并逐渐加加大直至副方方电流明显呈呈饱和状态。试试验中除测量量原、副方电电流外，同时时测量副方绕绕组的端口电电压。试验接接线如图2，其中的电电压表为高内内阻表。试验验数据见表1，图3是根据表1数据所描的的曲线。从试验数据据可知，当一一次电流达到到800A（2.67IIn）时，电流流互感器开始始饱和，此时时副方的端口口电压为3.7V。3.2电流互感感器伏安特性性试验电电流互感器原原方开路，从从副方绕组通通入电流，测测量副方绕组组上的电压降降。试验数据据见表2，图是根据据表2数据所描的的曲线。从图可知，饱饱和电动势Esat约为V。亦即该电电流互感器在在带约0.3Ω负载时，未未计电流互感感器内阻Z2，其饱和电电流倍数约为为4V/((0.3Ω×5A))=2.766。此计算的的饱和倍数与与电流互感器器变比试验的的数据是吻合合的，伏安特特性试验饱和和时的端口电电压比变比试试验的饱和电电压略高是因因为后者有电电流互感器内内阻（Z2）分压导致致的。由由上述试验可可知，通过伏伏安特性试验验找到电流互互感器的饱和和电势E2后，可由式式（1）算出饱和和电流，此时时ZL为电流互感感器二次回路路上实际的负负载阻抗，Z2可近似看成成是电流互感感器的内阻。该该内阻数据可可由生产厂家家提供，也可可按变压器短短路阻抗的试试验方法测得得。显然，对对于同样的电电流互感器参参数，负载阻阻抗越大，其其饱和电流的的倍数就越小小。4结论为了了避免变压器器差动保护的的电流互感器器在区外故障障时或大容量量电动机起动动时因电流过过大出现饱和和而导致差动动保护误动作作，除了在设设备选型上要要确保选用容容量足够的保护级电电流互感器外外，还可根据据电流互感器器的伏安特性性曲线和现场场实测的电流流互感器二次次回路负载阻阻抗计算出电电流互感器的的饱和点，以以此推算出在在最大可能出出现的穿越电流作作用下，电流流互感器是否否会饱和以及及差动保护是是否会误动作作。如计算结结果显示电流流互感器确会会因较大穿越越电流而饱和和，则应更换换更大容量的的电流互感器器，或将电流互感感