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繼電保護(hù)電流互感器飽和

介紹湛江發(fā)電廠脫硫增壓風(fēng)機(jī)CT飽和引起各種電流繼電器誤動(dòng)的原因，分析電流互感器飽和對(duì)電磁式電流繼電器、晶體管或集成電路構(gòu)成的模擬式電流繼電器和微處理機(jī)構(gòu)成的數(shù)字式電流繼電器動(dòng)作行為的影響。論述幾種防止和抗御電流互感器飽和的方法和對(duì)策，如在較高一級(jí)的電壓等級(jí)中的供電側(cè)采取分列運(yùn)行的方式以減少短路電流等。給出選擇合適的保護(hù)裝置和在新建系統(tǒng)中選擇電流互感器的一些原則。

一、引言

2008年，湛江發(fā)電廠出現(xiàn)過廠用大容量電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的情況。究其原因，除個(gè)別是因?yàn)檎ㄖ档膯栴}外，大多數(shù)是因電流互感器特性不理想甚至飽和而導(dǎo)致的。

眾所周知，設(shè)計(jì)規(guī)程中對(duì)電流互感器的選型有嚴(yán)格的規(guī)定，要求保護(hù)用的電流互感器在通過15倍甚至是20倍額定電流的情況下，誤差不超過5%或10%，即不出現(xiàn)飽和。而上面提及的出現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的情況，無一例外地都選用了保護(hù)級(jí)的電流互感器。經(jīng)過對(duì)我廠的大容量電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的核算，最大容量的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流大概是開關(guān)額定電流的3～5倍，遠(yuǎn)達(dá)不到電流互感器額定電流的15倍。那為什么差動(dòng)保護(hù)還會(huì)因?yàn)殡娏骰ジ衅黠柡投`動(dòng)呢？以下是筆者對(duì)問題的一點(diǎn)思考。二、已建成廠用系統(tǒng)中防止TA飽和的方法與對(duì)策

限制短路電流

在已建成廠用系統(tǒng)中可在較高一級(jí)的電壓等級(jí)中就采取分列運(yùn)行的方式以限制短路電流。分列運(yùn)行后造成的供電可靠性的降低可通過備用電源自動(dòng)投入等方式補(bǔ)救。在新建系統(tǒng)中短路電流過大可采取串聯(lián)電抗器的做法來限制短路電流。

增大保護(hù)級(jí)TA的變比

不能采用按負(fù)荷電流的大小確定保護(hù)級(jí)電流變比的方法，必須用保護(hù)安裝處可能出現(xiàn)的最大短路電流和互感器的負(fù)載能力與飽和倍數(shù)來確定TA的變比。增大了保護(hù)級(jí)TA的變比能夠有效的解決電流互感器特性不理想甚至飽和。湛江電廠脫硫增壓風(fēng)機(jī)6KV開關(guān)采用增大保護(hù)級(jí)TA的變比徹底解決了差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的隱患。但增大了保護(hù)級(jí)TA的變比后會(huì)給繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行帶來一些負(fù)面影響，主要是不利于TA二次回路和繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行監(jiān)視。

減小電流互感器的二次負(fù)載

1．選用交流功耗小的繼電保護(hù)裝置。電磁型的電流差動(dòng)繼電器的交流電流功耗每回路可達(dá)8VA，而微機(jī)型繼電器的交流電流功耗每回路僅0.5VA，相差一個(gè)數(shù)量級(jí)，應(yīng)選用交流功耗小的繼電保護(hù)裝置。

2．盡可能將繼電保護(hù)裝置就地安裝。TA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，大大縮短了二次電纜長(zhǎng)度，減小了互感器的負(fù)擔(dān)，避免了飽和。另外，就地安裝后，還簡(jiǎn)化了二次回路，提高了供電可靠性。就地安裝方式對(duì)繼電保護(hù)裝置本身有更高的要求，特別是在惡劣氣候環(huán)境下運(yùn)行的能力和抗強(qiáng)電磁干擾的性能要好。

3．減小TA的二次額定電流。由于功耗與電流的平方成正比，將二次額定電流從5A降至1A，在負(fù)載阻抗不變的情況下，相應(yīng)的二次回路功耗降低了25倍，互感器不容易飽和。

減小了TA的二次額定電流也會(huì)對(duì)繼電保護(hù)裝置產(chǎn)生負(fù)面影響，二次電流減小后，必須提高繼電器的靈敏度，而靈敏度和抗干擾能力是一對(duì)矛盾。對(duì)于就地安裝的繼電保護(hù)裝置，由于二次電流電纜的長(zhǎng)度很短，現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾水平又比較高，仍以選用二次額定電流為5A的互感器為好。

采用抗飽和能力強(qiáng)的繼電保護(hù)裝置

1．采用對(duì)電流飽和不敏感的保護(hù)原理或保護(hù)判據(jù)。例如，采用相位判別原理的繼電器比采用幅值判別原理的繼電器的抗TA飽和的性能要好，因?yàn)榧词乖趪?yán)重飽和狀態(tài)，正確地恢復(fù)電流的相位還是比較容易的；又如，采用負(fù)序過電流判據(jù)比采用相過電流判據(jù)的抗飽和性能要好，因?yàn)轱柡蜖顟B(tài)下剩余電流的負(fù)序分量相對(duì)于靈敏的負(fù)序電流整定值是足夠大的。當(dāng)然，負(fù)序電流保護(hù)存在著TA二次回路斷線時(shí)容易誤動(dòng)作、三相對(duì)稱故障時(shí)會(huì)拒動(dòng)、不易整定配合的缺點(diǎn)，要增加附加判據(jù)來克服。

2．采用對(duì)TA飽和不敏感的數(shù)字式保護(hù)裝置。如前所述，瞬時(shí)值判別比平均值判別或有效值判別的抗TA飽和的性能要好。對(duì)于帶時(shí)限的保護(hù)，電流的非周期分量對(duì)繼電器的動(dòng)作正確性和準(zhǔn)確性的影響不大，采用全電流判別比采用工頻分量判別的抗TA飽和性能要好。

3．有效地利用電流不飽和段的。TA在電流換向后的一段時(shí)間內(nèi)不飽和，在短路開始的1/4周期內(nèi)也不飽和，可以有效地加以利用。采用快速保護(hù)判據(jù)，在電流飽和前就正確地做出判斷是一種典型的抗TA飽和做法。采用貯能電容或無源低通濾波器對(duì)飽和電流波形進(jìn)行削峰填谷以縮小電流波形的間斷角也是一種簡(jiǎn)單有效的辦法。三、結(jié)語

為了避免差動(dòng)保護(hù)的電流互感器大容量電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)因電流過大出現(xiàn)飽和而導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，除了在設(shè)備選型上要確保選用容量足夠的保護(hù)級(jí)電流互感器外，還可根據(jù)電流互感器的伏安特性曲線和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的電流互感器二次回路負(fù)載阻抗計(jì)算出電流互感器的飽和點(diǎn)，以此推算出在最大可能出現(xiàn)的穿越電流作用下，電流互感器是否會(huì)飽和以及差動(dòng)保護(hù)是否會(huì)誤動(dòng)作。如計(jì)算結(jié)果顯示電流互感器確會(huì)因較大穿越電流而飽和，則應(yīng)更換更大容量的電流互感器，或?qū)㈦娏骰ジ衅鞫位芈返碾娎|截面加粗，以減小二次負(fù)載的阻抗，保證差動(dòng)保護(hù)的可靠性。湛江電廠脫硫增壓風(fēng)機(jī)6KV開關(guān)通過增大保護(hù)級(jí)TA的變比徹底解決了差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的隱患，并且正在運(yùn)行的斷路器和繼電保護(hù)裝置沒有更換掉因此兼顧了經(jīng)濟(jì)性。參考文獻(xiàn)：

賀家李、宋從矩，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理.第2版.北京：水利電力出版社，1985.

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（責(zé)任編輯：xy）

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