摘要：在电力系统中电流互感器是一个电流信号传变元件，它是应用电磁感应原理使得电流成比例的变化，从而得到二次侧的小电流。但是在运行过程中，如果磁通发生饱和，那么励磁电流会增大，这将会改变电流互感器的一二次侧电流的比例关系，从而导致二次侧电流发生畸变。近些年，我国电力系统的容量在持续增加，若变电站低压侧出线近处发生故障，则电流互感器很有可能发生饱和现象，从而使得保护继电器拒动，主变的上一级保护也发生越级动作，扩大停电范围。因此，在电力系统中如何避免因电流互感器饱和引起继电保护误动，具有十分重要的研究意义。
关键词：互感器；过饱和；电能计量
一、引言
电流互感器在电力系统中是非常重要的测量、计量和保护设备，它主要用来测量电流，把系统一次侧的大电流转变为二次侧的小电流，其二次侧的电流的准确程度将会对系统的稳定安全运行产生重要的影响[1]。而且在电力系统中电流互感器作为一、二次设备分界的标志性设备，也是继保装置运行的基础，它是常见的一次设备的信号获取元件，对继电保护设备的正常工作起到了数据采集的重要作用。电流互感器的饱和会使得二次侧的电流含有较高的谐波分量，当铁心的饱和现象发生与结束时，二次侧的电流波形会发生畸变，不再是稳定的正弦波。当电流互感器中有特别大的电流时，会产生饱和现象，造成近处短路故障时，继保装置发生拒动，并使得上一级的保护装置发生延时越级动作。如若发生这样的情况，一方面会使继电保护装置的动作失去选择性，另一方面也会由于切断故障在会使得停电范围变大，而且保护装置的延时也会导致热稳定裕量不足等更为严重的事故发生。鉴于此，研究电流互感器的饱和以及防止其发生误动、拒动等将成为一项亟不可待要解决的问题。
二、电流互感器
电流互感器是电力系统中非常重要的测量装置，主要用来测量一次侧的大电流，同时也是电力系统中二次设备如自动控制装置和继电保护装置用来获取一次侧电流的重要装置。通过在电力系统中正确的选择和配置电流电压互感器会对系统的运行以及继保装置、测量装置的准备性提供及大的保障，对于电力系统的正常运行非常重要。如果系统中的电流互感器的变比较正常值小，那么在一次侧流过的电流比较大时，会因发生饱和现象而使得电流互感器产生非线性传变电流，从而导致误差较大，超过允许的范围，电流互感器的稳态性能将不能满足要求，这会导致继保装置误操作，严重时有可能会导致电流互感器损坏[23]。因此，在电力系统中合理的选择电流互感器对于系统的正常运行以及继保装置的正确动作是非常重要的。
三、对保护用电流互感器的性能要求
1、保护装置对电流互感器的性能要求
为避免电流互感器的饱和现象对继电保护装置的动作产生影响，通常运用两种方法。
（1）互感器的选型要正确，各类参数要合适，要保证即便互感器发生饱和现象也不会对保护动作性能产生影响，最基本的要求是稳态短路电流下的误差在允许的范围内。当发生暂态饱和时，一般要根据实际情况，恰当的进行处置。
（2）对保护装置采取合适的方法来削弱饱和对其自身的影响，从而可以保证当互感器发生特定的饱和现象时，不会影响继电保护装置的性能。尤其是对于暂态饱和现象，一般应从提高保护动作的安全性、可靠性以及降低互感器的造价方面来考虑。对于通过采取措施减小饱和的影响，这将是保护装置在今后的发展趋势。
2、电流互感器类型选择原则
（1）对于保护用电流互感器一般应保证其继电保护装置的正确动作。
（2）330kV～500kV 系统保护、高压侧330kV～500kV 的变压器保护和300MW级及以上发电机变压器组中，在选用电流互感器时，一般应首先保证即便发生短路现象也不会发生暂态饱和。在这种场合下适宜运用TP 类互感器。
（3）220kV 系统保护、高压侧220kV 的变压器差动保护、100MW 级～200MW 级
发电机变压器组及大容量电动机差动保护用的电流互感器，可按照稳态短路条件计算暂态系数从而减轻暂态饱和的影响。给定暂态系数K=Kalf/Kpcf，一般在实际应用中，应根据系统运行现状和环境，按经验来确定其暂态系数的值。
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（4）110kV 及以下的系统中保护用电流互感器一般情况下应按稳态条件来选择。
（5）在母线差动保护中一般都具有抗电流互感器的暂态饱和的功能，在实际的工程中，通常按照稳态短路电流或保护装置的要求来选择合适的互感器。
（6）非直接接地系统的接地保护用互感器，可根据实际情况选择，可用由三相电流互感器构成的零序滤过器、专用的电缆式或母线式零序电流互感器。
四、具体措施
1、限制短路电流
电流互感器之所以产生饱和现象的主要原因是当系统发生故障时，其短路电流的幅值很大。因此，要想避免和削弱饱和的影响可想办法来减小其幅值。比如说对于电压等级较高的系统，可以运用分列运行从而可以减小或削弱其幅值的大小，从而改善电流互感器的饱和现象。同时由于分列运行使得系统运行的可靠性会有所削弱，所以可在系统运行时加入备用电源，从而有效的提高电力系统的可靠性。另外也可以采用串联电抗器来减小或削弱电流的幅值。
2、选型合适
在进行电气设计时，要慎重选择电流互感器的型号，那么在这个过程中，要把发生暂态饱和现象的可能考虑进去，所以按照系统发生故障的最坏情况来分析，即短路电流的幅值是最大值。在高压系统的的设计中，通常情况下会选择TPY 级电流互感器，另外电力设备容量较大时，也会按照高压系统来进行设计。在分析设计时通常不会只参照一二次电流的值来直接确定其变比，一般是按照最坏的情况来综合考虑时，即短路故障时按其电流的最大值、二次侧接负载的值和发生饱和现象时其饱和程度来综合分析选择变比。
选型时一定要考虑到当系统的短路电流值最大的时候，其暂态饱和的问题。TPY级电流互感器一般应用在高压系统中，或者是在大容量电力设备的高压侧。一般在选型时应把保护安装处有可能出现的最大的短路电流的幅值大小、电流互感器的负载大小和饱和倍数都考虑进去来确定电流互感器的变比值，而不能仅按照负荷电流的大小来确定保护级电流变比。随着科技的发展，若传感器的技术更为进步后，可考虑把电流互感器用其他类型的电流传感器来代替，从而使得系统的性能达到最好的状态。
3、减小二次负担
（1）继电保护装置尽量就地安装
在电力系统运行中，电流互感器的负荷主要是其二次侧串接电缆的阻抗，故可考虑把继保装置就地安装，这样可以减少使用电缆的长度，从而可以使电流互感器的二次侧的总阻抗减小，使得电流互感器的抗饱和能力得到改善。另外，保护装置就地安装后，还可以简化二次回路接线，提高了系统的供电可靠性。继电保护装置的就地安装方式对于其自身的要求将更为严格，特别是对于环境比较恶劣的地方和有强烈电磁干扰的地方，但是随着科技的发展，这个问题完全可以解决。
（2）减小电流互感器的二次额定电流
根据电流互感器的运行特性分析可知，其功耗和电流的平方是成正比关系的，所以若将其二次额定电流变小，那么当系统所串接的负载没有发生变化时，系统二次侧的总功耗也会相应的减小，所以电流互感器不会很容易的进入到饱和状态。
4、选择抗饱和能力强的电流互感器
当系统发生短路故障时，系统就有可能进入到饱和状态，若是短路电流中含有非周期分量，那么电流互感器就可能进入到那暂态饱和，这将对电力系统的正常运行产生一定的影响，所以通常情况下，在电流互感器的选型时，会优先考虑具有抗饱和能力的电流互感器。通常情况下，继保装置可采用电流互感器进入到饱和状态之后的参数来进行判断，比如说电流波形识别法；谐波含量判别法；时差判别法等。另外在差动保护装置中也可以通过增加附加稳定特性区来进行保护，从而使得电流互感器饱和不会引起系统发生区外故障时的误动作。
参考文献：
[1] 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.
[2] 于梦瑶，于群，史建省，等.电流互感器饱和对低压电动机保护的影响及对策[J].电力系统保护与控制，2014（18）：78-82.
论文作者:刘振龙,左益豪
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/21
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