关键字：电流互感器；饱和特性；继电保护；对策
1、研究背景
近年来，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，无法正确传变故障电流，从而使得保护继电器拒动，主变的上一级保护会发生越级动作跳闸。这样一来，一方面是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。造成电网动荡，危害电力设备的健康稳定运行，也给相关专业电力人员带来极大的工作量。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须要解决的问题。
2、电流互感器的饱和特性
电流互感器是根据电磁感应原理制作而成的，通常电流互感器的饱和分为两种，一是稳态饱和，二是暂态饱和。稳态饱和是指当发生故障时，其一次电流值会比较大，电流互感器的铁心就会进入到饱和状态，使得一二次侧电流无法按正常线性传变。而暂态饱和是指由于发生故障使得电流互感器的的电流中包含大量的非周期分量从而致使其铁心进入到了饱和状态。之所以会发生暂态饱和的现象是因为：一是若系统发生故障，那么消除故障后电流互感器的铁心中仍然会有剩磁，这部分磁通就会使得互感器的一次侧电流超过正常电流时，迅速进入到暂态饱和；二是由于当系统有短路现象发生时，电流中就会包含大部分的非周期分量，互感器本身也是一种变压器，所以运行中其励磁电流的迅速增大会使互感器进入到暂态饱和状态。
图1、CT饱和典型波形图
3、电流互感器的饱和对10kV线路继电保护的影响
3.3.1 10kV线路的保护配置情况
10kV线路通常配置电流速断保护、过电流保护、零序电流保护。一般 10kV线路属于单电源辐射性网架,而且一条线路所带分支较多,随着农村电网的改造, 10kV电网的保护水平有了很大提高,大大减轻了变电所 10kV出线保护对该级电网的远后备的负担,所以,配置二段式电流保护足以满足要求。 第一段是瞬时电流速断保护，动作时限是 0s，第二段是定时限过电流保护，动作时限为 0.5-0.8s。瞬时电流速断保护，在最大运行方式下，躲本线路末最大三相短路电流来整定。 定时限过电流保护， 其起动电流按躲过最大负荷电流来整定。
3.3.2 电流互感器严重饱和对电流保护的影响
通常情况下使用以下公式来判断继电保护装置是否动作：
IJ ＞ Idz.J （1-1）
式中为 IJ 是发生短路时，流入电流继电器的短路电流的二次值，Idz.J 是所选用的电流继电器的整定值。当电流互感器发生饱和之后，流过继电器的短路电流二次值就会变小，通过式（1-1）可以看出，这可能会使得电流保护发生拒动作。对于带时限的过流保护来说，
由于电流继电器的整定值 Idz.J 会很小，所以一般是没有这种现象出现的。然而对于电流速断保护来说，此值却比较大，所以很容易表现出饱和特性。
如果在保护区内发生两相短路故障的情况下，假如短路电流中的非周期分量非常大时，就会导致电流互感器发生短暂的饱和状态，而保护装置里所采集到的短路电流将比实际的电流小很多，这样就有可能达不到保护的动作值，只有等到非周期的分量减弱后，电流互感器恢复到线性转变，保护才能正常动作。如图2所示故障时刻电流波形严重饱和失真。
图2.两相短路故障时电流波形
如果在保护区内发生三相的短路故障时，由于在三相的电流中，总会有一相电流的非周期分量相对较小，该相电流一般情况下，电流互感器不会发生饱和情况，该相故障电流与实际电流非常接近。所以，保护区内的三相短路时电流速断保护不受到电流互感器暂态饱和的影响。因此，在电流保护区域内，电流保护通常只会受到两相短路时造成的电流互感器暂时性饱和的影响而不会受到三相短路影响。
4、应对电流互感器饱和的措施
4.1.1 限制短路电流
因为短路电流的幅值作为电流互感器饱和的一个组成元素，为了避免电流互感器出现的饱和情况，可以对短路电流进行限制。限制系统短路电流的办法有采用系统分列运行、串联电抗器，对于已经建成的电力系统，我们尽量采用多分列的运行方式来达到降低系统故障的短路电流，由于电力系统的分列运行会降低运行的可靠性，在分列运行的同时投入电源自动投入装置，以达到增加系统可靠性的目的。
4.1.2 选型合适
在进行电气设计时，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。
4.1.3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，还可以简化二次回路接线，提高了系统的供电可靠性。
（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。
5、结语
电流互感器的特性不同，对于电流互感器饱和对继电保护影响要根据具体的原因和情况采取不同的对策。当前我国对于相关问题的预防和解决已经取得了一定程度上的进步，大体上避免了电流互感器饱和和继电保护故障相互影响制约的恶性循环，并能够找出故障发生的原因采取具体的可行性措施。我国电力行业应当继续致力于研究减少继电保护影响的对策，从根本上提高供电的稳定性，为人们的生产生活和国家经济发展提供有力的电力保障。
参考文献
[1]玉溪电网继电保护及安全自动装置运行备忘录（2019年）
[2]周红.继电保护受电流互感器饱和的影响和防误动措施[J].中国高新区,2017(07):94.
论文作者:付翠莲
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/12
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