摘要：针对330 MW亚临界空冷燃煤火力发电机组，分析直流分量衰减过程未结束情况下的短路电流以及电流互感器的暂态工作过程，揭示影响电流互感器准确度的因素以及电流互感器对保护装置正确动作的影响，提出改进优化措施。结果表明，用于保护的电流互感器应满足在短路故障状态下，仍然能够将所在回路的一次电流传变到二次回路，且误差不超过允许值，误差不致影响保护可靠动作。为保证在剩磁条件下，准确传变非同期短路电流分量，电流互感器在暂态过程中，所需剩磁可能是等值对称短路电流的几倍至数十倍数，需大幅增加电流互感器铁芯面积和造价。电流互感器的优化提升策略包括选择适当类型和参数的电流互感器、保护装置采取抗饱和措施、采用具有速饱和铁芯的差动保护、采用60～65°的励磁涌流波形之间间断角、利用制动比为15～20%的二次谐波制动、适当增大保护动作电流、增设平衡线圈、利用平衡系数。
关键词：燃煤火力发电机组；短路电流；电流互感器；直流分量；励磁涌流
1引言
电流互感器是继电保护装置中的重要设备，将数值较大的一次电流通过一定的变换比，转换为数值较小的二次电流，用于保护和测量等用途[1-3]。电流互感器的质量、性能直接决定着保护装置能否正确动作[2-4]。当短路电流中含有直流分量时，直流分量会随时间以一次衰减时间常数衰减。电压等级越高，线路阻抗角越大，L/R常数就越大，直流分量在短路电流中存在的时间就越长[3-6]。
随系统容量的增加和短路电流的提高，要求电流互感器的变比越来越大，特别是在变压器的低压侧[3-5]。电流互感器随变比的增加，投资增大，而且运行过程中容易出现TA饱和以及保护不能正确动作的现象[4-6]。因此，有必要分析直流分量还未衰减至零之前，电流互感器的暂态工作过程以及这个过程对继电保护的影响，提出继电保护的对策。
本研究拟针对燃煤火力发电机组，分析直流分量衰减过程未结束情况下的短路电流以及电流互感器的暂态工作过程，揭示影响电流互感器准确度的因素以及电流互感器对保护装置正确动作的影响，提出改进优化措施。本文的分析有助于了解影响电流互感器的因素以及电流互感器用于保护功能时的性能要求，通过选择合适的一次参数和二次参数，减少电流互感器暂态饱和现象对保护装置的不良影响。
2电流互感器的性能和影响因素
用于保护的电流互感器应满足在短路故障状态下，仍然能够将所在回路的一次电流传变到二次回路，且误差不超过允许值。当保护区内出现一般故障时，要求电流互感器的误差不致影响保护可靠动作。当保护区外出现最严重故障时，要求电流互感器误差不会导致保护误动或无选择动作。电流互感器的铁芯饱和是影响其性能的最重要因素。
在短路电流为稳态对称且无非同期分量时，影响电流互感器饱和因素包括短路电流幅值、包括互感器二次绕组的二次回路阻抗、电流互感器的工频励磁阻抗和电流互感器的匝数比等。
在实际的短路暂态过程中，短路电流可能存在非同期分量，互感器可能存在剩磁，这些因素将严重影响电流互感器的饱和。为保证在剩磁条件下，准确传变非同期短路电流分量，电流互感器在暂态过程中，所需剩磁可能是等值对称短路电流的几倍至数十倍数，需大幅增加电流互感器铁芯面积和造价。
3电流互感器的硬件配置要求
电流互感器的硬件配置要求包括：
（1）电流互感器二次绕组的数量、类型和准确等级应满足继电保护装置和测量仪表的要求，避免出现主保护的死区。接入保护的互感器二次绕组分配，应避免当一套保护停用时，出现被保护区内故障时的保护动作死区。
（2）对中性点有效接地系统，电流互感器可按三相配置，对中性点非有效接地系统依具体情况按两相或三相配置。
（3）当配电装置采用一个半断路器接线时，对独立电流互感器宜配置三组，每组的二次绕组数量按工程需要确定。
（4）继电保护和测量仪表宜采用不同二次绕组供电，若受条件限制须共用一个二次绕组时，其性能应同时满足测量和保护的要求，且接线方式应避免仪表校验时影响继电保护工作。
（5）在使用微机保护的条件下，各类保护宜共用二次绕组，以减少互感器二次绕组数量，但一个元件的两套保护互为备用的主保护应使用不同的二次绕组。
（6）电流互感器的二次绕组不宜进行切换，当需要时，应采取可靠的防止开路的措施。
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4一次和二次参数的选择
一次参数的选择要求包括：
（1）电流互感器应根据其所属一次设备的额定电流或最大工作电流，选择适当的额定一次电流，额定一次电流的标准值为：10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、70以及它们的十进位倍数或小数。
（2）电流互感器的额定连续热电流、额定短时热电流和额定动稳电流应满足所在一次回路的最大负荷电流及短路电流要求。当互感器一次绕组可串，并切换时，应按其接线状态下的实际短路电流，进行额定短时热电流和动稳电流校验。
（3）选择额定一次电流时，应使得在额定变电流比条件下的二次电流，满足该回路测量仪表和保护装置准确性要求。
（4）为适应不同要求，某些情况下在同一组电流互感器中，保护用二次绕组与测量用二次绕组可采用不同变比。
二次参数的选择要求包括：
（1）二次电流的选择，电流互感器额定二次电流有1 A和5 A两类。当配电装置距离控制室较远时，为能使电流互感器能多带二次负荷或减小电缆截面，提高准确级，应尽量采用1 A。对于新建发电厂和变电所，有条件时电流互感器额定二次电流宜选用1 A。
（2）如果需要有利于互感器安装或扩建工程，原有电流互感器采用5 A时，以及某些情况下为降低电流互感器开路电压，额定二次电流可选用5 A。
（3）电流互感器的二次负荷可用阻抗Zb（?）或容量Sb（VA）表示。电流互感器的二次负荷额定值Sb(VA)可根据实际负荷需要选用2.5、5、7.5、10、15、20、30 VA。在某些特殊情况，也可选用更大的额定值。对保护用TP类电流互感器，其二次负荷用负荷电阻Rb表示。
5电流互感器的优化提升
电流互感器的优化提升策略包括：
（1）选择适当类型和参数的电流互感器，保证电流互感器的饱和特性不影响保护动作性能。
（2）保护装置采取抗饱和措施，保证电流互感器在特定饱和条件下不致影响保护性能。
（3）采用具有速饱和铁芯的差动保护；鉴别短路电流和励磁涌流波形的区别，采用60°～65°的励磁涌流波形之间间断角；利用制动比为15%～20%的二次谐波制动，以此来消除励磁涌流的不良影响。
（4）适当增大保护动作电流，增设平衡线圈，利用平衡系数，以消除变压器各侧电流互感器的不同型号和变比误差造成的不平衡电流。
6结论
针对330 MW亚临界空冷燃煤火力发电机组，分析直流分量衰减过程未结束情况下的短路电流以及电流互感器的暂态工作过程，揭示影响电流互感器准确度的因素以及电流互感器对保护装置正确动作的影响，提出改进优化措施。结果表明：
（1）用于保护的电流互感器应满足在短路故障状态下，仍然能够将所在回路的一次电流传变到二次回路，且误差不超过允许值，要求电流互感器的误差不致影响保护可靠动作。电流互感器的铁芯饱和是影响其性能的最重要因素。
（2）在短路电流为稳态对称且无非同期分量时，影响电流互感器饱和因素包括短路电流幅值、包括互感器二次绕组的二次回路阻抗、电流互感器的工频励磁阻抗和电流互感器的匝数比等。
（3）为保证在剩磁条件下，准确传变非同期短路电流分量，电流互感器在暂态过程中，所需剩磁可能是等值对称短路电流的几倍至数十倍数，需大幅增加电流互感器铁芯面积和造价。
（4）电流互感器的优化提升策略包括选择适当类型和参数的电流互感器、保护装置采取抗饱和措施、采用具有速饱和铁芯的差动保护、采用60～65°的励磁涌流波形之间间断角、利用制动比为15～20%的二次谐波制动、适当增大保护动作电流、增设平衡线圈、利用平衡系数。
参考文献
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论文作者:王政翱,韩啸,杨光,柳霞霞,宋歌,赵俊杰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/24
标签：电流互感器论文; 电流论文; 绕组论文; 分量论文; 剩磁论文; 回路论文; 动作论文; 《防护工程》2018年第2期论文;