孫哲　張隨會(huì)

摘要：造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的原因很多，但最重要的莫過(guò)于電磁型電流互感器飽和。針對(duì)這個(gè)原因往往會(huì)采用保護(hù)抗CT飽和措施，但這種措施會(huì)使得保護(hù)算法趨于繁雜，降低其可靠性，而電子式電流互感器很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。文章對(duì)電子式電流互感器差動(dòng)保護(hù)的性能進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：電子式電流互感器；差動(dòng)保護(hù)；光學(xué)電流互感器；保護(hù)抗CT飽和措施；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM771 文章編號(hào)：1009-2374（2015）19-0074-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.036

1 概述

電流互感器（CT）在電力系統(tǒng)中有重要作用，它對(duì)電流測(cè)量和保護(hù)繼電系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用，它的性能會(huì)直接影響到電流測(cè)量的準(zhǔn)確性和繼電保護(hù)裝置的可靠性。電流差動(dòng)保護(hù)方式由于其靈敏、高效的優(yōu)點(diǎn)，在高壓線路和電氣設(shè)備的保護(hù)中應(yīng)用非常廣泛。差動(dòng)保護(hù)對(duì)內(nèi)外部故障的區(qū)分主要依賴被保護(hù)系統(tǒng)的電流情況。在高壓線路的保護(hù)中，如果出現(xiàn)了故障會(huì)導(dǎo)致電磁型電流互感器飽和，從而使二次電流異常，觸發(fā)差動(dòng)保護(hù)。在沒(méi)有發(fā)生故障但電流出現(xiàn)不正常分流時(shí)也會(huì)觸發(fā)差動(dòng)保護(hù)。為了區(qū)分故障誤動(dòng)和電流誤動(dòng)，一般采用比例制動(dòng)技術(shù)來(lái)提高可靠性。但是當(dāng)在保護(hù)區(qū)外發(fā)生故障同時(shí)電流互感器出現(xiàn)飽和時(shí)仍然會(huì)引起保護(hù)誤動(dòng)。還有一種方法就是采取電流互感器傳變區(qū)差動(dòng)保護(hù)，但是如何判斷飽和狀態(tài)仍然是一個(gè)難題。一直以來(lái)，人們通過(guò)構(gòu)造各種仿真模型來(lái)對(duì)電流互感器的性能進(jìn)行分析，也提出了很多解決分辨飽和狀態(tài)的方法。有的文獻(xiàn)提出將形態(tài)學(xué)和時(shí)差法結(jié)合起來(lái)鑒別的方法，還有的提出了通過(guò)諧波比來(lái)分析飽和狀態(tài)等，盡管這些方法都從不同角度提出了分辨電流互感器飽和狀態(tài)的方法，但是也使得差動(dòng)保護(hù)更加復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中失去了靈敏快速的性能。而電子電流互感器則由于其無(wú)磁飽和、絕緣結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)在增加差動(dòng)保護(hù)靈敏性方面發(fā)揮了重要作用，也因此在國(guó)外電子式電流互感器應(yīng)用很普遍，而我國(guó)這方面的應(yīng)用也逐漸加快，比如南京某電器公司開(kāi)發(fā)的ECVT1-252就開(kāi)始運(yùn)行，另外，河南某研究院與德國(guó)合作的交流變電站也已經(jīng)在鄭州應(yīng)用。這都說(shuō)明電子式電流互感器為提高差動(dòng)保護(hù)性能提供了非常實(shí)際的解決方案。

2 電子式電流互感器

2.1 Rosgowski線圈電流互感器

Rosgowski線圈是一種在非磁性骨架上纏繞的空心線圈，它的優(yōu)點(diǎn)就是可以解決電流互感器的磁路飽和問(wèn)題，其線圈制作水平、電子模塊的穩(wěn)定性以及供電技術(shù)是關(guān)鍵所在。Rogowski雖然解決了電流互感器飽和的問(wèn)題，但是它的工作原理決定了它難以保證電流的穩(wěn)定性，同時(shí)測(cè)量精確性也難以控制。另外，其測(cè)量頻帶也因?yàn)樵谛盘?hào)處理方法上的局限而受到了限制。

2.2 光學(xué)電流互感器

Faraday磁旋光效應(yīng)是光學(xué)電流互感器的基本工作原理，在其工作時(shí)，儀器上的偏振光會(huì)隨著磁場(chǎng)中的Faraday旋光材料的移動(dòng)而偏移，其偏移的角度正比例于磁場(chǎng)強(qiáng)度。用公式可以表示成：

式中：表示磁導(dǎo)率；V表示Verdet常數(shù)；L表示偏振光的光程長(zhǎng)度；H表示磁場(chǎng)強(qiáng)度。

從以上公式看出采用光學(xué)電流互感器可以準(zhǔn)確測(cè)量線性度，從而掌握電流變化，避免了頻帶問(wèn)題。當(dāng)時(shí)仍然具有穩(wěn)定性不足等問(wèn)題。在精度和溫漂問(wèn)題上有文獻(xiàn)通過(guò)自適應(yīng)方法提出了解決方案，效果較好，提高了應(yīng)對(duì)故障的響應(yīng)能力。

從上述分析可以知道Rosgowski線圈電流互感器和OCT都存在飽和性不足的缺陷，二者都可以提高差動(dòng)保護(hù)性能，但是又存在差異：Rosgowski線圈電流互感器難以有效傳遍直流分量電流和低頻率電流，而OCT則沒(méi)有這一限制，因此其動(dòng)態(tài)性能比前者更勝一籌。

3 電子式電流互感器在差動(dòng)保護(hù)中的應(yīng)用

3.1 基于相量的差動(dòng)保護(hù)

基爾霍夫電流定律要求只有在磁支路，分布電容、電導(dǎo)和并聯(lián)高抗同時(shí)存在的情況下才滿足磁定律，而變壓器縱差保護(hù)和線路電流差動(dòng)保護(hù)由于缺乏這些要件，因此不再滿足該定律。另外，短路電流的非周期分量還有可能產(chǎn)生電流互感器飽和狀態(tài)，引起差動(dòng)異動(dòng)電流，因此需要采取相關(guān)制動(dòng)方式避免錯(cuò)誤觸發(fā)差動(dòng)保護(hù)?；诒嚷手苿?dòng)原理的差動(dòng)保護(hù)就是通過(guò)對(duì)差動(dòng)和穿越性故障電流進(jìn)行內(nèi)外故障的區(qū)分，而基于相量的差動(dòng)保護(hù)則是依據(jù)某種算法計(jì)算出來(lái)制動(dòng)量的平均值或者有效值來(lái)判斷是否啟動(dòng)差動(dòng)保護(hù)。通常比率差動(dòng)有兩個(gè)觸發(fā)

條件：

差動(dòng)電流：=

比率制動(dòng)：

式中：表示最小動(dòng)作電流；K表示制動(dòng)洗漱；表示制動(dòng)電流；表示回路的輸入電流。

而制動(dòng)電流的取值有三種方法：第一種方法是去平均值；第二種方法是去電流最大值；第三種方法是取兩個(gè)值的和。如果采用第一種方法來(lái)觸發(fā)差動(dòng)保護(hù)，那么在發(fā)生區(qū)外故障時(shí)的會(huì)比較大，而會(huì)比較??；發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)則會(huì)比較大，一般情況下不會(huì)太大。所以在確定觸發(fā)最小保護(hù)值時(shí)只要觀察區(qū)外故障時(shí)的短路電流即可。對(duì)于采用第二種方式觸發(fā)差動(dòng)保護(hù)時(shí)，發(fā)生區(qū)外故障時(shí)一般相同，而要大于第一種方法下的值。因此相對(duì)來(lái)說(shuō)比第一種方法的可靠性高一些。當(dāng)發(fā)生相同的區(qū)內(nèi)故障時(shí)，一般在第一種算法和第二種算法下相同，但是第二種方法的要大一些，此時(shí)第二種算法不如第一種算法在觸發(fā)差動(dòng)保護(hù)時(shí)靈敏。在第三種算法下的差動(dòng)保護(hù)下，當(dāng)區(qū)外故障相同時(shí)，也相同，而則與第一種算法下的制動(dòng)可靠性相同。當(dāng)面臨同樣的區(qū)內(nèi)故障時(shí)與第一種算法下相同，而則可能大于第一種算法下的差動(dòng)保護(hù)，小于第二種算法下的差動(dòng)保護(hù)，靈敏性適中。從上面的分析可以知道電子式電流互感器要比電磁式電流互感器的性能強(qiáng)很多，無(wú)論是從可靠性還是從靈敏性來(lái)衡量都是如此。這也是電子式電流互感器得到廣泛應(yīng)用的根本原因，因此提高差動(dòng)保護(hù)的性能可以避免短路故障的蔓延，提高供電設(shè)備的穩(wěn)定性。

3.2 采樣值電流差動(dòng)保護(hù)

基于相量的差動(dòng)保護(hù)雖然在性能上大大提高了，但是在應(yīng)用中需要一定的數(shù)據(jù)支持，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)這樣的處理模式在應(yīng)變速度上略顯緩慢，尤其對(duì)嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)的故障來(lái)說(shuō)必須及時(shí)解決。這時(shí)候采樣值電流差動(dòng)保護(hù)的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來(lái)了，它是基于采樣電流來(lái)觸發(fā)差動(dòng)保護(hù)的，因此和相量差動(dòng)保護(hù)比起來(lái)速度大大提高了。采樣值差動(dòng)保護(hù)的觸發(fā)條件是在R次采樣中若出現(xiàn)S次以上即觸發(fā)動(dòng)作，用公式表示就是：

式中：表示最小觸發(fā)電流；K表示制動(dòng)系數(shù)；表示制動(dòng)電流。

由于電子式電流互感器在電磁上不會(huì)出現(xiàn)飽和問(wèn)題，因此相對(duì)來(lái)說(shuō)采用采樣值差動(dòng)保護(hù)要比相量差動(dòng)保護(hù)更好一些。而很多實(shí)驗(yàn)也都表明電子式電流互感器在差動(dòng)保護(hù)上無(wú)論是穩(wěn)定性，還是靈活性都有很大提升。所以，一般在電子式電流互感器中采用采樣值電流差動(dòng)保護(hù)。在以前，由于難以得到直流電流，因此往往通過(guò)數(shù)字濾波處理，在OCT普及之后，測(cè)量直流電流問(wèn)題的解決使得新型差動(dòng)保護(hù)的研究也更加緊迫了。

4 結(jié)語(yǔ)

Rogowski線圈電流互感器和基于Faraday的光學(xué)電流互感器同屬于電子式電流互感器，而電子式電流互感器因其絕緣可靠、避免了二次開(kāi)路、同時(shí)不會(huì)發(fā)生磁飽和現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為了電力系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的基礎(chǔ)，基于ECT的差動(dòng)保護(hù)的性能大大提高，無(wú)論是反應(yīng)速度還是穩(wěn)定性都有了很大的進(jìn)步，其算法也更加簡(jiǎn)潔，避免了復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程。雖然同屬于電子式電流互感器，但是Rogowski線圈電流互感器難以傳導(dǎo)直流分量和低頻率電流，OCT則避免了這一方面的不足，在電流保真性上做得非常出色，所以O(shè)CT在采樣值基礎(chǔ)上的差動(dòng)保護(hù)具有了很大的優(yōu)勢(shì)，其在超高壓電網(wǎng)的應(yīng)用有效提高了差動(dòng)保護(hù)的性能，對(duì)于電力系統(tǒng)的提升起到了重要的

作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 何瑞文，蔡澤祥，王奕，李佳曼，謝瓊香.空心線圈電流互感器傳變特性及其對(duì)繼電保護(hù)的適應(yīng)性分析

[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013，（5）.

[2] 殷伯云，羅志娟，楊麗，呂艷萍，袁亮，向黎.主變差動(dòng)保護(hù)采用不同原理CT的仿真研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013，（1）.

作者簡(jiǎn)介：孫哲（1989-），男，陜西咸陽(yáng)人，陜西能源集團(tuán)清水川發(fā)電公司助理工程師，研究方向：發(fā)電廠電氣設(shè)備自動(dòng)化及運(yùn)行管理；張隨會(huì)（1975-），男，陜西西安人，陜西能源集團(tuán)清水川發(fā)電公司助理工程師，研究方向：發(fā)電廠電氣設(shè)備自動(dòng)化及運(yùn)行與管理。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）endprint