（电力系统及其自动化专业论文）保护用电流互感器仿真及抗饱和算法研究.pdfVIP

浙江大学硕士毕业论文 前言 近年来，电力技术有了迅速的发展，电力系统种电气设备的额定电压和额定 电流都提高得很快。由于电力系统区域联网运行，短路电流就大大增加了。因此 必须提高和改进高压设备的性能，使得各个电气设备能满足电力系统运行的要 求，两电流互感器魏是窝骶设备中的一种。本论文主要介绍电流互感撰。 电流互感器( t a ) 是电力系统中重要的测量元件，在继电保护中更有着举 足轻重豹作用。其功能主要楚在稳态和甏态过程中准确传变一次电流，但随着超 谗征系统、大容莹枫组的授入使用，一方鬻使褥暂态对瓣常数增大；另方蘅， 为了保证系统可靠性，又瞄须提高保护装置的速动蚀，这对t a 性能有了更高要 求，尤其是t a 的饱和问题。由于电流互感器铁芯的非线性以及磁滞特性，故障 情况对，较大盼故障电流尤其是含有很大非周期分撬，狠容易使t a 工作在威磁 特性的菲线性区搿进入严重饱和状态，戴时大部分一次电流滚入励磁支路，二次 电流几乎为零，造成很大的传变误差，极有可能引起僳护误动或摄动，因此迅速、 礁确地检测出t a 饱和显得极为重要。因此，论文褒第四章还着重讲述了抗强 锪和的接施，对磁铹动稔测张饱和原理作r 实用化研究。透过大量的e m t p 仿 真表明：改进的磁制动法熊实时检测各种 i a 饱和，防止由于剩磁影响引起的谡 判断，检测精度商，实现超来比较容易。 关于电流甄感器复合误差、稳态特饯、暂态特性的书籍和论文已经狠多，但 是关于互感器二次匿路豹各个参数的资糁潍及懿何宪藏、有效翘建立电流互感器 的仿真模型依然比较欠缺。因此论文前凡章主要就电流互感器豹二次回路参数、 等效电路模型队及墩磁曲线豹仿真作了详尽介绍。 论文主要利用m a r l a b 与a t p - e m t p 来进行仿囊计算。a t p e m t p 能快速遮 完成系统的故障仿真计算，m a t l a b 则兼有仿真计算和数据处理功能。 浙江大学硕士毕业论文 第一章电流互感器的分类及参数选择 1 1 电流互感器概述 海绦谖毫力系统懿安全羁缀济运孬，嚣要对魄力系统及其孛各蘸力浚各豹 相关参数谶行测量，以便对篡进行必要的计量、极控和保护。通常的测量和保 护装置不能赢接接到高电压，大电流的电力回路上，而需要将高电平的电力参 数按比例变换成低电平的参数成信号。电流互感器( t a ) 是将一次回路的大电 流或歪 l 滚交换为二次小毫浚。茭基本毫滚蚕翅翻1 1 。电滚互感嚣魏次绕塞 和二次绕缌绕在同一个磁路闭合的铁芯上，如栗次绕组带电而二次绕组开路， 互感器成为一个带铁心的电抗器。一次绕组中的i 电压降等于铁心磁通程该绕组 中引起的电动势，铁心磁通也在二次绕组中感应出相应的电动势。如果二次回 路通过一个疆抗形藏阕路，则二次豳路将产生一个嘏滚，魏电流在铁心中产生 鹣磁逶趋囱予抵涪一次绕缀怒浚产生豹磁逶。忽臻误差霄，二次霞路泡溅与一 次回路电流之比等于一次绕组飚数与二次绕组匝数之比。 12 图i - 1 电流互感器基本电路 毫滚纛感器戆一次绕组_ ；纛攀串联予被灏量兹一次邀潞孛，二次绕鳃遽过导 线或电缆串接仪表及继电保护等二次设备。电濂互感器二次电流在正常运行及 规定的故障条件下，应与一次电流成正比，其比值和误差不超过规窳值。 电流甄感器按其性能和用途可分为两大类： a 。测鏊耀互感器：电力焱统正鬻运 亍时，将糖盛邀路静电流交换供绘给 测量仪表、弦分仪表农其稳类似电器，用于运行状态监视、记录帮电麓计量等 用途。 b 保护用互感器：电力系统非正常运行和故障状态下，将相应电路的电 d 浙江大学硕士毕业论文 流交换供给给继奄缳护装置和其他类似电器。 测量蔼和缳护震滔类毫流互感嚣的工作范围帮毪能差羽很大，一般不髓荚 用。本论文主要对缴保护型电流互感器展开研究讨论。 1 _ 2 保护用电流互感器的类型 1 2 1p 类电流互感器 p 意为保护，冀三要包括p 、p x 和p r 等类型。该类电流互感器的准确限值是 由一次电流为稳态对称电流眩的复合误差或赫磁特性拐点来确定的。是当兹最广 泛采用的电流互感器，一般按通过互感器的最大稳态短路电流选用电流互感器， 不特殊考虑暂态饱和问题，而由继电保护装鬣采取必要的措施防止互感器暂态饱 和引起保护装置的误动或拒动。 p 类互感器的铁心是闭合的，在严重短路聪可能残留有剩磁。 1 ) p r 类是一萃申限制剩磁系数豹电滚互感器，其准确爱僮是以准确级在额定 准确限僮一次电流下的最大允诲复合误差再分数来表示，倒如5 p r 和1 0 p r 。 豫级电流互感器的剩磁系数( k ，) 应不大于1 0 。 2 ) p x 类是一种低漏磁电流互感器，没有规定额定准确限值电流。低漏磁电 流互感器有以下特点：铁心是连续环形( 包括绕制铁心) ；二次线匝沿整个磁路 长度均匀分布；一次导体从铁心窑口近似中心穿过或沿整个磁路长度近似均匀分 袁。 1 2 2t p 类电流互感器 1 p 意为暂态保护，此类电流互感器要求在最严重的暂态条件下不饱和，二次电 流的误差在规定范嘲内。t p 类互感器包括t p s 、t p x 、t p y 和t p z 等型式，准 确限值是考虑一次电流中同时具有周期分量和非周期分量，并按某一种规定的暂 态工作循环时的峰值误差来确定。因此，该类电流互感器适用于考虑短路电流中 菲周期分量暂态影响的情况。为此，需要显著增大电流互感器鲍尺寸，保持准确 性。这类互感器广泛用在超高压系统和大容量发电机组。 1 ) t p s 级：低漏磁电流互感器，其性能与p x 电流互感器相当，由二次励磁 特性和匝数比误差限值决定，匝数比误差砖o 2 5 。无剩磁规定，适用于根 浙江大学硕士毕业论文 据简单环流原理和采用嵩隰抗继电器的差动保护系统和对复归时间要求严格的 断薅器失灵保护电流硷漠4 元件。 2 ) t p x 级：准确5 匪值规定为在指定的暂态工作循环中的蜂值瞬时误差。这是 由于引起互感器误差的励磁电流在暂态情况下一般不是周期分量，只能用瞬时电 流描述。对剩磁无规定，二次回路时间常数较大，不适合线路重合闸情况。 3 ) t p y 级：准确限慎规定为在指定的暂态工作循环中的峰值瞬时误差。剩磁 不超过饱和磁通的1 0 。t p y 在暂态过程中励磁电瀛铰大，一方面是由于铁心带 气隙，漩磁电感l 裾对较低，勇一方砸为准确传变 爝赣分量需要较大鲍励磁电 流，要注意励磁电流峰值不超过稳态短路电流峰使的1 0 。适用于采用熏合闸 的线路保护，不宜用于断路器的失灵保护，z 一般由制造优化设计确定。 4 ) t p z 级：准确限值规定为在指定的二次回路时间常数下，具有撮大真流偏 移的单次通电时的峰值瞬时交流分量误差，不保证非周期分量的误差。由于其铁 心有较大的气隰，铁心豹蛩磁率基本是恒定豹，可称之为线性互感器。剩磁邋实 际上可以忽略。其二次阐路时间常数t 一般规定为6 0 m s 6 m s 。此互感器适瘸于 仪反应交流分量的保护，不适合主设备保护和断路器的失灵保护。 1 2 3 零序电流互感器 零序电流互感器是一种专门用来变换剩余电流( 零序电流) 的电流互感器。 它可以是三台电流互感器鳃成的电淀互感器缀，也可以是单台剩余电滤互感爨。 零序电流互感器嗣予中往点绝缘系统单相接姥保护，三相导体同拜于穿过互 感器的铁心窗口，就魁一次绕组。系统正常运行时，三相电流互感器的栩嫩和 等于零，剩余电流互感器的= 次没有输出。当某线路发生单相接地故障时， 故障相上的剩余电流互感器的一次电流增大，达到继电器的最小动作电流时， 保护动作。非故障相上的零序电流互感器虽然也有一次电流，但是小于继电器 豹最小动作电流，保护装置不会动 乍。 零序电流互感器用于发电视或同步电动极定予绕组接地保护，当定子绕缝 发生一点接地时，只要故障电流达到继电器的最小动作电流，保护装置即动作。 如果接地点离中性点越近，对地电压越低，接地电流就越小，小到一定程度， 互感器输出的电流不足以使继电器动作，出现“死区”。 浙江大学硕士毕业论文 乙电流互感器二次绕组阻抗乙= 吃+ 瓦； 足接触电阻，一般为0 0 5 o 1q ； 对于保护用电流互感器，线路保护一般采用三相星型接线，其k 。值近对单 相短路接地时为2 ，其他短路方式均为1 ，变压器差动保护有可能采用三角形接 线，此时k 。值为3 。 互主要是继电器阻抗，在现代电力系统中，广泛采用数字化的继电保护、 自动装置，其功耗很小，相对与长度在几十米，甚至数百米的连接导线的阻抗可 以忽略不计。 1 ) 二次绕组阻抗乙的计算 计算二次绕组如时，铜导线电阻系数通常取5 5 时的值，即取p = o 0 2 ( q m m 2 ) m ，对于一些温度较高的情况，例如变压器用套管型电流互感器， 则取7 5 时的值，此时取p = o 0 2 1 3 5 m m 2 ) m 。 r ，p 訾 式中，p 一铜导线电阻系数，( q m m 2 ) m ； ? 1 一二次绕组导线平均匝长，m ； 2 。一额定二次匝数； 一二次导线截面积，m m 2 ，通常采用2 5 、4 、6 卅卅2 的筒导线。 当层数较多且各层匝数不等时，要分层计算平均匝数和每层导线长度，将各 层导线长相加得出二次导线总厂，然后计算电阻，当二次引线较长时，还应将引 线电阻计入。 大多数情况下二次绕组有直径为1 8 1 r m ( 二次电流为5 a ) 或1 2 5 1 3 5 m m ( 二次电流为1 a ) 的单股铜导线绕制，在周围温度较高条件工作时二次绕组直 径要大些。二次绕组的出线一般采用截面为2 5 聊聊2 的软铜导线。一般情况下二 次绕组平均匝长为几十厘米。表l 一1 给出了一些电流互感器的二次绕组阻值，用 作参考。 浙江大学硕士毕业论文 表1 1 ：二次绕组融值 电流魄 匝数比 二次绕组怒抗q 4 0 0 ：58 0 ：l o 2 1 l 4 5 0 ：59 0 ：lo 2 “ 5 0 0 ：51 0 0 ：1o 2 4 2 6 0 0 ：51 2 0 ：lo 2 9 6 1 2 5 0 ：11 2 5 0 ：l6 1 5 0 0 ：l1 5 0 0 ：1 6 2 5 0 0 ：l2 5 0 0 ：l1 0 3 0 0 0 ：13 0 0 0 ：1 1 8 ( x 2 。l q ) 根据母线保护中沈阳变压器产提供的部分类型电流互感器二次绕组阻值， 我们可认为二次电流为5 a 时，吃“o 1 l q ，二次电流为1 a 时，亿“l 1 0 q 。 二次绕缀电隧实器藏滏通常为l 3 。5 0 l o o o 嫩。 j ，c f 在一般情况下很小，尤其当二次线匝均匀绕满在环形铁心上且一、二二次绕 组对称时可取j 0 = o 。准确计算二次绕组漏抗魑困难的，经常采用的是经验公式 计算或按经验数据取值。可近似按下列选取( 二次额定电流为5 a ) ： 当j 。6 0 0 a k o 0 5 o 1q ； 当j 。6 0 0 a 瓦。o 1 o 2 q ； 2 1 连接线阻抗 电流互感器二次端子至继电器端子间的违线，一般多细于l o 号，晟导体间 的距离很近。有线路的基本公式z = 弓+ ，( 与+ 蜀) ，1 0 号线的r = 4 5 2 4 n 煳， 五= o 4 5 q 概，在导体闻距小于o 3 附，局几乎等予零。即 墨( 五+ 玛) = 墨咒m l o ，丽噩所羯导线越纲，墨五越大，嚣瑟连接电缆貔电 抗可以忽略不计算。电缆长度以2 0 0 米计算，鹄一4 5 2 4 o 2 z o 9 q 。 利用电缆计算公式也可大致确定阻值： 局= 筹； 浙江大学硕士毕业论文 式中i - 一电缆长泼； a 导线截强扛强2 ，电流舀路采罔2 + 5 獭耔及以上的截囊积豹锅导线，截 面大小有机械强度决定，与电流大小无关； p 电导系数，取0 0 1 7 5 q 撇2 m ； 在保护和测量仪袭中，电流回路的导线截面不应该小于2 5 聊坍2 ，所以 墨s 警= 1 4 q 。表l 一2 为1 0 0 m 电缆等线在不同截面下的电阻德： 表1 2 ：l o o m 的电缆导线的电阻僮 导线截面( m m 2 ) 481 01 21 41 62 0 | 电阻( q ) o 4 3 8o 2 9 20 2 1 9o 1 7 50 1 4 6o 1 0 9o 0 8 7 3 ) 二次回路阻抗角 微机保护阻抗极小，= 次回路负载以短路处理。为提高可靠性，从保守的角 度考虑取二次绕组漏飙，连接线电阻。 当j 。s 6 0 0 a ，敷置，= o 1q 由于匝数比为跚：l 时的电阻值已有o 2 l l ，加 上连接电缆，显然要大于o 2 q 。所以阻抗角d = 甜c 培( 五r ) z2 6 6 。，易知咫越 大，口就越小。 当，。6 0 0 a 取托= o 2 n ，二次回路电阻妈2 0 3 5 q ( 电流比为6 0 0 ：5 的 电流互感器电阻已蠢咒= o 2 9 6 q ，连接导线魄隘墨显然大于o 。2 q ) ，掰以貔 抗角口= 删喀五恐* 2 9 7 。，同样曼越大，口虢越小。 二次回路为纯阻抗时，显然口= o 。，所以可取搿“o 。3 0 。 钔铁芯励磁阻抗 励磁阻抗即是励磁电抗，也就是一次绕组和二次绕组问的互感抗，其阻值取 决于铁芯的大小帮孝才糕。励磁疆抗与二次绕缀鼹数有很大关系，翔合铁芯貔磁隧 抗一般大于l o o o q ，有的甚至达5 0 0 0 q 瞄上。 a ) 铁芯没有气隙时，励磁阻抗的计算公式为： _ ：华2 形 ( 1 - 1 ) 浙江大学硕士毕业论文 第二章电流霎 薹。萋蘩篓鋈登囊蓬螽 薹，l 。麓鬻囊羹篓 鳍魏必融耻甄融豫缝鞘酣朔香。蝻；祭i 涩嗟凌漏主黼错弼； 臻! ” 器蕊鉴穗但荩 | ! 滴萋髓蜴聪浆艘蓦j ；茔i ! 甏第醵础妊饕西整矧舞碰骶时f 卧n 妻妻l j 鲤三 僧惹翼，lt l 呵耋霉萎囊薹薹季妻薹| 翌薹翥麓! |i誊嚣；=；i耋i募喜：ig；。、一一一。i女二感器 ( e c t ) 主要有两类，一类是基于光效应的互感器，如 采用法拉第效应(f a r a d a ye f f e c t ) 等磁光变换原理的电流互感器。这类互感器 直接用光进行信息交换和传递，与高电压电路完全隔离，具有不受电磁干扰、 不饱和、测量范围大，效应频带宽，体积小，重量轻等特点，适合于各种电压 特别死超高压开关设备中的应用。由于互感器处于高电位的部分不需要电源， 故称为无源电子式互感器。 另一类有无铁心的空心线圈( 罗戈夫斯基线圈) 电流互感器，带铁心的低 功率电流互感器。与常规互感器较近似，他们体积小、重量轻、暂态响应和运 行性能良好，可靠性高，可以直接以模拟量形式输出至就近的开关装置。由于 处于高电位的传感器需要电源，故也称为有源电子式互感器。 对基于光效应的电子式互感器，由于技术较复杂，成本较高，性能易受某 些因素影响，不易做到稳定。目前尚处于研究试用阶段。 对基于半常规互感器的电子式互感器，由于技术比较成熟，运行经验较多， 浙江大学硕士毕业论文 又l k ，于是( 2 - 4 ) 式可以变为： 旦+ 土。i 衍r2 正 即 t 2 罢“= _ 脚) 假如时间间隔出取得很小，则等。竽，于是( 2 5 ) 式又可改写为 讲f t 2 筹址。( 2 _ 6 ) 在时间乙+ 。时，上式可写为： 驰) 器“( 斛1 ) = 1 1 ( 斛1 ) 目t 2 ( n ) 器“和) = f 1 ( 斛l m ) ( 2 - 7 ) 所以： 似加皆 沼 于是，由上式及式( 2 1 ) 、( 2 3 ) 可以求得励磁电流和二次电流，其中 正( n ) = 等，上( n ) 有电流互感器磁化曲线的仿真模型动态求得。 2 1 2 磁化曲线模拟 电流瓦感器的仿真模犁分为基本磁化曲线和磁滞回环两部分如图2 2 所示。 05 04 03 02 0 1 耋 。 鱼 fm 1 m2 m3 m4 05 j 严” a f 么+ 图2 2 基本磁化曲线和磁滞回环 1 1 基本磁化曲线 浙江大学硕士毕业论文 设励磁电流为i ，铁芯磁链为v 。我 j 知邀，奄感为磁链甲对励磁电流的导 数f 。先考察函数反正切函数y 3 a r c t a n ( x ) 。其导数为y 2 i 。显然j ，为经过 坐标原点的奇对称黼数，并且在x 哼+ 0 0 和x - - 9 一。时的渐近线分别为要和一3 石- 。 x 1 后y 7 随x 的增加而迅速增加。由此可以褥见， 反正切函数的变化形状与磁化曲线的变化曲线接近，故我们在反正切函数基础上 来模拟磁化曲线。南于反正切函数是奇对称函数，赦只可讨论i 0 的情况。 令一= a a r c t a n ( l 。i ) + 三l i 一。= + l ( f 一) ( 2 9 ) 基本磁化曲线为 掣： 豢紫巴( 2 - 1 0 ) 1 l 当鼍 墨。时 由于一，誓。嚣条睦线在( 强，删，o ) 点相交，蔽式( 2 - l o ) x 可表示为 叩= 髓 当i l s a t 时 当f o 时 显然三。为f _ 0 点的电感，三。为t a 完全饱和( f 岭) 时的线性电感，此时 t a 相当于没有铁芯。( ，k ) 为x 和、一。两条曲线的交点。a 、三l 为调熬系数， 使得t a 饱和点鬻i 疆瓣磁化趋线与实际奶合。要注意三田 厶 0 ，取s = s 一；否则取s = s + 。 对于s 一状态，计算 峙l：；：瓮f、甜ctan。-鲁o。+l，+詈，+厶id考 v = j l 一 f f + ，、1 + 二= 0 + ，一d = a f c t 翘出( 毛+ 足强+ 要 “ 。 2 2 对于豇状态，计算 _ ：熹孚乏t a r c t a n e ii 一* 詈 甲= 兰一 l 兰f 一。、 一二二 + ，。f + 仃二 一t 卸出( f 0 一) _ 罢。 。d 、“2 叫2 2 2 。2 第k 点取= 1 0 3 ) ff 扪： ! 生墨互蝎! 盟二垒6 竺二! 塑 墨竺二1 2 曼卫生二! ! 、 上( 七一1 ) + 厶+ 嚏t i 2 ( ) = ( 盘) 一i ( | j ) ( 1 ) s = 豇时， 浙江大学顼毕业论文 a ) 若f ( 1 j ) 一i ( 尼一1 ) 0 ，计算一和v + 。，若一一。，取甲( 后) = ；否则 ￥嵇) = 。，并致s = 只。 b ) 若f ( 七) 一i ( k 1 ) 0 ，取s = 叟，v o = 甲( _ j 一1 ) ，f 0 = f ( 七一1 ) ，计算q - ，甲( j ) = q ，_ 。 ( 2 ) 。s = 蔓时， a ) 若i ( j ) 一i 一”o , i $ t s = s + ，v o = v ( 一1 ) ，i o j ( k - 1 ) ，计算甲+ ，叩( k ) = 甲+ 。 b ) 若i ( 盘) 一f ( _ j 一1 ) 0 ，计算掣一和、t 。，若t 譬。，取掣( 凳) = 矍；否则取 掣 ) = t 。，并取s = s 一。 ( 3 ) s = s + 。时 a ) 若f ( _ j ) 一i ( | i 一1 ) 0 ，取甲( _ | ) = 。，计算一。； b ) 若i ( i ) 一i ( k 一1 ) 0 ，计算t + 和q 0 。，若t + s 、。，取v ( 后) = ；否则取 掣辑) = 。，并取s = s + 。 ( 4 ) s = s 一。时 a )若f ( 素) 一i ( | i 一1 ) 0 ，计算甲+ 鞠要。，著譬譬。，取甲( 露) = t p _ ；否翔取 甲( i ) = t 一。，并取s = s 一。 砷若f ( 惫) 一f ( 素一1 ) 0 ，取v ( _ j ) = 矍。，诗算l 。； ( 5 ) 励磁电感计算 工：! 塑= 翼堡二! ! 、7 f ( 轴一( 女一秘 2 3 辅助参数的设计方法 嚣始t a 二次铡鬏定毫流和二次负载阻攘盏浆意义是显然豹，其它为磁像睦 线辅助参数，包括基本磁化曲线参数厶，厶，a 和磁滞参数。 2 ，3 。l 基本磁化曲线参数的确定方法 1 ) 基本磁化曲线的模拟 赣江大学硕士毕监蒂等 霸释! 骚翌酾攀琢f 羹群宴髻垂黠爨器。鹜鲤戳；! i i 。蠢莲霎：器 譬； 强一猢日i 蓟j ； i 蠹 i l 妻孽檀措 囊辞裂学建萋璧耄翼鍪誊鍪i 冀= 蓁。 霪蕊! ? i ；i 蚕薹霉蓄= 蠢隆薹毳矛缸曼 霪菱薹；篓，舂瞵蒸i 薹烈；囊浚蓬；裁基# 薹；。挈蓦摹，：登擎辨。i 毯j 僚；黎i ； 喜 墓 燹罩。蠢耋j ；嚆蓁翼口一 餮蝌兰。羹d 蒜，薹速 动，它们在接线 上相互独立，以便互为补充，发挥各自特点，以提高保护装置动作的可靠性。 线路保护均有故障检濠记。范图路，起动元件和测量元件的动传时阉一般为凡 个港秒，整套保护装摄的动作时间约为2 0 m s 左右。而一般认为t a 在故障发生 跨的前1 4 周波虑不键和。 综合重合闸装置对于线路上发生的各类瞬时性故障均能有效地重合成功，从 而提高了供电的可靠性和系统运李亍的稳定性。当综合重合闸至永久故障线路时， 电流互感器处于重复励磁状悉，线路保护必须在2 0 3 0 m s 内可靠动作，切除永 久故障且不愿重合。 (1)在最严重的情况，当线路出口发生永久性故障时，要求电流互感器满足饱和倍数和暂态误差的要求。 ( 2 ) 对于一个半开关接线，相邻元件出口短路或串口保护范围外短路时， 为了防止线路主保护动作，要求用于线路保护的电流互感器满足饱和倍数和暂态误差要求。 i 段快速动作切除故障；在届备段发生故障时，由于故障是远离保护安装处， 短路电流倍数大大减小，二次时间常数也大大减小，因此饱和倍数要求值大大减 。 图2 _ 7 l i 参数对拟和磁化盥线的影响 2 3 2 极限剩磁系数的确定方法 “ 常广萎三：羔兰大表明趣琵翳跫；匪型；锺譬荆瑶崖器鼗娶篆蘸；鳓 鬟羹黧羹雾瓣烈畿鹩跨荪羹嚣麓鞣鋈；曼型黧羹 露蒸鬻纛鋈羹型繁麓是豢蘸纛羹 藿冀羹羹隔囊瓣强锤鬃鬻攀耋意燮羞蒸鋈| | | | | 熏；| 墓譬；辎辚毽嚣墓采i 。”。垡眦耄硝 荔。| | 蓁羹；雾蠢i 薹：量”耋氅囊篓望萋鐾囊鋈冀 字式藤动 保护。高阻抗差动继电器反应内部故障灵敏度高，在外部发生最大穿越性短路短 路故障而电流互感器完全饱和的情况下也不会发生误动作，但是为了可靠起见， 高阻挠差动继电器构成的母线保护一般选用具有一定暂态特燃的低漏摅电流互 感器。 浙江大学硬圭毕监论文 s 一一铁芯的有效截面； 毛一一磁路的平均长度； 鹄一一二次线蔺的匝数； 故有k = 厶伽，其中是对应予厶的相对磁导率。因为上。取的是最大励磁 电感，两礁钢片相对于空气的最大磁导率是4 l 矿，所以： r“0 “。一4 x 1 0 4 2 ) 完全饱和点( ，o ，。) 的生成方法 由予三= 署= 志十三，又厶= 不鲁矿，所以当鲁f 2 0 0 后，铁 芯磁导宰已经基本接通空隙磁导率。 定义生f ：聊时，t a 进入完全饱和( 即相当于无铁芯t a ) 。故 r2 i 气：d a r c t a n ( 鱼o ) + 厶f 。 考虑到三。 上o ，有 k = 唧( u = 志+ 厶 3 ) 二次阻抗z ：大小的生成方法 由提供的饱和电流，l 。自动近似确定。在确定隰抗时，按照纯电阻负载来确 定，并联设在t a 未进入完全饱和时，励磁阻抗远大于二次阻抗。 在采用上述假设后，对于纯电阻负载，在t a 未完全饱和时，二次电流可认 为没有误茇，而t a 完全饱和后，二次电流为零。设f ；= 露。r l 。s i n 日e 其中为 输入的一次饱和电流倍数，。为次系统额定毫流，其中鼋称为饱和角。用公 式表示时为： l 屯班，l 。s i n 睁，o ( 口 最 f 2 ( 国= i o ，q 0 ( 4 - 4 ) f 耐 当满足式( 4 4 ) 时，表明t a 处于饱和状态，闭锁差动保护。否则表明t a 退 出饱和，处于线性区，开放差动保护。 而式( 4 ) 中不含y ( 气) ，故剩磁不会影响t a 饱和的判别，同时不受测量饱和 磁链所带来的误差影响，提高了t a 饱和检测的精度。 t a 饱和通常在t a 二次负载比较重的系统中发生。在采用数字式保护装置 浙江大学硕士毕业论文 畸变更小，但检测信号依然能输出t a 饱和的状况，可见，该方案具有很高的精度 和灵敏度。对于t a 深度饱和，由于突变麓明显，检测效果则更好。若单纯采用 判攥( 4 9 ) 徐溯张保护，列极易出现谈耀。从图4 - 5 ( b ) 可双看魏，t a 出入瓷 和区时，d e l 3 h i e f t 出现的极值都并非单个采样点，其个数往往随桃，所以当判 据( 4 9 ) 检测出第个突变量时若断定为t a 饱和，检测到随之而来的第二个突变 量时，即断定为t a 退出您萋眭，从露使判别逻辑造成溪蘸。 厂1 丁丁了_ i 丁_ | | 蓬壅囊 ：l 卜 打一卜 bl 一 引i ” 。盘。翌， ” ”咐” 褂曦铺韵俺轴幢融景 唧 强4 5 t a 轻微饱和图4 6 铁芯含7 0 初始剩磁 电流互感器铁芯中若存在剩磁，则互感器可能在一次电流远低于正常饱和值 时即过早饱和。尤其是微机保护中，电阻性负荷使得故障电流断开后，铁芯中的 剩磁可戗接近峰僮。但剩磁豹不易瀵除以及难测量都绘l a 饱和检测带来一定嚣 难。新判据以初始饱和时刻作为积分起点，消除了剩磁带来的影响，对铁芯具有 不同剩磁的情况均可准确检测。图4 - 6 为铁：卷含有正向7 0 秉j 磁时的检测结果， 二次强爨阻摭和图4 5 轻微饱和时梗同。可见，磁制动新手4 据在不计及剩磁时依 然能得到准确的饱和检测。 一弱一胡靠一萎 浙江大学醺士毕、韭论文 i ；i t 厂。1 一i _ r 1 il + ； ，；f 0 “i 蔓土i 上：童0 0f - 、i ；l i n “瓣a 0 , 1 2n 口 m ) i 发差骨蓝器 哟 f r r l i 主纠毒毒l i i n n“0mn 1 2 0 1 4n 1 6 蚴硪目动饱和告结l v i 。 7l 。 魁至女差* * 辩 埘 【- 一广* r6 0 r r 几o 1 l -l ；| l i ； ij jf ”r 引疆f 一r 。1 0 1 。，。j ，。，。，。j 。i ，b 。j 。i j _ l j 。i 一 图4 7t a 重复励磁时饱和检测图4 _ 8 带有噪声时t a 饱和检测 在域次通电工传循耀中，重合游弓| 超翡突变量极易等致三次茇分检溅法发生 误判。磁制动判据的引入则有效地解决了这一问题，同时采用初始饱和点作为积 分起点的耪判据也解决了重合瓣弓l 起的剩磁闻题。涸4 7 为利翔磁裁动新判据， 检测t a 在双次通电王作循环中的饱和情况。从潮中可以看出，藉用三次差分检 测t a 饱和，在故障电流断开时，t a 可能被误判为饱和。同样，在断路器重合闸 时也易发生误判。采用三次差分与磁制动结合的方法后，无论熏合闸前后，在不 计及重合阉弓l 起豹剩磁的情况下，该巍据都能作出准确豹饱和检测，稳定性有了 很大提高。 图4 - 8 ( a ) 为蒂存一定噪声的一次电流波形，从圈4 8 ( b ) 中，我们可以看离， 三阶差分运算对噪声有定的敏感度，尤其是在t a 出饱和点，几乎都淹没在噪 声之中。假在故障后的前几个周波里，由于初始饱和时刻突变比较显著，依然可 以通过式( 4 9 ) 中可靠系数的设定，躲过这些由于噪声引起的突变，不影响新 刿据中盼初始饱和点确定，而磁捌动饱和检澳j 不受谐波和噪声豹影响 2 1 ，鼠强 4 - 8 ( c ) 中也可以看出，在含有噪声时磁制动饱和梭测正确。可见，新判据有较强 的抗1 千捷能力和稳定整。丽菪采羽粼据( 4 ，9 ) 来检测t a 退出饱和，从銎4 - 8 晒可 看出，由于其幅值极小，不但给可靠系数k 的整定带来困难，也很难从噪声中准 确检测出t a 退出饱和。 釉继谂 本文从弓l 起t a 饱和的物理本质出发，利碟磁链作为饱和判据，实时捡溺每 浙江大学硕士毕业论文 髑波t a 状态。由上面的雄导和仿真结果可得出下面黧结论： ( 1 ) 该方案判据简单，实现容易，检测速度快，稳定性好。 ( 2 ) 不受剩磁和二次回路l 飒抗影响，门槛值整定容易，并对精度无苛刻要求。 ( 3 ) 解决了测量饱和磁链所带来的误差，提高了判据检测t a 饱和的精度和 灵敏度。 f 4 ) 每周波瘫利用三次差分确定轫始饱和点，从耩减小了磁链积分产生的累 积误差。 2 用故障与饱和的时差( 时差法) 。故障后，电流互感器需要经过一定时间 才开始饱和，在互感器线性工作期间，外部故障差流时很低。互感器饱和后，差 流可能显著增加。利用故障电流与差流出现时间的差别，可以判别是内部故障还 怒外部故障，这