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基于采样值的CT饱和检测方案的研究

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年 I1 s  { 月 j  d  #  
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粕 第  一 卷s 期  
v -  ̄C T  

基于 采 样值 的 C T饱 和 检 测 方 案 的 研 究 
程 利 军 ,龙 翔 ,杨奇逊 
  - —— ——— ——~

( 北电力 太学 ,北 京 10 8 ) 华 0 05 

摘 要 :电流互感 嚣( T 饱 和 时, 线保护 装置 的可 靠 、 全 、 定运 行是衡 量母 绒保 护 的一项 重要 指标  文 中  c) 母 安 稳
分 析 了 c 饱 和 时的特点 , 出 了一种 用于数 字母 线 保护 装 置 的基 于 瞬 时值 的 c 饱 和栓 剐方 案  该 方案 与  T 提 r

基于瞬 时值 比率刺 动 的 差动 保 护 有机 的 结合 , 数 字母 线保护 装 置 具有快 速 、 高的 抗 c 饱 和 的优 势 。 已  使 较 T 有采 用此 方案的数 字母 线保护 装置在 电力 系统 中运行‘   .   ,   r ,  

关 词 芒 兰 堡 ;采 值 护 法 ! 键 :! 些 芏 样 保 算 ;    
中围分类号 :T 4 2 M 5  文献标 识码 :^  

。 也   

I  

文章编 号 :10 8 7 zo l80 1-3 0 34 9  9o o -0 90  c

1 引 言 
母 线保 护是 电力 系统 中最 重要的设备 , 其可 靠 
运 行 直 接 影 响 到 电 力 系统 的 安 全 、 定 运 行 。高 压  稳 及 超 高 压 系 统 母线 保 护 的 研 究 应 注 重 以 下 几 个 原  则:   a )外 部 故 障 , 即使 c T完 全饱 和 时 应 可 靠 不 误 
动 

最后 由比例 制 动 判 据 保 证 母 线保 护 可 靠 不 动 作 ; 利  用 速饱 和变 换 器 延 时 将 电流 送 ^ 差 动 回 路 , 躲 开  即 故障 电流的暂 态过程 来实 现抗 C T饱 和 ; 用 高 阻  利 抗 方 案 ; 有 利 用 饱 和 时 有 较 大 的 谐 波 量 作 为 cr 也  
饱 和 检 测 的 判据 等 等 

本 文提 出 了两 种 基 于采 样 值 算 法 的 C T饱 和 检  测 的 方法 : 同步 识 别 法 、 电流 比相法 

b )内 部故 障 快 速 检 测 及 跳 闸 , 使 在 C 即 T完 全  饱 和 时 应 可靠 动 作 。 由于 C 的 饱 和 不 是 发 生 在 故  T
障瞬 间, 果保护在 C 如 T饱 和之 前 便 完 成 判 别 , 护  保 的正 确 动 作 就 得 到 保 证 , 且 对 C 而 T的 要 求 相 应 也 

2 C   T饱 和 的过程及 电流特征 
21 C .   T的模 型  电流 互 感 器 ( T 的简 化 等效 电路 如 图 l C) 。其 中 
z  为 励 磁 阻抗 , 、 为二 次 电阻 和 电感 。 在 正 常     

降低 。 根 据 这 个要 求 , 护 的 动 作 时 间 在 1m 保 0 s左 
右。  

情况 下 , T的 铁 芯 工 作 在 低 磁 密 的 条 件 下 ,  很  C z 大 , ^励磁 回路 的励 磁 电流很 小 , 次 电 流能 够 真  流 二 实传 变一 次 电流 。 当 系 统 发 生 故 障 时 , 由于 短 路 电  流往 往 含 有 一 定 幅 值 的非 周 期 分 量 而 使 C T铁 芯 的  磁 密很 快 达 到饱 和 值 , 时 ,  值 降低 , 此 z 流人 励 磁 回  路 的励 磁 电流将 增 大 , 次 电 流 的波 形 可 能 出 现 严  二 重 的 畸 变 现 象 。特 别 地 , c 当 r严 重 饱 和 时 ,  值  z 变 为零 , 次 电 流 将 全 部 流 人 励 磁 回路 。二 次 电 流  一 变 为零 , 时 差 动 回路将 产 生很 大 的不 平 衡 电流 , 此 这  是 导 致母 线保 护 误 动 的根本 原 因 。  

c 自适 应 能力 强  )
d )调 试 、 护 和运 行 简 单 、 靠  维 可

当母 线 发 生 近 端 外 部故 障 时 .T可能 饱 和 。 当  C
C T饱 和 时 , 次 电 流 发 生 畸 变 . 重 时 可 能 接 近 于  二 严 零 , 时 差 动保 护 将 出现 较 大 的 差 流 , 动保 护 判 据  此 差

将 反 映为 内部 故 障 , 差 保 护 将 误 动 。 这 种 情 况 对  母
,  

各 种 类 型 的母 线 保 护 正 确 动作 都 有 影 响 。 因 此较 高  的抗 C T饱 和 特 性关 系到 母 线 保 护 的 可 靠性 
已有 多 种 C T饱 和解 决 方 案 成 功 地 应 用 于 母 线 

保 护 装置 中  例 如 瑞 典 啄 : E % A公 司 的 R D s母 线  S As 保护 , 利用 中 阻 抗 原 理 , 妙 地 利 用 了 c 它 巧 T的暂 态  过 程 又 考 虑 了 稳 态 过 程 , 有 较 强 的抗 c 具 r饱 和 能  力 , 保 证 母线 保 护 可 靠 、 能 正确 工 作 ; 士 原 B C公  瑞 B 司 的 IY N, . 5型母 线保 护 通过 设 置 “ 和发 生器 ” 动 态  饱 , 检测 每 个 连 接 元 件 的 正 、 半 波 电 流 值 来 闭 锁 母 线  负 保护 出 口 ; B A B公 司 最 新 推 出 的 R B 0 E 5 0型 微 机 母  线保 护装 置 , 采 用 “ 它 静态 最 大值 保 持 ” 的方 法 , 结  并 台 傅 氏变换 , 出饱 和 支路 的近 似 于 真 实 的 电流值 , 求  
围1 L   1简 化等效 电路 

22 影 响 c . T饱 和 的 因素 
理论分析表明,  

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基 于采样 值 的 C T饱 和检测 方案 的研究 

a T铁 心 饱 和 的 时 间 与 一 次 系 统 时 间 常 数 、 )C   C T二 次 时 间常 数 以及 C T二 次负 载 有 关 。   b )一 次 暂 志 电 流 中 非 周 期 分 量 越 大 , T饱 和  C 也就越严重。  

作 , 动 保 护 判据 经 历 不 动作 、 作 两 个 阶段 。 差 动  

从母 线 区外故 障 发 生 到 C T开 始 饱 和 这 段 时 间  内 , 线 电压 下 降 , 母 电压 闭 锁 元 件 动 作 , 动 保 护判  差
据 动作 ;T完 全 饱 和 , C 电压 闭锁 元 件 动 作 , 动 保 护  差

c )一 次 系 统 时 间 常 数 越 大 , T饱 和 的 时 间 也  c
就越长。  

判据先经历不 动作 阶段 , 延时后 差动判据满足 。其 
中母 线 电压 检 测 采用 较敏 感 的判 据 : 相低 电压 、 三 零  序 电压 、 相 电压 突 变及 零 序 电压 突 变 。C 三 T饱 和识  别 逻 辑 如 图 2所 示 。  

d C ) T二次 负 载 越 大 , T就 越 容 易饱 和 。 C  

e 当励 磁 电 流 的 非 周 期 分 量 对 应 的磁 通 与 剩  ) 磁 方 向 相 同时 , 心将 更 快 、 深 地 进 人饱 和  铁 更
23 C .  T饱 和 时 的 电流 特 征 

a )一 次 电流 中含 有 较 大 的非 周 期 分 量 , 例如 一 
次 电 流 10 偏 移 , 和 后 二 次 电 流 产 生 较 大 的 畸  0% 饱

变, 二次 电 流 波形 出现 缺 损 , 幅值 降 低 。此 时 二 次 电  流偏 向 坐标 轴 的一 边 , 与变 压 器 励磁 涌 流相 似 。   b )一 次 电 流 中含 有较 大 的周 期 分 量 , 成铁 心  造
在正 、 负半 波 均 进 人饱 和 , 次 电 流 正 、 半 波 均 畸  二 负 变, 、 正 负半 波 是对 称 的 
围2 C   ' 和识别 逻辑单 元  T饱

3 2 电流 比 相 法  .

设  ( 为第 i 连 接 元 件第 m 时刻 的 电流 采  m) 个 样值 , 为 越 限 值 , = 1… 一Ⅳ 为 连 接 元 件 ,       . 巩 ( ,  ( 为 第 i个 连 接 元 件 第 m 时 刻 的 电 流  m) B m) 正、 负半 波越 限 标 志 , ( ,   m) 线 上 所 有 连    m) S ( 母 接 元 件 第 m 时刻 的 电流 正 、 负半 波 越 限标 志 和 。  
其中 ,  

3 基 于 采样值 的 C T饱 和 检测方 案 
当 母线 发 生 近端 外 部 故 障 时 , T可 能 饱 和  比  C 例制动 判据 允许 C T有 一 定 的波 形 畸 变 , 别 是 当 特   制 动 系 数 S较 大 时 , 即使 C T存 在 较 大 的 误 差 , 护  保
也不 会 误 动  对 于 l ∑  I >S? l l ∑   判据 , 如 设  例

S=0 8 计 算 表 明 , 于 区 外 故 障 , 当 , -, 对 仅  =9? , ,   时, 才满 足 比例 制 动 判 据 。所 以 比 例制 动 判 据 具 有  定 的抗 C T饱 和能 力 。 但 当 C T完 全饱 和 时 , 次  二


s ( =∑  (     m) m) s ( =∑  (     m) m)


电流 发 生 严 重 畸 变 , 至 可能 接近 于零 , 时 比例 制  甚 此 动判 据 失 效 。  

{  

根 据 前 面 的 分 析 , 发 生 短 路 的 开 始 阶 段 ,T 在 C  可以 正 确 地传 变 一 次 电 流 , 果 继 电保 护 能 在 该 段  如 时 间 内 动作 , 本 可 以 不 受 铁 芯饱 和 的 影 响 。 即 使  基 C T完 全 饱 和 , T的 二 次 电 流 在 故 障 开 始 时 至 少 有  C 3—5a 以上 的线 性 传 变 区 , 饱 和 时 电 流有 较 大 的  rs 且 突变  此 外 , 当一 次 电流 的 瞬 时 值 由正 半 波 趋 向负  半 渡 时 , r又可 以 正 确 地 传 变 一 次 电 流 , 一 次 电  c 即 流经过 零 点后 , 得 C 使 T二 次侧 产 生 一 个 线 性 传 变  区 。本 文 就是 利用 该 线 性 区 的 有 效 数 据 作 为 c 饱  r
和 检 测 的基础 。  

: 乏  
设 , 整定为躲母线 上各个 连接元件 的最 大 负     荷 , 在 正 常运 行 方 式 下 , 。m) s( 均 为零 。 则 s ( ,  m)  
对 于母 线 内部 故 障 , 有 连 接 元 件 ( 线 除 外 ) 所 馈   的 电 流都 是 流 向 故 障母 线 , 们 的 相 位是 一 致 的 , 它 则  s ( , ( 必有 一 个 为 零 , 一 个 大于 或 等 于 1    m)  m) 另 。 对 于母 线 外 部 故 障 , 有 连 接 元 件 ( 线 除 外 ) 所 馈   的 电 流都 是 流 向故 障线 路 , 们 的 相位 是 不 一 致 的 , 它   则 S ( ,  m) 有 一 个 为 1另 一 个 大 于 或 等 于    m) S ( 必 ,
1。  

3 1 同 步 识别 法  . 该 方 法 基 于 以下 两个 前 提 :   a )母 线 区 内 故 障 , 电压 闭 锁 元 件 动 作 , 动 保  差 护判 据 动 作 。  
b )母 线 区外 故 障 , T不饱 和 , C 电压 闭锁 元 件 动  作, 差动 保 护 判 据 不 动作 ;T完 全 饱 和 , C 电压 闭 锁 动 

对于母 线 外 部 故 障 , 果 故 障线 路 c 如 r完 全 饱  和 , 和 后 故 障线 路 c 饱 r二 次 电 流 可 能 为 零 , 法 进  无 行 比相 , 但饱 和 前 c r线 性 传 变 区 时 可 以 比 相 的 . 则  s ( ,  m)   m) s ( 必有 一 个 为 1另 一 个 大 于或 等 于 1  , 。 因为母 线 内部 故 障 和 母 线 外部 故 障 母 线 c 完  r

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20 00年 8月  

继 电 器 
R FI Y   ^

第2卷 8

第 8期 

2  1

全 饱 和时 差 动 判 据 均 成  . 足 动 作 条 件 。 为 r区  满

成 功 地 运用 于 WM 一0 A 型 微 机 母 线 保 护 装 置 中 , H 1O   并在 我 国某 5 0 V变 电 站 中投 入 运 行  理论 及 实 践  0k 证 明 . 两 种 方 法是 可 行 的 。 这   参 考文 献 
l 程 利军 广 东 茂名 5 0V变 电 站 20 V微机 母 线 保 护  : 0k 2k
装 置 的 研 究 继 电 器 ,00 ( ) 2O ,2 

分 上述 情 况 , 先 根 据 瞬 时 值 电 流 差 动 判 据 识 别 出  首 “ 线 内部 故 障 ” 以此 时 刻 为基 准 向前 回退儿 点 , 母 . 如 
果 s (几 ,  m) 少有   ,) S ( 至 一 为 】 另一 个 夫 f或 等  次 , 于 l则 可 判 为 母 线 外部 故 障 cr 和 ; 果 s ( , , _饱 如   m)   S (几 必有 一 个 为零 , 一 大 于或 等 于 l 则 可 削    ,) 另 个 , 为母线 内部 故 障 。   33 C .  T饱 和 的处 理  检测出 C T饱 和 后 , 动 保 护 将 被 闭 锁 差 段 时  间, 以躲 过故 障 的非 周 期 分 量 。对 :  3 F 30~5O \ 超  0 k, '

2 程利军等 .   自适 应式 微机母线 保护 装置 的研 究 电 网技 
术 .96 ( ) 19 .9 

收稿 日期 : 20 -13  . 0044 0

改 回日期 :0 00 —8 2 0-21 

高压 系统 , 闭锁 时 间可 整 定 为 1O~10 , 于 lO O 5ms对 l 


作者 简介 : 程利 军 (9 6一) 男, 16 , 高级 工程 师 , 士研 究 生 , 博   主要研 究 方向为计算 机 在 电力 系统 继 电保 护度 自动控 制 中   的应 I ; 龙翔 (9 5一) 畀 , l l 16 , 工程 师 , 士 , 要从 事 电 力 系 硕 主  
统 自动化的研 究与 设 计 工作 ; 杨 奇逊 (9 7一) 男, 授 , 13 , 教   博士 生导师 . 中国工程 院 院士 . 要从 事 电 力 系统 继 电保 护  主
与 自动 化 的研 究 开 发 与 教 学 工作 ~  

20V高 压 系 统 , 2k 闭锁 时 间可 整 定 为 6 0~8m 。 0 s 

4 结论 
基于同步识别法的 c r饱 和 判 据 已成 功 地 运 用  于 wMH一0 10型 微 机 母 线保 护 装 置 中 . 有 近 百套 装  并 置 投 入运 行  基 于 电 流 比相 法 的 C T饱 和 判 据 也 已 

T e r y l h o h  m p n me o f r CT s t r to   h  e  ̄ '   ft e s t U g h t d o   au a in

i  m b rcb s a   r tc o   nn e i u b rp o e t n   i

C E G L—m,L N   i  ̄, A G Q- ̄  H N  i1 l O G Xeg Y N   i a x
( 0 Ef aEetcPw r nvFP,Bin 005 h a  N   li   l r  o e  i oy e i 108 ,C i j n ci U e- i jg n
Ab ta t I i v r mp r n o  ub rpoet nta  e   s  sr c : t s eyi ot t rb sa  tci   t      a f r o h wh n( a
s tl  p rt n o  lc   o e   yt m ube o e a o   fe e  ̄c p w rs se i b s a   rt cin u b r p oe t   o

耐 ,te rl bly b L a  rtc o   a nlee d tesf  n   h e a it  i i Lb rp o t nh sit n e    aea d 5 ei u h

 ̄ y e  h   r e a o  u b rp oe  ̄ n h   a l g cr s tr t n a i mei  sd fr n ml c md z d t e c t r   fb s a   r t f .te s mp i    au a o   r h t u e     u  ̄   i i xo i n i t c o

p ee tdi ti p p r o ie w t te s mp iga i rt o i ee t l u l t r tc o ie}g  p d fro f a  rs ne n h s a e .C mb n d i h  a l   rt e i rdf rn a  r   oe t n,d   hs e   h n m i ef i e  ̄l p i o  p ̄ ? l '

i  n  Ublyfr田 strt n l b rpoet n i stse . n rd o rt t m  s gtete  h v  e n sre  n eetc p w r f na d stit o o i auai   msa rtc o    a f d Hu de  fp e i ui  I   】 o i s ii o eo n . lo a eb e  e,d i lcr   o e  i
s se y t m 

Ke w x s   n Ⅱ b n b l a   r tci n  y cd: l e   I b rp oe t ; s o



p mg ai me c ̄ l   rt f h i

( s tr f n c e k   at a o   h c   ti

霹   刍 皂皇毫 器 { ;暑  暑   霓牡 各 刍 苦§{ s 是 

( 上接 第 9百 )  
收稿 日期 : 20 -12  0 00 —3

男 , 士后 , 究方 向为 电机 驱动度 智能控 制技 术等 ; 胨学  博 研   允 (9 4) 畀, 13- , 教授 , 士 生导 师 , 国 电机 工程 学套 理 事 , 博 中   主要研 究方向为 电力 系统分 析 与控制 、 智能技 术在 电力 系统  中的应 甩等 :  

作者简 介 : 于 霞(92 ) 量 , 士研 究 生. 究方 向 为综合    17- , 博 研
智 能技 术度 其在 电力系统控 制 中的 应 用; 宋磕 锋 (90 )   17 - .  

De i n a v le c n r l ro n b g n r t r wi   n i tg a e i t l g n sg     a v   o t o l   ft r o e e a o   t a n e r t d n el e tme o   e h i h td
Y   iI S u X a , ONG j   I峙 , HE Xu 一 n C N  e   

( . 0. o   5 , e to lcr a  cn e n ,Habn Is tt fT cn lg   abn 1 0 0 , fm; 1t B x3 3 D p  fEeti l c En e r g i ri n tue o e h oo y H ri 5 0 1 Ei   i l r

2 Ⅱ .fEetcl Ii ei .s gu  n e i , ei  0 04 C ia  .   o l c i   】 n r g Ti haU i rt B in 10 8 , h )   ra E g e n n v sy j g n
Ah . t C n e t tes ei i. fcnrlsse d sg po lms ti p p r rsnsa ne rtditHgn mehd b nrd cn  n ar e : a o e mi h  p ca b o o t  y t  ̄ l o m  ei ̄ rbe , s a e   ee t nitgae ne i t to   vit u iga   h   p e o
i r v d g n t   g rtm  n     mp o e   e ei a o h a d a cl i 一 a e  e ro me tlan n   b s d r i me n e r ig f p c v l no t eo ln   n   ni e d v lp n  at  f  唧 e   ey i t    f ie a d o l   e eo me tp r o   f h n s a nu   e ml

nt e wm ̄ c nr l r Smu t n r s l   f t p h a o  / de v ]ig c r l f ta t r ie s o  h t t a   v rb ec fl D o t l   i l i   e ut n   s a p c f n o1   avn   or     e m  bn  h w t a    s f oa l oR ̄ 口丘n r e a d oe ao s i i   i a os u ih a   眦    n   sl ie   e i  6 d d   I p o e s i h sh  e  nel e t e e   n  s p t n a i  oh te g a d p cie r c s ,t a   j r itl g n   v l a d i o e t l n b t h o , n   r t   i L s   i  , a c t t ̄ tw e ;   g n t   lo tm ; e ei ag r h   c i ri fre n   a nn ; e no c me t e r i g   l
.  

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