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繼電保護電流互感器飽和

介紹湛江發電廠脫硫增壓風機CT飽和引起各種電流繼電器誤動的原因，分析電流互感器飽和對電磁式電流繼電器、晶體管或集成電路構成的模擬式電流繼電器和微處理機構成的數字式電流繼電器動作行為的影響。論述幾種防止和抗御電流互感器飽和的方法和對策，如在較高一級的電壓等級中的供電側采取分列運行的方式以減少短路電流等。給出選擇合適的保護裝置和在新建系統中選擇電流互感器的一些原則。

一、引言

2008年，湛江發電廠出現過廠用大容量電動機啟動時差動保護誤動作的情況。究其原因，除個別是因為整定值的問題外，大多數是因電流互感器特性不理想甚至飽和而導致的。

眾所周知，設計規程中對電流互感器的選型有嚴格的規定，要求保護用的電流互感器在通過15倍甚至是20倍額定電流的情況下，誤差不超過5%或10%，即不出現飽和。而上面提及的出現差動保護誤動的情況，無一例外地都選用了保護級的電流互感器。經過對我廠的大容量電動機起動電流的核算，最大容量的電動機啟動時電流大概是開關額定電流的3～5倍，遠達不到電流互感器額定電流的15倍。那為什么差動保護還會因為電流互感器飽和而誤動呢？以下是筆者對問題的一點思考。二、已建成廠用系統中防止TA飽和的方法與對策

限制短路電流

在已建成廠用系統中可在較高一級的電壓等級中就采取分列運行的方式以限制短路電流。分列運行后造成的供電可靠性的降低可通過備用電源自動投入等方式補救。在新建系統中短路電流過大可采取串聯電抗器的做法來限制短路電流。

增大保護級TA的變比

不能采用按負荷電流的大小確定保護級電流變比的方法，必須用保護安裝處可能出現的最大短路電流和互感器的負載能力與飽和倍數來確定TA的變比。增大了保護級TA的變比能夠有效的解決電流互感器特性不理想甚至飽和。湛江電廠脫硫增壓風機6KV開關采用增大保護級TA的變比徹底解決了差動保護誤動的隱患。但增大了保護級TA的變比后會給繼電保護裝置的運行帶來一些負面影響，主要是不利于TA二次回路和繼電保護裝置的運行監視。

減小電流互感器的二次負載

1．選用交流功耗小的繼電保護裝置。電磁型的電流差動繼電器的交流電流功耗每回路可達8VA，而微機型繼電器的交流電流功耗每回路僅0.5VA，相差一個數量級，應選用交流功耗小的繼電保護裝置。

2．盡可能將繼電保護裝置就地安裝。TA的負載主要是二次電纜的阻抗，將繼電保護裝置就地安裝，大大縮短了二次電纜長度，減小了互感器的負擔，避免了飽和。另外，就地安裝后，還簡化了二次回路，提高了供電可靠性。就地安裝方式對繼電保護裝置本身有更高的要求，特別是在惡劣氣候環境下運行的能力和抗強電磁干擾的性能要好。

3．減小TA的二次額定電流。由于功耗與電流的平方成正比，將二次額定電流從5A降至1A，在負載阻抗不變的情況下，相應的二次回路功耗降低了25倍，互感器不容易飽和。

減小了TA的二次額定電流也會對繼電保護裝置產生負面影響，二次電流減小后，必須提高繼電器的靈敏度，而靈敏度和抗干擾能力是一對矛盾。對于就地安裝的繼電保護裝置，由于二次電流電纜的長度很短，現場的電磁干擾水平又比較高，仍以選用二次額定電流為5A的互感器為好。

采用抗飽和能力強的繼電保護裝置

1．采用對電流飽和不敏感的保護原理或保護判據。例如，采用相位判別原理的繼電器比采用幅值判別原理的繼電器的抗TA飽和的性能要好，因為即使在嚴重飽和狀態，正確地恢復電流的相位還是比較容易的；又如，采用負序過電流判據比采用相過電流判據的抗飽和性能要好，因為飽和狀態下剩余電流的負序分量相對于靈敏的負序電流整定值是足夠大的。當然，負序電流保護存在著TA二次回路斷線時容易誤動作、三相對稱故障時會拒動、不易整定配合的缺點，要增加附加判據來克服。

2．采用對TA飽和不敏感的數字式保護裝置。如前所述，瞬時值判別比平均值判別或有效值判別的抗TA飽和的性能要好。對于帶時限的保護，電流的非周期分量對繼電器的動作正確性和準確性的影響不大，采用全電流判別比采用工頻分量判別的抗TA飽和性能要好。

3．有效地利用電流不飽和段的。TA在電流換向后的一段時間內不飽和，在短路開始的1/4周期內也不飽和，可以有效地加以利用。采用快速保護判據，在電流飽和前就正確地做出判斷是一種典型的抗TA飽和做法。采用貯能電容或無源低通濾波器對飽和電流波形進行削峰填谷以縮小電流波形的間斷角也是一種簡單有效的辦法。三、結語

為了避免差動保護的電流互感器大容量電動機啟動時因電流過大出現飽和而導致差動保護誤動作，除了在設備選型上要確保選用容量足夠的保護級電流互感器外，還可根據電流互感器的伏安特性曲線和現場實測的電流互感器二次回路負載阻抗計算出電流互感器的飽和點，以此推算出在最大可能出現的穿越電流作用下，電流互感器是否會飽和以及差動保護是否會誤動作。如計算結果顯示電流互感器確會因較大穿越電流而飽和，則應更換更大容量的電流互感器，或將電流互感器二次回路的電纜截面加粗，以減小二次負載的阻抗，保證差動保護的可靠性。湛江電廠脫硫增壓風機6KV開關通過增大保護級TA的變比徹底解決了差動保護誤動的隱患，并且正在運行的斷路器和繼電保護裝置沒有更換掉因此兼顧了經濟性。參考文獻：

賀家李、宋從矩，電力系統繼電保護原理.第2版.北京：水利電力出版社，1985.

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（責任編輯：xy）

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