CT饱和对差动保护影响改.docx

电流互感器饱和对发电机纵差保护影响的仿真分析
贾文超尹项根孙磊王勇
（华中科技大学电气与电子工程学院，武汉，430074）
摘要：针对电流互感器（CT）饱和会影响发电机纵差保护动作特性问题，本文利用MATLAB仿真分析了非周期分量大小、暂态电流幅值、二次负载大小对CT饱和的影响。并建立一次系统分析了CT饱和对发电机纵差保护的影响，最后提出了预防CT饱和的措施。
关键词：纵差保护；电流互感器；变比；饱和

InfluenceofCurrentTransformerSaturationOnGeneratorDifferentialProtectionAndItsCountermeasures
JIAWen-chao,YINXiang-gen,SUNLei,WangYong
(CollegeofElectrical&ElectronicsEngineering,HuazhongUniversityofScience&Technology,Wuhan430074,China)

0引言
发电机纵差保护简单可靠，动作速度快，是发电机相间短路的主保护，该保护是利用短路故障时机端和中性点侧不平衡电流实现的。目前大型水轮发电机均采用多分支结构，使得机端和中性点CT变比不一致。由于发电机容量大，发电机机端故障时，流过CT一次侧的短路电流很大，将会使两侧CT或中性点侧CT发生饱和，影响保护动作行为。因此，本文利用MATLAB对CT特性进行了仿真分析，分析了CT饱和对保护动作特性的影响及采用的措施。
1仿真模型
利用MATLAB中的PSB模块建立CT仿真模型。MATLAB以矩阵运算为基础，把计算可视化程序融合到一个交互的工作环境中，可实现工程计算、算法研究、建模与仿真、数据分析及可视化、工程绘图等功能。PSB模块是针对电力系统可视化建模与仿真的工具，应用它对电力系统进行仿真分析时，其基本步骤是从PSB模块中选择所需的元件，构造出相应的系统模型，填写参数，然后进行仿真。
基于MATLAB的电流互感器饱和模型是由饱和变压器实现的，电流互感器饱和仿真原理图如图1所示。该模型参数包括互感器变比（2000/5）、额定容量、频率、一次侧参数、二次侧参数、饱和特性等。其饱和效应通过磁化曲线实现。利用交流电压源和受控电压源来模拟一次电流的周期分量和非周期分量。
图1电流互感器饱和模型

CT饱和的仿真分析
取一次电流考虑非周期分量的大小，暂态电流幅值，二次负载大小对电流互感器饱和的影响。
2.1非周期分量大小对CT饱和的影响
当短路电流幅值一定时，短路电流中非周期分量的大小与发生短路瞬间电流相位角密切相关。取电流相位角a为、、时CT电流波形如图2（a）~（c）所示。

(a)

(b)

(c)
图2非周期分量对CT饱和的影响
由图2可以看出：
（1）非周期分量是引起电流互感器暂态饱和的主要因素。电流互感器饱和时，二次电流发生畸变，波形出现奇异点。
（2）无非周期分量时，互感器直接进入稳态饱和。
（3）非周期分量越大，互感器暂态饱和越严重。
2.2暂态电流幅值对CT饱和的影响
因只考虑暂态电流幅值对ＣＴ饱和的影响，故取非周期分量为０，暂态电流幅值
Ａ，Ａ时ＣＴ电流波形如图３（ａ）~（ｂ）所示。
(a)

(b)
图3暂态电流幅值对CT饱和的影响
由图３可以看出：一次电流的大小，将直接影响铁芯的饱和程度，一次电流越大，铁芯饱和越严重，对应的饱和时间就越小，对继电保护越不利。
二次负载对ＣＴ饱和的影响
取二次负载Ｒ＝４，１０时ＣＴ电流波形如图４（ａ）~（b）所示。

（a）

(b)
图４二次负载对CT饱和的影响
由图４可以看出：
（1）对于纯电阻负荷，如果稳态时磁通达到峰值前已饱和，此时铁心磁通将保持在饱和水平不再变化，磁通不再产生电动势，二次电流将立即下降到零，整个一次电流用于维持铁心在饱和状态；铁心将保持在该状态直到一次电流为零。电流互感器带电阻性负荷发生饱和时一般影响是每个半波后沿被砍去一部分。
（2）当电阻负荷增加时，铁芯达到饱和所需要的时间变短，使得CT饱和影响加重。CT传变特性变坏，二次波形畸变严重。
3CT饱和对发电机纵差保护的影响
建立图5所示单机—无穷大系统，仿真CT饱和对发电机纵差保护的影响。
图5单机—无穷大系统仿真模型
模型假设：只考虑CT饱和对差动保护影响，假设发生外部故障时发电机机端和中性点电流相等，中性点侧电流在各分支平均分配。机端装设CT，并将每相引出5分支，2，3分支组合装CT，仿真机端CT不饱和，中性点侧CT饱和时电流波形如图6所示。

（a）CT不饱和

（b）CT轻度饱和

（c）CT中度饱和

（d）CT严重饱和
图6CT不同程度饱和波形
将仿真分析的电流数据进行差分傅氏变换，代入常规比率制动判据得：
（1）ＣＴ轻度饱和时，