电流互感器饱和对距离保护的影响(一)

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黄　莉，何奔腾

（浙江大学电气工程学院，浙江 杭州 310027）

　　摘　要：通过电磁暂态仿真程序（ATP）的仿真计算，研究在电流互感器CT饱和情况下，基于傅氏算法的距离保护测量阻抗的变化规律，发现CT饱和可能会引起输电线路距离保护的超越。对CT不同饱和程度下距离保护超越的起始时刻、持续时间和严重程度进行了详细的讨论。

　　　　0引言

　　流入电流互感器CT一次侧的电流信号是50 Hz的工频信号，如果电流互感器发生饱和，则二次电流会出现波形缺损和畸变。防止CT饱和引起保护的误动一直是电流差动保护的核心问题。但对于输电线路的距离保护，通常认为在线路出口附近故障时CT才会发生饱和，线路末端故障时不会引起饱和，并且由于CT饱和后二次测量电流减小，测量阻抗增大，不会发生误动的问题。随着电力系统的发展，系统短路容量不断增大、短线增多，线路末端故障时CT饱和的现象已引起人们的注意。事实上线路电流差动保护中均采取了防止CT饱和引起误动的措施。数字式保护都是采用一定的算法来计算电压和电流，在CT饱和后，距离保护是否会超越有必要进行深入研究。

　　1距离保护算法简介

　　距离保护算法是在得到基频电压向量和基频电流向量的基础上，取两者的比值计算出保护安装处到故障点之间的故障阻抗，即Z=UI，然后根据测量阻抗判断保护是否动作。为了消除故障暂态过程中非周期分量和高次谐波分量对测量阻抗的影响，目前广泛采用傅氏算法计算电压和电流相量，在实际应用中常常采用下面三种算法：

　　1) 全波傅氏算法。基频向量的实部和虚部分别为：

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　　2) 加差分的全波傅氏算法。采用差分是为了进一步抑制信号中衰减非周期分量的影响。
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　　3) 加差分的半波傅氏算法。

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　　本文以上面三种算法为对象，研究CT饱和时距离保护的超越情况。

　　2仿真计算

　　由于线路末端故障时发生CT饱和的现象通常只在短线中发生，故在仿真计算中采用500 kV、40 km的短线模型。输电线路的参数为：正序参数所示。

　　CT采用LCLWDG-220型，其变比为1200/5，励磁曲线的数据如表1所示，其模型如图2所示，其中采用98号非线性电感元件来模拟该CT的饱和励磁曲线。

　仿真数据由电磁暂态仿真程序（ATP）产生，保护安装处的电压和电流取的是分别经过电压互感器和电流互感器变换后的二次侧数据，并都经过一个截止频率为300 Hz的数字低通滤波器进行前置滤波。采样频率为1 KHz（20点/周波）。故障发生在MN线路末端，故障类型为单相接地故障和相间故障。为了研究在不同的CT饱和程度下该算法的估计性能，CT二次侧的负载分别设为3.5 Ω、4.3 Ω、5.3 Ω、6 Ω、7 Ω。由于衰减直流分量的大小是影响CT饱和的一个重要因素，而衰减非周期分量的大小与短路水平和故障的发生时刻（合闸角）有关。所以在仿真中，故障合闸角分别取-45°、0°、30°、60°、90°，这样比较全面的反映衰减非周期分量的大小。

　　图3给出了CT在不饱和以及各种饱和程度下的电流信号波形，其中电流已归算到标幺值。轻微饱和、中等饱和和严重饱和是对应合闸角为0°，CT二次侧负载分别为3.5 Ω、5.3 Ω、7 Ω情况下CT的饱和程度。

　　3仿真结果分析

　　下面的仿真分析均以线路阻抗ZL=(0.666+j12.501) Ω作为基准值，测量阻抗已经归算成标幺值。从仿真结果来看，傅氏算法在合闸角90°为附近故障，也就是对称性饱和时保护不会发生超越的现象，只有在合闸角为0°左右时电流信号包含的非周期分量最大，因此CT饱和的程度比较严重，引起超越的可能性也最大。下面对各种算法进行详细分析。

　　3.1CT饱和对全波傅氏算法的影响

　　为了更好地说明CT饱和对算法的影响，对全波傅氏算法估计的测量阻抗在CT不同饱和情况下的暂态超越情况做了一个统计，详见表2。为了方便解释，先定义电抗测量误差EX=(XL-X)/XL,XL为线路电抗，为测量阻抗的电抗分量。超越的开始时刻指的是以故障时刻为起始点（0 ms），EX开始大于0的时刻。当EX大于5%时称为超越5%。类似的，EX大于10%称为超越10%，大于20%称为超越20%。

在一个周波内，CT只是部分时间发生饱和，故测量阻抗随着数据窗的移动是变化的。图4表示单相接地故障时，在CT不同饱和程度下全波傅氏算法估计的测量阻抗随着数据窗移动的轨迹变化图。其中，阻抗点旁边的数字表示从故障时刻开始数据窗填满(即故障发生20 ms)后向后移动的点数。