电流互感器饱和对继电保护的影响及对策

电流互感器饱和对继电保护的影响及对策

电流互感器是利用电磁感应原理通过铁心耦合实现一、二次电流变换的。由于铁心具有磁饱和特性，是非线性组件，当一次电流很大，特别是一次电流中非周期分量的存在将使电流互感器严重饱和，而且含有大量非周期分量和高次谐波分量，进入电流互感器饱和区域, 导致二次电流不能正确的传变一次电流，造成二次电流严重失真，严重影响了继电保护的正确动作。

电流互感器近似磁化曲线及电流互感器饱和点如下图

图示中，B为磁密、in为电流、i1为一次电流、i2为二次电流。当电流互感器出现饱和后，二次电流出现畸变。电流互感器饱和事例分析如下： （1）二次负荷为电阻情况

当铁心饱和磁通小于正确传变电流所需磁通时, 通常饱和将在一次电流第一个半波前饱和, 在暂态初始铁心未饱和时, 磁通将产生二次电流所需的电动势。饱和时, 磁通保持恒定将不会产生电动势, 二次电流将为零, 饱和由一次绕组的安匝维持, 直到一次电流的第一个零点励磁安匝才降为零。一次电流越大, 一次电流的时间常数越大, 则二次电流被削去的部分越多。





图1 二次侧负载为电阻的暂态饱和波形（R=5Ω)

（2）二次负荷为电抗的情况如铁心饱和磁通小于正确传变电流所需要的磁通, 饱和将在第1 个电流峰值前发生。

饱和后磁通不再发生变化, 不再感应电动势, 由于二次负荷为电抗, 二次电流保持在初始饱和时刻的数值。以后磁通将下降, 并产生二次电流正确变化所要的电动势。与稳态的情况相似, 饱和的效果是将二次电流的 顶部削去一部分。饱和程度越大, 顶部削去的部分也越大。

图2 二次侧负载为电感的暂态饱和波形( L = 0. 08 H) （3）二次负荷为电阻+电感情况（电流互感器现场实际运行情况）



图3二次侧负载为电感和电阻的稳态饱和波形 ( R = 5 Ω , L = 0. 08 H)

电流互感器饱和对各种保护的影响： （1）对电流保护的影响

电流保护的判据为IJ>IP，IJ 为流入保护的短路电流二次值，IP为保护装置的电流保护定值。

根据判据，电流互感器饱和后，二次侧等效动作电流IJ变小，小于IP，可能会引起保护的拒动。 （2）对母线保护的影响

电力系统中的母线广泛采用电流差动式保护，采用对电流互感器二次侧电流瞬时值差动的原理，可方便地实现母线快速保护。然后在母线区外短路时，一般电流互感器会出现饱和现象，饱和后不能正确地传变一次侧电流，使二次侧电流差动原理的基础遭到破坏，从而导致保护的误动作。

解决电流互感器饱和问题的方法

电流互感器饱和问题主要针对保护级绕组，反映是否会饱和的指标是磁密B的大小，磁密B需小于相应的设计值才不会饱和。下面是磁密B与各参数之间的关系公式



B

I2Z2104,T4.44fAcN2n电流互感器各个参数间的相互影响

（1）I2为二次实际电流，I2=I2n×过流倍数，I2n为额定二次电流，其与磁密B成正比，倍数越高，B越高，铁芯越易饱和，所以说过流倍数高产品越难实现。

（2）Z2为二次负荷，其与磁密B成正比，二次容量越大，磁密B越高，产品越难实现。

（3） Ac为铁芯截面积，其与磁密B成反比，当产品外形尺寸和参数确认后，其铁芯的内外径也就固定，变化的仅有高度，所以150b/4 比150b/2产品做的参数大。

（4） N2n为二次额定匝数，其与磁密B成反比，其多少取决于一次电流和短时热电流值。互感器一次电流、二次电流及匝数间有这样一个公式：I1n×N1n=I2n×N2n，其中I1n、I2n代表一二次额定电流值，N1n、N2n代表一二次额定匝数。二次匝数较多，相应磁密Ｂ就小，参数就能做的高一些。

根据如磁密B与各参数之间关系公式，解决电流互感器饱和问题有如下方法：

（1）短路电流。

在电力系统中可在较高一级的电压等级中采用分列运行的方式以短路电流。在新建系统中短路电流过大可采取串联电抗器的做法来短路电流。

（2）增大电流互感器保护级的变比。 （3）减小电流互感器的二次负载。



A、尽可能将继电保护装置就地安装，减少二次电缆长度，从而减少二次电缆的阻抗。

B、减小电流互感器的二次额定电流。由于功耗与电流的平方成正比，将二次额定电流从5A降至1A,在负载阻抗不变的情况下，相应的二次回路功耗降低了25倍。