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简介（作者编辑）：电流互感器饱和的原因浅析.pdf
摘要（系统识别）：
东北电力技术
36
NORTHEAST ELECTRIC POWER TECHNOLOGY
2015年第5期
经验
电流互感器饱和的原因浅析
交流
王学超，王士伟2，姚亮
(1.南京国电南自电网自动化有限公司，江苏南京210032：
2.中国能源建设集团东北电力第一工程公司，辽宁沈阳112000)
摘要：电网电压等级不断升高，系统容量亦在不断扩增，造成时间常数随之增长，在故障期间直流分量的衰减更缓。
为了提高电力系统继电保护装置运行的可靠性，针对电流互感器饱和影响差动保护准确性和速动性的问题，建立了电
流互感器的电路模型。根据理论分析和仿真结果比较了不同条件下电流互感器的特性，从故障电流非周期分量和互感
器励磁特性两个方面，分析互感器饱和产生的原因。
关键词：电流互感器；饱和；非周期分量
[中图分类号]TM452[文献标志码]A[文章编号]1004-7913(2015)05-0036-04
Analysis on Current Transformer Saturation
WANG Xue-chao',WANG Shi-wei2,YAO Liang'
(1.Nanjing SAC Power Grid Automation Co.,Ltd.,Nanjing,Jiangsu 210032,China;
2.The First Northeast Electric Power Engineering Co.of China Energy Engineering Group,Shenyang,Liaoning 112000,China)
Abstract:As voltage of power grid rises and capability of system increases,along with time constant attendant grows.So direct current
(DC)element attenuates slowly.It creates the model of current transformer (CT)for the saturation and the effect on the differential
relay veracity and speed.The paper analyses the cause of saturation by acrylic element and excitation character of CT based on thethe-
ory analysis and simulation result.
Key words:Current transformer;Saturation;Acrylic element
在电网中发生故障，电流互感器（以下简称
设系统电源为理想电源，故障前后回路如图1
TA)的一次电流能达到额定电流的数十倍之多，
所示。
且包含了衰减的非周期分类。由于电网电压等
U=Usin(@t+a)
级的不断提高，分裂输电线、大容量变压器和发动
机的应用，电力系统的一次时间常数延长更多，因
U=+a-120
此故障电流中的直流分量衰减缓慢，使得铁芯被大
幅单向励磁，从而易出现饱和现象。二次电流随之
+a+120)
畸变，不能正确地反映一次故障电流，影响保护装
置的可靠性，必然给电网安全稳定运行造成严重隐
患。文章从故障电流非周期分量入手，分析TA
图1三相短路故障回路
暂态饱和原因。
短路故障发生前系统电流为（A相)：
(1)
1三相短路电流非周期分量分析
短路电流中的非周期分量是由于系统中感性元
位；P11为短路前系统功率因数角。
件磁通不能突变，在发生故障前后电流周期分量瞬
U
时值不相等的情况下，为保持回路磁通守恒将感应
(2)
出随时间衰减的自由直流分量2。
arctan
1.1三相短路电流表达式计算
万方数据
2015年第5期
王学超，等：电流互感器饱和的原因浅析
37
设故障在t=0时发生，则故障后短路电流瞬
系统中产生短路电流周期分量初始值最大的情况为
时值满足微分方程：
间轴平行。
(3)
其通解为
(4)
式中：Im为故障后短路电流周期分量幅值；p为短
路故障后系统功率因数角；T。为短路电流非周期
分量衰减时间常数；C为积分常数，其值为非周期
分量的起始值。
各量表达式为
U
图2短路瞬时电流相量图
(5
短路故障前后三相电流相量图如图3所示，由
arctan
于系统中三相电气量的相角差为120°，则在故障
R
T,=L/R
中总有一相非周期分量电流起始值较大，有一相较
小。
由于系统中电感电流不能突变，则短路前后电
流瞬时值相等，即：
则非周期分量初值C为
(7)
将非周期分量初值带入短路电流表达式并考虑
到B、C两相电流分别滞后及超前于A相120°，可
得三相短路电流表达式为
图3短路瞬时三相电流相量图
(8)
由于故障前负荷电流较小，故设Im1o1=0;一
般情况下系统阻抗角接近于纯感性，即取p≈90°；
在以上假设下短路电流表达式可简化为
120)-Isin(a-p+120)]eT
(9)
1.2短路电流非周期分量的影响因素
则在=0°或α=180°，即电压过零点时产生
影响短路电流非周期分量初值的主要因素为系
的非周期电流最严重，其波形如图4所示[。此时
统电源电压幅值Um、短路回路阻抗R+jwL及故障
产生的短路电流瞬时值的最大值m(短路冲击电
时刻电源电压初始相角，系统中前两者通常变化
流)将出现在故障发生后约半个周期左右，此时
不大，则此时非周期分量主要由α决定，系统短
冲击电流值为
路故障前后电压电流相量图如图2所示)。
(10)
如图2可见，非周期分量初始值即为故障
式中：Km为冲击系数，其值通常为1.8~1.9。
前电流周期分量1m1o1与故障后短路电流周期分量
2TA暂态饱和分析
2.1含非周期分量的磁通暂态系数计算
看出，当相量差(1m1o-1m)的幅值越大时非周期
TA暂态饱和的根本原因是由短路电流中非周
期分量导致的互感器铁芯饱和引起，根据前述假
1m)与时间轴夹角越小时非周期分量初始值越大；
设，一次回路短路电流表达式为
万方数据
摘要（系统识别）：
东北电力技术
36
NORTHEAST ELECTRIC POWER TECHNOLOGY
2015年第5期
经验
电流互感器饱和的原因浅析
交流
王学超，王士伟2，姚亮
(1.南京国电南自电网自动化有限公司，江苏南京210032：
2.中国能源建设集团东北电力第一工程公司，辽宁沈阳112000)
摘要：电网电压等级不断升高，系统容量亦在不断扩增，造成时间常数随之增长，在故障期间直流分量的衰减更缓。
为了提高电力系统继电保护装置运行的可靠性，针对电流互感器饱和影响差动保护准确性和速动性的问题，建立了电
流互感器的电路模型。根据理论分析和仿真结果比较了不同条件下电流互感器的特性，从故障电流非周期分量和互感
器励磁特性两个方面，分析互感器饱和产生的原因。
关键词：电流互感器；饱和；非周期分量
[中图分类号]TM452[文献标志码]A[文章编号]1004-7913(2015)05-0036-04
Analysis on Current Transformer Saturation
WANG Xue-chao',WANG Shi-wei2,YAO Liang'
(1.Nanjing SAC Power Grid Automation Co.,Ltd.,Nanjing,Jiangsu 210032,China;
2.The First Northeast Electric Power Engineering Co.of China Energy Engineering Group,Shenyang,Liaoning 112000,China)
Abstract:As voltage of power grid rises and capability of system increases,along with time constant attendant grows.So direct current
(DC)element attenuates slowly.It creates the model of current transformer (CT)for the saturation and the effect on the differential
relay veracity and speed.The paper analyses the cause of saturation by acrylic element and excitation character of CT based on thethe-
ory analysis and simulation result.
Key words:Current transformer;Saturation;Acrylic element
在电网中发生故障，电流互感器（以下简称
设系统电源为理想电源，故障前后回路如图1
TA)的一次电流能达到额定电流的数十倍之多，
所示。
且包含了衰减的非周期分类。由于电网电压等
U=Usin(@t+a)
级的不断提高，分裂输电线、大容量变压器和发动
机的应用，电力系统的一次时间常数延长更多，因
U=+a-120
此故障电流中的直流分量衰减缓慢，使得铁芯被大
幅单向励磁，从而易出现饱和现象。二次电流随之
+a+120)
畸变，不能正确地反映一次故障电流，影响保护装
置的可靠性，必然给电网安全稳定运行造成严重隐
患。文章从故障电流非周期分量入手，分析TA
图1三相短路故障回路
暂态饱和原因。
短路故障发生前系统电流为（A相)：
(1)
1三相短路电流非周期分量分析
短路电流中的非周期分量是由于系统中感性元
位；P11为短路前系统功率因数角。
件磁通不能突变，在发生故障前后电流周期分量瞬
U
时值不相等的情况下，为保持回路磁通守恒将感应
(2)
出随时间衰减的自由直流分量2。
arctan
1.1三相短路电流表达式计算
万方数据
2015年第5期
王学超，等：电流互感器饱和的原因浅析
37
设故障在t=0时发生，则故障后短路电流瞬
系统中产生短路电流周期分量初始值最大的情况为
时值满足微分方程：
间轴平行。
(3)
其通解为
(4)
式中：Im为故障后短路电流周期分量幅值；p为短
路故障后系统功率因数角；T。为短路电流非周期
分量衰减时间常数；C为积分常数，其值为非周期
分量的起始值。
各量表达式为
U
图2短路瞬时电流相量图
(5
短路故障前后三相电流相量图如图3所示，由
arctan
于系统中三相电气量的相角差为120°，则在故障
R
T,=L/R
中总有一相非周期分量电流起始值较大，有一相较
小。
由于系统中电感电流不能突变，则短路前后电
流瞬时值相等，即：
则非周期分量初值C为
(7)
将非周期分量初值带入短路电流表达式并考虑
到B、C两相电流分别滞后及超前于A相120°，可
得三相短路电流表达式为
图3短路瞬时三相电流相量图
(8)
由于故障前负荷电流较小，故设Im1o1=0;一
般情况下系统阻抗角接近于纯感性，即取p≈90°；
在以上假设下短路电流表达式可简化为
120)-Isin(a-p+120)]eT
(9)
1.2短路电流非周期分量的影响因素
则在=0°或α=180°，即电压过零点时产生
影响短路电流非周期分量初值的主要因素为系
的非周期电流最严重，其波形如图4所示[。此时
统电源电压幅值Um、短路回路阻抗R+jwL及故障
产生的短路电流瞬时值的最大值m(短路冲击电
时刻电源电压初始相角，系统中前两者通常变化
流)将出现在故障发生后约半个周期左右，此时
不大，则此时非周期分量主要由α决定，系统短
冲击电流值为
路故障前后电压电流相量图如图2所示)。
(10)
如图2可见，非周期分量初始值即为故障
式中：Km为冲击系数，其值通常为1.8~1.9。
前电流周期分量1m1o1与故障后短路电流周期分量
2TA暂态饱和分析
2.1含非周期分量的磁通暂态系数计算
看出，当相量差(1m1o-1m)的幅值越大时非周期
TA暂态饱和的根本原因是由短路电流中非周
期分量导致的互感器铁芯饱和引起，根据前述假
1m)与时间轴夹角越小时非周期分量初始值越大；
设，一次回路短路电流表达式为
万方数据
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