TPY型电流互感器暂态特性对差动保护影响研究

摘要

电流互感器是一种连接一二次系统的重要设备，其中保护级电流互感器主要用于异常运行或设备故障时为继电保护提供动作依据。目前对于保护级电流互感器特性评估的方法常常使用标准CT、互感器校验仪、升流器、电流负载箱、调压器等试验设备进行现场测量，操作繁琐，且通常只进行电流互感器的稳态特性指标的获取，缺少对暂态特性分析。为了方便评估电流互感器的性能，提高保护级电流互感器的测量精度，改进继电保护装置的技术能力，根据实物建立仿真模型是有必要的。　　本文以电力系统中广泛运用的TPY型（开气隙的暂态保护级）电流互感器为例，建立保护级电流互感器的稳态和暂态的数学模型，在考虑高剩磁或直流偏磁环境下对TPY电流互感器传变特性进行分析，以供对继电保护的影响进行研究；对TPY型电流互感器的电磁饱和特性进行分析，同时给出了TPY型电流互感器误差的计算和补偿方法，最后通过实物验证了数学模型的准确性。将所建立的数学模型移植到PSCAD数字仿真平台上，实现了无故障条件下改变输入电流、故障条件下改变负载阻抗特性和多次故障重合闸三大类情况下的电磁暂态模拟，以数字仿真的形式分析了TPY型电流互感器暂态特性对线路差动保护的影响，并以此为依据开展保护性能分析和能力改进工作。　　在路平 500kV 变电站的扩建工程中，由于新增的线路保护、母线保护、断路器保护均采用 TPY 绕组，而前期工程则采用 5P30 型电流互感器，为防止母线区外故障时，母线保护因CT特性不一致产生的差流引发的保护误动作，对TPY和5P30 型电流互感器同时接入母差保护后的差流特性进行了分析，并为运行人员提供了指导建议，保证系统安全稳定运行。　　最终，根据前述的数字仿真模型，介绍了特性评估所涉及的特征参数，并设计了相应的试验和数据分析方法求取对应的参数。通过结合实物试验和仿真数据，对电流互感器稳态性能、暂态性能进行分析，量化其传变性能对继电保护的影响，推进保护技术能力的进步，优化智能变电站电流互感器配置方案，完善智能变电站设计，降低智能变电站建设成本。

目录

1 绪 论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 P型和TPY型电流互感器概述

1.3 差动保护概述

1.3.1 电力系统继电保护的基本原理

1.3.3 差动保护目前面临的问题

1.4.1 故障简述

1.4.2 保护动作情况分析

1.5 研究内容

2 TPY型电流互感器数学模型研究

2.1 TPY型电流互感器的运行原理和稳态模型

2.1.1 TPY型电流互感器稳态模型

2.1.2 等值电路图与相量图

2.2 TPY型电流互感器的暂态模型

2.2.1 暂态过程中一次电流建模

2.2.2 暂态过程中励磁电流建模

2.2.3 暂态过程中电磁耦合建模

2.3 TPY型电流互感器误差机理研究

2.3.1 TPY电流互感器稳态测量误差

2.3.2 TPY电流互感器暂态测量误差

2.3.3 TPY电流互感器稳态误差影响因素及补偿措施

2.3.4 TPY电流互感器暂态误差改善措施

2.4 TPY在高剩磁或者直流偏磁环境下的传变特性变化

2.4.1 剩磁产生的机理

2.4.2 剩磁对TPY的影响

2.4.3 剩磁对TPY暂态传变特性的影响

2.5 本章小结

3 TPY电流互感器对差动保护的影响分析

3.1.1 电流互感器磁化曲线的拟合

3.1.2 PSCAD实时仿真模型

3.1.3 仿真工况一：无故障下，增大线路电流周期分量幅值

3.1.4 仿真工况二：故障—线路电流含有周期分量和无非周期分量

3.1.5 仿真工况三：C-O-C-O

3.2 剩磁对差动保护的影响

3.3 本章小结

4 500kV路平站扩建后母差保护差流特性分析

4.1 背景概述

4.2 自定义模型参数确定和仿真系统介绍

4.3 稳态下仿真结果

4.4 暂态下仿真结果

4.4.1 阻性负载情况下的仿真结果

4.4.2 阻感负载情况下得仿真结果

4.4.3 仿真汇总

4.5 电流互感器混用的评估结果

4.6 本章小结

5 TPY电流互感器参数确定及试验方案

5.1 系统特征参数

5.1.1 直流电压试验

5.1.2 交流空载试验

5.1.3 二次负载试验

5.2.1 稳态参数选取

5.2.2 比差和角差

5.2.3 复合误差

5.2.4 V-A特性曲线

5.2.5 10%误差特性曲线

5.3 暂态性能分析测试

5.3.1 系统故障特征的选取

5.3.2 电流互感器暂态特性的仿真计算

5.4 本章小结

6 总结与展望

参考文献

附录

A. 学位论文数据集

致谢