电流互感器暂态饱和特性及差动保护应对措施

摘要

当今电力系统规模越来越大，电压等级越来越高，结构愈加复杂，系统中的暂态过程也愈加复杂。其中，对传统电磁式电流互感器(CT)暂态过程的影响最为严重。电流互感器根据电磁感应原理，通过一、二次侧线圈及铁芯间的磁耦合，将大电流按变比变换成小电流。由于CT铁芯的非线性，当故障短路电流超过CT额定限值一次电流时，极易造成铁芯饱和而导致CT失去线性传变特性，造成线路差动保护误动。CT暂态过程十分复杂，受多种因素影响。目前常用的CT暂态过程研究方法主要分为两类:数学模型和动模实验。其中，数学模型由于操作简便，易于实现，应用较为广泛，如J-A模型。经典的J-A模型，可以较好地反应各种因素对CT暂态饱和的影响。但未针对模型中非物理解问题给出解决方法，导致在局部磁滞回线中非分磁导率出现负值，不能对局部特征进行具体地描述，精确度较差。本文就上述研究中存在的问题进行了研究，基于经典J-A理论，对J-A算法进行了改进，提出了修正模型中非物理解的方法，搭建了改进模型。
　　本文首先从电流互感器的构成及原理入手，分别对CT的稳态、暂态过程进行了分析，之后着重对互感器的暂态饱和过程进行理论分析，并在PSCAD/EMTDC环境下，分别基于J-A理论和Preisach理论搭建了CT仿真模型，利用Preisach模型与J-A模型进行对比。详细分析了其对电流的传变过程，仿真研究了相关因素对暂态饱和过程的影响，较好地还原了CT传变特性。其次，针对J-A理论非物理解问题和Preisach理论精确度不足进行改进，通过仿真验证验证了改进的可行性。最后，将上述改进模型，接入搭建的电力系统差动保护仿真模型中，利用CT饱和前的线性传变区改进采样值差动判据，通过仿真进一步研究模型在系统中性能，研究在不同故障环境下，互感器暂态饱和对线路差动保护的影响。
　　通过本文的研究，改进了B-H求解算法，能够更加准确地对CT磁滞回线进行描述。并以搭建的新CT模型为基础，分析各因素对CT模型暂态过程的影响而引起差动保护的变化，且提出了相应的抗饱和措施，对电力系统安全正常运行具有重要意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 课题研究现状及存在问题

1．2．1 电流互感器建模研究现状

1．2．2 CT建模理论研究

1．2．3 PSCAD建模研究现状

1．3 研究方法的分类

1．4 本文主要工作

2 电流互感器暂态特性分析

2．1 电流互感器概述

2．1．1 测量用电流互感器

2．1．2 保护用电流互感器

2．2 保护用电流互感器分类

2．2．1 稳态保护类(P类)

2．2．2 暂态保护类(TP类)

2．3 电流互感器暂态特性

2．3．1 电力系统中的暂态过程

2．3．2 电流互感器的暂态过程

2．4 电流互感器饱和特性

2．4．1 CT铁芯的磁化特性

2．4．2 电流互感器稳态饱和特性

2．4．3 电流互感器暂态饱和特性

2．5 本章小结

3 基于PSCAD的电流互感器建模及仿真

3．1 基于PSCAD／EMTDC的电流互感器建模

3．2 饱和仿真

3．2．1 稳态饱和仿真

3．2．2 暂态饱和仿真

3．3 基于单相双绕组UMEC互感器建模

3．4 本章小结

4 基于J-A理论的电流互感器建模

4．1 经典Preisach理论

4．2 经典J-A理论

4．2．1 J-A磁滞数学模型基本励磁理论

4．2．2 原始J-A磁滞模型

4．2．3 改进的J-A模型

4．4 两种模型比较

4．5 本章小结

5 电流互感器饱和对差动保护的影响

5．1 差动保护原理概述

5．1．1 采样值差动保护原理

5．1．2 CT饱和对改进采样值差动保护的影响

5．2 模型仿真

5．2．2 500kV单机-无穷大系统模型

5．3 抗饱和措施

5．4 本章小结

6 结论

6．1 总结

6．2 课题展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果