當電網中一次電流包含有長時間的非周期分量時，可能會使電流互感器的鐵芯深度飽和，但飽和出現的時間有時延，且時延大小與系統一次時間常數、互感器二次回路時間常數、非周期分量幅值、CT 的工作循環以及CT 的暫態面積系數等有關。文中通過實例計算分析了CT暫態延時飽和過程，論述了減小互感器飽和對保護裝置影響的改進措施。

引言

電流互感器暫態飽和問題是目前系統中普遍存在的一個問題，電流互感器的暫態飽和與電流互感器中的剩磁以及互感器短路電流中的非周期分量密切相關。當一次電流包含有長時間的非周期分量時，可能使互感器鐵芯深度飽和，但飽和出現的時間有時延，且時延大小與系統一次時間常數、互感器二次回路時間常數TP、非周期分量幅值、CT的工作循環以及CT 的暫態面積系數等有關。這主要是因為電流互感器的勵磁回路是一個大電感，發生故障時，按TP衰減的一次電流非周期分量（ 強迫分量） 突然作為勵磁電流，為滿足電流互感器勵磁電感中電流不能突變的要求，二次回路必然產生自由直流分量，來保證電感電流不能突變。此自由直流分量按Ts衰減，于是出現了勵磁電流按一定規律延時上升的現象。Tp與電壓等級及故障點位置有關，Ts與互感器的勵磁電感及二次負荷有關。直流勵磁電流不產生變化磁通，但能作為勵磁電流而改變鐵芯的工況。如果非周期分量存在時間長，則很容易使互感器出現暫態飽和，其鐵芯中磁通變化的情況如圖1 所示。

圖1 互感器鐵芯中磁通變化情況

圖中φac為一次電流中交流分量在鐵芯中感應的磁通； φdc為一次電流中直流分量在鐵芯中感應的磁通； Σφ 為一次電流中交流分量和直流分量在鐵芯中產生的疊加磁通。

電流互感器的暫態飽和過程是鐵芯磁鏈隨著一次電流非周期分量的時間積分作用而逐漸進入飽和的過程，即電流互感器一開始能夠線性傳變一次信息，即電流互感器在非周期分量影響下進入暫態飽和存在有延時。

1、CT 暫態延時飽和實例計算分析

1. 1 某220kV 變電站CT 暫態延時飽和實例

2009 年4 月，某220kV 變電站110kV 旁路550 開關（ 帶線路1） 線路保護動作跳閘，重合不成，后加速保護動作跳閘，同時，重合后該變電站220kV#1 主變差動保護，因110kV 側CT 飽和，在區外故障時越級動作出口跳閘（ 變電站一次系統接線圖如圖2 所示） 。此次故障為線路近端的三相永久性金屬接地故障。

圖2 變電站一次系統接線圖

該變電站#1 主變保護110kV 側CT，在本次線路故障過程中，其二次電流波形如圖3 所示。

圖3 #1 主變保護110kV 側CT二次電流波形

從圖3 上可以明顯地看出，在旁路開關重合于三相永久性故障后，CT 電流波形發生偏移，存在有非周期分量，該非周期分量最終導致了CT 暫態飽和，且飽和延時約兩周波。

1. 2 飽和延時計算分析

該變電站#1 主變保護110kV 側B 相采用的CT 型號為LB7 － 110W2，保護所用繞組準確級為10P19，變比為600 /5，額定二次負荷為50VA，實測二次負載阻值為Rb = 0. 7Ω，CT 二次繞組電阻值為RCT = 0. 23Ω。由于該CT 歷史運行情況良好，因此，不考慮CT 剩磁的影響。

對于飽和的延時，在不考慮剩磁的情況下，可以從下式計算得到：

Ktd為暫態系數，Kt1為暫態裕度系數，當Ktd ＞ Kt1時，認為CT 開始飽和，此時t″為飽和延時。此外，式中：

Tp為一次時間常數，采用經典參數80 － 120ms; Ts為二次時間常數，采用經典參數5s; RCT為CT 二次繞組直流電阻； Rb為CT 實際二次負載； Rbn為CT 額定二次負載； KALF為CT 準確限值系數； Kpcf為CT短路電流校驗系數； θ‘為第一次短路電流偏移角； θ″為第二次短路電流偏移角。

計算中考慮的CT 工作狀態為線路重合閘情況下的CT 工作狀態，即CT 從開關合閘帶電，到線路第一次短路故障開關跳閘（ 第一次短路時間t’） ，再經線路重合閘（ 重合閘延時t） ，最后重合于故障再跳閘（ 第二次短路時間t″） ，整個工作過程即是：

C（ 開關合閘） →t‘（ 經第一次短路時間） →O（ 開關跳閘） →tfr（ 經重合閘延時） →C（ 開關重合） →t″（ 經第二次短路時間） →O（ 開關跳閘）為對飽和延時t″進行估算，在上述公式中，Tp采用經典參數80 或120ms，Ts采用經典參數5s，并考慮第一次短路電流無偏移θ’ = 90°，且第一次短路時間t‘ = 60ms，重合時間tfr = 2. 083s。下面以第二次短路電流全偏移θ″ = 0°及部分偏移θ″ = 30°、θ″ = 60°為例進行計算，結果見表1。

表1 飽和延時估算結果

從估算結果可以看出，CT 飽和延時與一次側短路電流偏移角有很大關系，短路電流偏移角越大飽和延時越長。當第二次短路電流偏移角θ″ = 60°時，暫態飽和延時估算結果與實際較吻合。

正是由于主變差動保護110kV 側CT 暫態飽和，導致了主變差動保護中差流的產生，并最終導致了主變差動保護越級動作，因此需要采取必要的改進措施來減少CT 暫態飽和對保護的影響。本案例在不更換CT 的情況下，通過增大CT 的暫態裕度系數來減少CT 暫態飽和對保護的影響。

2、CT 暫態飽和對保護影響的改進措施

2. 1 增大CT 暫態裕度系數

從上述公式可以看出，通過增大電流互感器的變比、減小電流互感器的二次負載、增大準確限制值系數均可起到增大CT 暫態裕度系數的目的。通過增大CT 暫態裕度系數，可以延長故障后互感器線性傳變時間，確保繼電保護裝置不因電流互感器的飽和而延緩動作或拒動、誤動。

2. 2 選擇合適的CT

2. 2. 1 采用PR 類電流互感器

PR 類電流互感器對剩磁有限制，要求不超過10%。采用PR 類電流互感器取代P 類電流互感器，可大大消除剩磁對電流互感器飽和的影響，增加故障后電流互感器的線性傳變時間，保證繼電保護裝置的正確動作率。

2. 2. 2 采用TPY 級電流互感器

目前，500kV 系統線路保護用的電流互感器廣泛選用TPY 級電流互感器。該級電流互感器鐵芯設置一定的非磁性間隙，規定了暫態工作循環中的峰值瞬時誤差，同時要求剩磁通不超過飽和磁通的10%，限制了剩磁，適用于雙工作循環和重合閘情況。

結語

電流互感器暫態飽和問題是普遍存在的，通過采用對互感器剩磁有限制的PR 類或TPY 類電流互感器，可以有效地避免因剩磁導致的電流互感器暫態飽和的問題。對于非周期分量引起的暫態飽和問題，需要根據互感器所在系統暫態問題的嚴重程度，適當地選取互感器參數，通過增大CT 暫態裕度系數，延長故障后互感器線性傳變時間，確保繼電保護裝置不因電流互感器的飽和而延緩動作或拒動、誤動。