黃 婷，鄭 濤 ，陸格野，劉連光 ，白加林，高昌培

（1.華北電力大學(xué) 新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206；2.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，貴州 貴陽(yáng) 550002）

0 引言

差動(dòng)保護(hù)作為電氣設(shè)備的主保護(hù)而得到了廣泛應(yīng)用，其動(dòng)作性能受到差動(dòng)回路不平衡電流的影響。對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)而言，因涉及不同電壓等級(jí)下的2個(gè)甚至多個(gè)電流互感器CT（Current Transformer），其差動(dòng)回路的不平衡電流取決于各側(cè)電流互感器的相對(duì)誤差而不是單個(gè)電流互感器的誤差［1］。同時(shí)，單個(gè)電流互感器選型時(shí)的校驗(yàn)方法只能減輕電流互感器的飽和程度及延長(zhǎng)入飽和時(shí)間，不能保證在故障過(guò)程中不發(fā)生暫態(tài)飽和［2-4］。因此，即使單個(gè)電流互感器的誤差滿足繼電保護(hù)要求，若變壓器各側(cè)電流互感器特性不匹配，發(fā)生區(qū)外故障時(shí)也可能出現(xiàn)變壓器一側(cè)電流互感器不飽和、另一側(cè)電流互感器深度飽和的情形，該情況下差動(dòng)保護(hù)不平衡電流將急劇增大，進(jìn)而導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。文獻(xiàn)［5］在分析變壓器保護(hù)用電流互感器“同型”問(wèn)題時(shí)指出電流互感器“同型”的含義是：各電流互感器的安匝數(shù)、幾何尺寸相同，鐵芯、二次繞組的材料完全一樣，但各自的變比可不同。若變壓器兩側(cè)電流互感器配置“同型”，將可保證變壓器發(fā)生區(qū)外故障時(shí)兩側(cè)電流互感器的靜態(tài)工作點(diǎn)相對(duì)一致，入飽和時(shí)間相同，進(jìn)而極大地減小不平衡電流，防止差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。因此，電流互感器的“同型”問(wèn)題是影響不平衡電流的重要因素之一，且電流互感器的“同型”匹配應(yīng)包括安匝數(shù)匹配、幾何尺寸匹配、二次繞組材料匹配、二次負(fù)載匹配、變比匹配等多方面的匹配，以達(dá)到變壓器各側(cè)電流互感器在暫態(tài)過(guò)程中同時(shí)進(jìn)入飽和的目的。

目前，對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)中各側(cè)電流互感器“同型”問(wèn)題的研究尚缺乏詳細(xì)的理論支撐及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，主要集中在電流互感器二次負(fù)載的匹配上。文獻(xiàn)［6］指出，保護(hù)用電流互感器的繞組特性與二次回路配合不當(dāng)會(huì)造成不平衡電流增大，可能使差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，建議對(duì)電流互感器的二次繞組伏安特性、二次回路負(fù)載進(jìn)行檢測(cè)；文獻(xiàn)［7-8］指出，變壓器差動(dòng)保護(hù)中各側(cè)電流互感器的二次負(fù)載匹配是減小不平衡電流的有效方法，且各側(cè)電流互感器的二次負(fù)載是否匹配，不能以實(shí)測(cè)二次負(fù)載進(jìn)行簡(jiǎn)單比較，而應(yīng)該按照同一輸出功率下，兩側(cè)電流互感器的二次飽和電動(dòng)勢(shì)與二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比相等的條件進(jìn)行匹配。

上述研究結(jié)論均以理論分析為基礎(chǔ)，分析了電流互感器“同型”問(wèn)題帶來(lái)的影響及對(duì)應(yīng)的解決措施，但缺乏詳細(xì)的對(duì)比論證，且主要集中在電流互感器二次負(fù)載的匹配。本文基于電路、磁路分析，得到了影響變壓器差動(dòng)保護(hù)用各側(cè)電流互感器“同型”匹配的因素及評(píng)估方法，并結(jié)合變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)案例進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明該“同型”匹配方案可明顯減小發(fā)生變壓器區(qū)外故障時(shí)因電流互感器飽和引起的差動(dòng)不平衡電流，并據(jù)此提出了切實(shí)可行的解決措施及選型建議，有效避免了變壓器一側(cè)電流互感器不飽和、另一側(cè)電流互感器嚴(yán)重飽和引起變壓器發(fā)生區(qū)外故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)。

1 電流互感器“同型”匹配原理

1.1 電流互感器的飽和特性及其對(duì)不平衡電流的影響

圖1為電流互感器折算至其二次側(cè)的等值電路。圖中，N1為一次繞組匝數(shù)；N2為二次繞組匝數(shù)；ip為一次側(cè)電流；i′p為折算到二次側(cè)的一次電流；is為電流互感器二次側(cè)電流；iμ為電流互感器勵(lì)磁電流；Xμ為電流互感器勵(lì)磁電抗；XCT為電流互感器二次繞組電抗；RCT為二次繞組電阻；Zload=Rb+jXb，為電流互感器負(fù)載；E2為折算至電流互感器二次側(cè)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；U2為電流互感器二次負(fù)載端電壓。

圖1 電流互感器折算至二次側(cè)的等值電路Fig.1 Equivalent circuit of CT，obverted to secondary side

由圖1可得：

其中，nCT=N2／N1，為電流互感器變比。

電流互感器勵(lì)磁電流 iμ的存在使 i′p、is數(shù)值不等，使電流互感器傳變產(chǎn)生誤差。

電流互感器正常運(yùn)行時(shí)，電流互感器傳變誤差在變壓器差動(dòng)回路中引起的不平衡電流為［9］：

其中，Iμ1、Iμ2分別為電流互感器 1、電流互感器 2 的勵(lì)磁電流相量。

正常運(yùn)行時(shí)，作用在電流互感器一次側(cè)的電流是幅值較小的工頻電流，鐵芯磁密只運(yùn)行在圖2中靠近原點(diǎn)的小磁滯回環(huán)中，工作在低磁密下，其勵(lì)磁阻抗很大，用于產(chǎn)生工作磁密的勵(lì)磁電流非常小，即iμ≈0，此時(shí)可認(rèn)為電流互感器二次電流正比于一次電流［10］。差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流的整定已考慮了電流互感器可容許的最大穩(wěn)態(tài)相對(duì)傳變誤差，對(duì)于誤差系數(shù)為10%的電流互感器而言，最大穩(wěn)態(tài)相對(duì)傳變誤差為20%，因此，上述穩(wěn)態(tài)傳變誤差不會(huì)造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

圖2 電流互感器鐵芯的磁滯回線Fig.2 Magnetic hysteresis loop of CT

而變壓器發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，故障電流不僅包含數(shù)值很大的穩(wěn)態(tài)電流，還包含按指數(shù)形式衰減的非周期分量，該非周期分量將明顯改變電流互感器鐵芯的運(yùn)行工況，鐵芯磁通將隨一次電流非周期分量的時(shí)間積分作用而不斷上升，直至達(dá)到飽和磁通，使電流互感器出現(xiàn)暫態(tài)飽和［8，11］。達(dá)到暫態(tài)飽和后，電流互感器的勵(lì)磁阻抗明顯減小，用于產(chǎn)生工作磁密的勵(lì)磁電流將明顯增大，進(jìn)而使電流互感器的暫態(tài)傳變誤差明顯增大。

考慮變壓器區(qū)外故障最嚴(yán)重的情況且忽略電流互感器的比差和角差，當(dāng)兩側(cè)電流互感器均未出現(xiàn)飽和時(shí)，同一故障電流下完全由兩側(cè)電流互感器特性不同造成的暫態(tài)不平衡電流為［12］：

其中， iμ1、iμ2分別為變壓器兩側(cè)電流互感器 1、電流互感器2的勵(lì)磁電流；I12m為折算到電流互感器1二次側(cè)的一次電流周期分量幅值；Ts1、Ts2分別為變壓器兩側(cè)電流互感器1、電流互感器2的時(shí)間常數(shù)；Tp為一次系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)。

暫態(tài)過(guò)程中的勵(lì)磁電流比穩(wěn)態(tài)過(guò)程中的勵(lì)磁電流大得多［13］，變壓器各側(cè)均配置P級(jí)電流互感器時(shí)，P級(jí)電流互感器之間的時(shí)間常數(shù)相差較小，造成的不平衡電流不會(huì)導(dǎo)致具有比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)［5］。

含非周期分量的暫態(tài)電流易使電流互感器飽和，若出現(xiàn)變壓器一側(cè)電流互感器嚴(yán)重飽和、另一側(cè)電流互感器未飽和的情況，則暫態(tài)不平衡電流將顯著增大，極易造成變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)［14-17］。

1.2 電流互感器“同型”匹配原理

當(dāng)電流互感器的誤差滿足繼電保護(hù)要求時(shí)，必須對(duì)變壓器兩側(cè)電流互感器進(jìn)行特性匹配，使發(fā)生區(qū)外故障時(shí)在最大短路電流作用下的兩側(cè)電流互感器同時(shí)進(jìn)入飽和，避免出現(xiàn)發(fā)生區(qū)外故障時(shí)變壓器一側(cè)電流互感器不飽和、另一側(cè)電流互感器深度飽和的情況，這也是電流互感器“同型”匹配的目標(biāo)。為簡(jiǎn)化計(jì)算，理論分析時(shí)做如下假設(shè)：

a.電流互感器二次負(fù)載一般電阻占優(yōu)，故設(shè)電流互感器二次負(fù)載為純阻性；

b.不計(jì)電流互感器鐵損，即不考慮磁滯特性，并以常用的兩折線式磁化特性代替磁滯回線。

變壓器兩側(cè)電流互感器的兩段式磁化特性曲線ψ-i如圖3所示。變壓器正常運(yùn)行時(shí)，高壓側(cè)電流互感器1、低壓側(cè)電流互感器2的工作點(diǎn)分別為C1、C2，電流互感器1、2的飽和點(diǎn)分別為D1、D2，為避免出現(xiàn)變壓器一側(cè)電流互感器未飽和、另一側(cè)電流互感器嚴(yán)重飽和的情況，必須保證在發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，在最大短路電流作用下的兩側(cè)電流互感器同時(shí)進(jìn)入飽和，即圖3中兩側(cè)電流互感器的工作點(diǎn)連線的斜率必須與線段D1D2的斜率相等，即C1C2∥D1D2。因此，兩側(cè)電流互感器的磁路關(guān)系應(yīng)滿足：

其中，ψ1、ψ2分別為電流互感器1、電流互感器2的工作點(diǎn)磁鏈；ψs1、ψs2分別為電流互感器1、電流互感器2的飽和點(diǎn)磁鏈。電流互感器1、電流互感器2若出現(xiàn)飽和，設(shè)飽和后的工作點(diǎn)分別為 M1、M2，則飽和后電流互感器的磁路關(guān)系仍然滿足式（4）?？紤]到ψ=N2SB（S為電流互感器鐵芯的橫截面積，B為電流互感器鐵芯的磁密），式（4）可化成：

其中，B1、B2分別為 ψ1、ψ2對(duì)應(yīng)的鐵芯的工作磁密；Bs1、Bs2分別為 ψs1、ψs2對(duì)應(yīng)的飽和磁密。

圖3 各側(cè)電流互感器的兩段式磁化特性Fig.3 Two-sectional excitation characteristic for CTs at different sides

結(jié)合圖1所示的電流互感器等值電路，有：

其中，E1、E2分別為電流互感器1、電流互感器2的二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；IT1、IT2分別為變壓器高壓側(cè)、低壓側(cè)的實(shí)際電流；nCT1、nCT2和nT分別為電流互感器1的變比、電流互感器2的變比和變壓器變比；RCT1、RCT2分別為電流互感器1、電流互感器2的二次繞組電阻；Rb1、Rb2分別為電流互感器1、電流互感器2的二次實(shí)際負(fù)載。

由法拉第電磁感應(yīng)定律可知：

其中，N21、N22分別為電流互感器1、電流互感器2的二次繞組匝數(shù)；S1、S2分別為電流互感器1、電流互感器2的鐵芯橫截面積。

聯(lián)立式（5）—（7）得：

因此，影響主變壓器兩側(cè)電流互感器“同型”匹配的因素有：電流互感器鐵芯的橫截面積；電流互感器的二次側(cè)繞組匝數(shù)；電流互感器的變比；變壓器的變比；電流互感器的二次負(fù)載；電流互感器鐵芯的飽和磁密。

此外，當(dāng)變壓器兩側(cè)電流互感器特性參數(shù)滿足匹配等式（8）時(shí)，兩側(cè)電流互感器在線性段的差動(dòng)不平衡電流完全由兩側(cè)電流互感器的穩(wěn)態(tài)或暫態(tài)相對(duì)傳變誤差決定，且能同時(shí)進(jìn)入飽和，達(dá)到飽和后，差動(dòng)不平衡電流相對(duì)于未“同型”匹配時(shí)可能出現(xiàn)的一側(cè)電流互感器不飽和、另一側(cè)電流互感器嚴(yán)重飽和情況下的差動(dòng)不平衡電流小得多。因此，式（8）可作為兩側(cè)電流互感器“同型”匹配的選型及校驗(yàn)依據(jù)。

2 仿真驗(yàn)證

利用PSCAD／EMTDC軟件建立220 kV單相系統(tǒng)，系統(tǒng)接線圖如圖4所示。圖中，變壓器變比為220 kV／35 kV，高、低壓側(cè)分別配置800 A／5 A的電流互感器1、4000 A／5 A的電流互感器2（相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1），電流互感器采用基于J-A理論的仿真模型，采樣頻率為4 kHz。

圖4 系統(tǒng)接線圖Fig.4 Wiring diagram of system

表1 變壓器兩側(cè)電流互感器的參數(shù)Table 1 Parameters for CTs at two sides of transformer

2.1 誤動(dòng)案例

根據(jù)某實(shí)際誤動(dòng)案例，變壓器35 kV側(cè)在0.2 s發(fā)生金屬性接地故障，100 ms后線路過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作跳低壓側(cè)斷路器QF3，切除故障，400 ms后進(jìn)行重合閘，重合后29 ms變壓器差動(dòng)保護(hù)發(fā)出跳閘信號(hào)，跳開(kāi)變壓器高、低壓側(cè)斷路器。

變壓器差動(dòng)保護(hù)采用兩折線的比率制動(dòng)特性，輔助判據(jù)為二次諧波制動(dòng)判據(jù)。取二次諧波制動(dòng)比為20%，最小動(dòng)作電流為Iop=0.2Ie（Ie為變壓器基準(zhǔn)側(cè)的電流互感器二次額定電流），則動(dòng)作方程為：

其中，Iop為動(dòng)作電流；差動(dòng)電流制動(dòng)電流本誤動(dòng)案例中，i=1 和 i=2 時(shí)，Ii分別為變壓器高壓側(cè)電流互感器1和變壓器低壓側(cè)電流互感器2的二次側(cè)電流。

圖5、圖6給出了變壓器兩側(cè)電流互感器的電流波形和差動(dòng)電流波形（已折算為標(biāo)幺值，后同），圖7、圖8分別為差動(dòng)電流-制動(dòng)電流的動(dòng)作軌跡及保護(hù)動(dòng)作情況。由圖5、圖6可知，故障切除前，變壓器兩側(cè)電流互感器出現(xiàn)不同程度的飽和，差動(dòng)電流增大，最大差動(dòng)電流的基波電流為6.5428 p.u.，此時(shí)對(duì)應(yīng)的制動(dòng)電流為9.4306 p.u.，進(jìn)入比率制動(dòng)特性的動(dòng)作區(qū)，但由圖6、圖8可知，此時(shí)差動(dòng)電流的二次諧波比大于20%，差動(dòng)保護(hù)閉鎖，未出現(xiàn)誤動(dòng)；斷路器重合后，兩側(cè)電流互感器仍出現(xiàn)了不同程度的飽和，差動(dòng)電流增大，最大基波電流為5.102 1 p.u.，對(duì)應(yīng)的制動(dòng)電流為8.0743 p.u.，差動(dòng)保護(hù)工作點(diǎn)進(jìn)入動(dòng)作區(qū)，但此時(shí)由于差動(dòng)電流的二次諧波比小于20%，所以差動(dòng)保護(hù)開(kāi)放，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳出口斷路器，保護(hù)誤動(dòng)。

圖5 “同型匹配”前，發(fā)生區(qū)外故障時(shí)各側(cè)電流互感器的二次電流波形Fig.5 Secondary current waveforms of CTs at different sides during out-zone fault before type-matching

圖6 差動(dòng)電流波形Fig.6 Waveforms of differential current

圖7 差動(dòng)電流-制動(dòng)電流動(dòng)作軌跡Fig.7 Operating track for differential current and restraint current

圖8 差動(dòng)電流、制動(dòng)電流及保護(hù)動(dòng)作情況Fig.8 Differential current，restraint current and protective actions

2.2 電流互感器匹配“同型”及仿真驗(yàn)證

為驗(yàn)證本文“同型”匹配方案的有效性，本節(jié)將對(duì)上述誤動(dòng)案例中的電流互感器特性進(jìn)行“同型”匹配，分析不同調(diào)整方式如改變電流互感器二次負(fù)載、繞組匝數(shù)、橫截面積等因素對(duì)應(yīng)的匹配效果，并綜合考慮一次系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)、故障初相角、故障電流周期分量幅值等因素，對(duì)變壓器各側(cè)電流互感器在不同故障電流下的特性一致性進(jìn)行了仿真分析。

上述誤動(dòng)案例中，變壓器兩側(cè)電流互感器的實(shí)測(cè)勵(lì)磁曲線及初始工作點(diǎn)位置如圖9所示。對(duì)比圖3、圖9可知，兩側(cè)電流互感器的初始工作點(diǎn)連線與各自的飽和點(diǎn)連線不平行。將表1中變壓器兩側(cè)電流互感器的設(shè)計(jì)參數(shù)代入式（8），等式左邊等于0.4906，明顯小于1，因此，變壓器兩側(cè)電流互感器的特性不匹配。以調(diào)整二次負(fù)載為例，當(dāng)電流互感器1的二次負(fù)載調(diào)整為5 Ω，其他參數(shù)不變時(shí)，由匹配等式（8）可得，電流互感器2匹配后的二次負(fù)載應(yīng)變?yōu)?.69 Ω，此時(shí)變壓器兩側(cè)電流互感器的正常工作點(diǎn)位置如圖9所示，由圖9可見(jiàn)此時(shí)兩電流互感器的初始工作點(diǎn)連線與各自的飽和點(diǎn)連線平行，工作點(diǎn)相對(duì)一致。圖10、圖11為變壓器兩側(cè)電流互感器通過(guò)調(diào)整二次負(fù)載實(shí)現(xiàn)“同型”匹配后的二次電流波形、差流波形及差動(dòng)電流-制動(dòng)電流的運(yùn)行軌跡。

由圖10可知，當(dāng)調(diào)整二次負(fù)載實(shí)現(xiàn)“同型”匹配后，變壓器兩側(cè)電流互感器的二次電流波形幾乎一致，對(duì)應(yīng)的差動(dòng)電流也較小，差動(dòng)電流最大基波電流僅為 0.4102 p.u.、0.4213 p.u.，相對(duì)誤動(dòng)案例中不匹配情況下的差動(dòng)電流明顯減小，對(duì)應(yīng)的制動(dòng)電流分別為9.2163 p.u.、8.3830 p.u.，差動(dòng)保護(hù)工作點(diǎn)嚴(yán)格處于制動(dòng)區(qū)域，差動(dòng)保護(hù)不誤動(dòng)，進(jìn)而說(shuō)明，本文“同型”匹配方案可明顯改善變壓器兩側(cè)電流互感器飽和程度完全不一致的情況，差動(dòng)電流明顯減小，差動(dòng)保護(hù)不誤動(dòng)。

同理，分析了不同調(diào)整方式如改變電流互感器二次繞組匝數(shù)、橫截面積、變比等單一因素或同時(shí)改變2個(gè)因素實(shí)現(xiàn)特性“同型”后對(duì)應(yīng)的匹配效果，典型參數(shù)下的最大不平衡電流的基波電流Id1.m、對(duì)應(yīng)的制動(dòng)電流Ires及動(dòng)作情況見(jiàn)表2，表中Id1.m和Ires均為標(biāo)幺值。由表2可知，根據(jù)匹配公式實(shí)現(xiàn)電流互感器“同型”匹配后的差動(dòng)電流，相對(duì)誤動(dòng)案例中的差動(dòng)電流明顯減小，差動(dòng)保護(hù)工作點(diǎn)嚴(yán)格位于制動(dòng)區(qū)域，未出現(xiàn)誤動(dòng)情況，說(shuō)明本文“同型”匹配方案是有效的，且減小差動(dòng)電流的效果明顯，可作為變壓器兩側(cè)電流互感器“同型”匹配的依據(jù)。

圖9 變壓器兩側(cè)電流互感器的勵(lì)磁曲線及工作點(diǎn)位置Fig.9 Excitation characteristic curve and operating point for CTs at two sides of transformer

圖10 “同型”匹配后的電流波形Fig.10 Currents waveforms after type-matching

圖11 差動(dòng)電流-制動(dòng)電流動(dòng)作軌跡Fig.11 Operating track for differential current and restraint current

表2 不同調(diào)整方式實(shí)現(xiàn)“同型”匹配后的差動(dòng)電流Table 2 Differential currents after type-matching by different regulation methods

此外，本文綜合考慮故障電流周期分量、一次系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)、故障初相角等因素，研究了不同故障電流下所提“同型”匹配方案對(duì)減小不平衡電流的效果。以增大故障電流周期分量幅值為例，匹配前最大差動(dòng)電流分別為14.7221 p.u.、7.5634 p.u.，對(duì)應(yīng)的制動(dòng)電流分別為 13.9048 p.u.、12.8813 p.u.，故障切除前、重合閘后均出現(xiàn)誤動(dòng)，匹配后兩側(cè)電流互感器的電流波形、對(duì)應(yīng)的差動(dòng)電流波形、差動(dòng)電流-制動(dòng)電流運(yùn)動(dòng)軌跡如圖12所示。由圖12可知，經(jīng)“同型”匹配后的差動(dòng)電流的基波電流分別在0.26 s、0.76s達(dá)到最大，分別為 0.3268 p.u.、0.3342 p.u.，對(duì)應(yīng)的制動(dòng)電流分別為10.25 p.u.、10.26 p.u.，差動(dòng)保護(hù)運(yùn)行點(diǎn)嚴(yán)格處于制動(dòng)區(qū)域，保護(hù)不出現(xiàn)誤動(dòng)，說(shuō)明本文的“同型”匹配方案能顯著減小變壓器發(fā)生區(qū)外故障時(shí)的不平衡電流。

圖12 “同型”匹配后，故障電流增大時(shí)的仿真波形Fig.12 Simulative waveforms after type-matching for larger fault current

表3 仿真參數(shù)Table 3 Parameters for simulation

同理，改變一次系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)、故障初相角，利用表3所列參數(shù)進(jìn)行仿真，可得4種故障電流作用下，“同型”匹配前后的Id1.m、Ires及動(dòng)作情況如表4所示。由表4可知，不同故障電流作用下，變壓器兩側(cè)電流互感器經(jīng)“同型”匹配后，Id1.m明顯減小，差動(dòng)保護(hù)工作點(diǎn)嚴(yán)格位于制動(dòng)區(qū)域，差動(dòng)保護(hù)未出現(xiàn)誤動(dòng)情況，說(shuō)明本文的“同型”匹配方案是有效的，可作為變壓器兩側(cè)電流互感器“同型”匹配的依據(jù)。

綜上所述，本文所提“同型”匹配方案是有效的，可明顯改善變壓器兩側(cè)電流互感器飽和程度明顯不一致的情況，且減小不平衡電流的效果顯著。

表4 不同故障電流下“同型”匹配前后的電流Table 4 Differential currents before and after type-matching for different fault currents

3 變壓器差動(dòng)保護(hù)用電流互感器的選型建議

對(duì)P類電磁型電流互感器而言，選型時(shí)是按穩(wěn)態(tài)短路條件進(jìn)行選擇的，并為減輕可能發(fā)生的暫態(tài)飽和影響留有適當(dāng)裕度，要求準(zhǔn)確限值系數(shù)滿足：

其中，Ks為給定暫態(tài)系數(shù)，依據(jù)應(yīng)用情況和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定（如220 kV系統(tǒng)的給定暫態(tài)系數(shù)不宜低于2）；Kpcf為保護(hù)校驗(yàn)系數(shù)；Rbn和Rb分別為電流互感器二次額定負(fù)荷和實(shí)際負(fù)荷。

在應(yīng)用時(shí)，主要校驗(yàn)穩(wěn)態(tài)短路情況下的準(zhǔn)確限值系數(shù)是否滿足要求，一般按下列條件驗(yàn)算其性能和參數(shù)是否滿足要求。

a.一般驗(yàn)算：要求電流互感器的額定準(zhǔn)確限值一次電流Ipal應(yīng)大于保護(hù)校驗(yàn)故障電流Ipcf，必要時(shí)，還應(yīng)考慮互感器暫態(tài)飽和的影響；

b.按額定二次極限電動(dòng)勢(shì)驗(yàn)算：額定二次極限電動(dòng)勢(shì)大于保護(hù)動(dòng)作性能要求的二次電動(dòng)勢(shì)；

c.按實(shí)際準(zhǔn)確限值系數(shù)曲線進(jìn)行驗(yàn)算：根據(jù)實(shí)際的負(fù)載Rb查閱可知對(duì)應(yīng)的K′alf大于保護(hù)校驗(yàn)系數(shù)KsKpcf。

上述常規(guī)P類電磁型電流互感器選型時(shí)的校驗(yàn)方法，雖減緩了電流互感器進(jìn)入飽和的時(shí)間和減輕飽和程度，但不能保證在短路暫態(tài)過(guò)程中不進(jìn)入飽和狀態(tài)，僅利用當(dāng)前廣泛使用的比率制動(dòng)特性仍無(wú)法避免變壓器一側(cè)電流互感器未飽和、另一側(cè)電流互感器嚴(yán)重飽和時(shí)引起差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)，因此建議對(duì)變壓器各側(cè)電流互感器的“同型”匹配做進(jìn)一步的特性一致性校驗(yàn)，使各側(cè)電流互感器滿足前文所述的匹配等式（8），若參數(shù)不滿足匹配等式，則通過(guò)調(diào)

整實(shí)際電流互感器的可調(diào)參數(shù)使之成立，同時(shí)，在參數(shù)調(diào)整時(shí)，應(yīng)盡量采取減輕飽和程度的措施，如減小兩側(cè)電流互感器的二次負(fù)載、增大鐵芯截面積、增大二次繞組匝數(shù)等，應(yīng)在保證電流互感器抗飽和能力的前提下實(shí)現(xiàn)“同型”，另一方面也可提高變壓器兩側(cè)電流互感器的準(zhǔn)確度。

4 結(jié)論

本文基于P級(jí)電流互感器的暫態(tài)特性進(jìn)行了理論分析，得出變壓器差動(dòng)保護(hù)用各側(cè)電流互感器應(yīng)按式（8）進(jìn)行“同型”匹配，且影響變壓器差動(dòng)保護(hù)用各側(cè)電流互感器“同型”匹配的因素有鐵芯的橫截面積、二次繞組匝數(shù)、電流互感器變比、飽和磁密等。結(jié)合誤動(dòng)案例和仿真結(jié)果，驗(yàn)證了該“同型”匹配方案的有效性，依此提出了對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)用電流互感器的選型建議，從而有效避免了因電流互感器飽和、特性明顯不一致等原因引起的變壓器區(qū)外故障差動(dòng)保護(hù)出現(xiàn)誤動(dòng)。

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