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电流互感器饱和现象影响配网保护的机理研究及改进措施

文档作者：田丽文档来源：山西潞安配售电有限公司		点击数：	更新时间： 2025年10月03日
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总第224期 2021年第12期
机 械 管 理 幵 发
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total 224 No.12, 2021
经验交流 DOI:10.16525/j.cnki.cnl4-1134/th.2021.12.141
电流互感器饱和现象影响配网保护的机理研究及
改进措施
田丽
(山西潞安配售电有限公司，山西襄垣046204)
摘要：为解决电路互感器饱和现象对配网电流保护的影响问题，因此，介绍了电流互感器的应用情况，并且 在对其瞬时速断保护和定时限过电流保护的整定值计算基础上对电流互感器的饱和程度对配网电流保护的 影响机理进行分析，进一步针对性地提出有效的改进措施。
关键词：电流互感器瞬时速断保护定时限过电流保护饱和电流饱和误差
中图分类号:TM452 文献标识码:A
引言
电力系统中配电网络是煤矿电力系统的重要组 成部分，在当前采煤效率和能力不断提升的背景下， 保证配电网系统安全、经济的运行尤为重要。目前， 配电网络所采用的继电保护装置主要以电流互感器 为主。在实践应用中，电流互感器在对配网进行保护 时容易导致铁心饱和而出现保护不及时或者误动的 情况,严重威胁着煤矿的安全生产。鉴于电流互感器 不易被取代的因素，解决电流互感器饱和影响配网 电流保护不精确、不及时的问题迫在眉睫W。为此， 本文重点开展电流互感器对配网电流保护的影响研 究,并针对性地提出改进措施解决上述影响。
1电流互感器概述
在实际应用中继电保护装置并不能够直接接入 配电网的一次系统中，为此一般将电流互感器类的 继电保护装置将一次系统中的大电流按照一定的比 例转换为小电流的同时实现对二次供电设备的保 护。与此同时，电流互感器还能够实现配电网一次系 统和二次设备的隔离，进而保证二次设备及人员的 安全。
衡量电流互感器的主要参数包括有额定电流、 电流比、容量、准确度和误差等。根据功能的不同可 将电流互感器分为测量类的电流互感器和保护类的 电流互感器，本文保护类的电流互感器展开研究。一 般情况下,保护类的电流互感器可分为P类电流互 感器和TP类电流互感器。其中，P类电流互感器主 要应用于低压配电网电流的保护，该类电流互感器 的铁心属于闭合状态，在保护过程中极易导致剩磁
收稿日期= 2021-06-21
作者简介：田丽（1979—），女，山西长治人，本科，毕业于淮北 煤炭师范学院电子信息科学与技术专业，工程师，从事供电 工作。
文章编号：1003-773X(2021 )12-0338-03
的积累;TP类电流互感器主要应用于电压等级相对 较高的配电网的保护[2]。针对煤矿电力系统配电网的 电流保护采用P类电流互感器。P类电流互感器可分 为5P和10P两个等级,对应的误差限值如表1所示。 表1 P类电流互感器误差限值
额定一次电
额定一次电流对应的相位差
额定准确限值
等级
流对应的电
一次电流下的
流误差/%
(丨）
crad
复合误差/%
5P类
±1
±60
±1.5
5
10P类
±3
—
—
10
从原理上分析，采用电流互感器对配电网进行 电流保护时，不管电流互感器是否保护其在保护过 程中均会导致传变误差。因此，一般规定电流互感 器对配电网进行保护时，要求其能够满足电力系统 的正确继电保护动作的标准,且复合误差不得大于 10%〇
2电流互感器保护电流的整定计算
煤矿电力系统对应的配网馈线系统的组成如图 1所示。
如图1所示，煤矿配网馈电系统所配置的继电 保护系统主要以断路器和电流互感器为主。因此，保 证电流互感器能够在配网中准确的动作对于保证配 网的稳定性和安全性具有重要意义。一般情况下，煤 矿配电网中分别设置两段式电流保护，包括有瞬时
2021年 第 12期 田丽:电流互感器饱和现象影响配网保护的机理研究及改进措施 • 339.
电流速断保护和定时限过电流保护。其中，瞬时电流 速断保护发挥电流保护的主导作用；定时限过电流 保护除了能够对线路本身保护外，还能够对相邻的 线路进行保护[3]。本节将基于MATLAB对煤矿配网 的两段式电流保护进行仿真研究，以此来分析电流 互感器饱和对配网电流保护的影响机理。
配网电流保护整定包括有瞬时电流速断保护电 流和定时限过电流保护值进行整定。其中，针对煤矿 10 kV电力系统中配网线路对应的速断保护能够正 常动作，其瞬时电流速断保护的计算公式如式（1) 所示。
1 000/T 上 (1)
VTz
式中为瞬时电流速断保护的整定值;欠、为可靠 系数，取1.2;^为相电动势，取10.5 V;Z为阻抗，取 7.142 n0
将上述取值代入式（1)得出对应的电流值整定 % 1 018.57 A;
为了保证电流互感器在过电流情况仍然不会出 现误动作的情况，要求配网线路中的最大负荷电流 小于对应的启动电流值，过电流保护整定值的计算 公式如式(2)所示。
J _ I (
^act — -r ^Linax * V‘/
八re
式中:/M为过电流保护的整定值;L为可靠系数，取 1.25;4为自启动系数，取1;心为返回系数，取1;
为线路中的最大负荷电流，取丨09.971 A。
将上述取值代人式(2)中得出，过电流保护的整 定值为137.46 A。
P类电流互感器的变比系数为75/5。因此，对应 的配电网的瞬时电流速度保护的整定值为1 018.57 A/ (75/5)=67.91 A;同理，对应的配电网的过电流保护 的整定值为 137.46 A/( 75/5 )=9.16A。
基于上述电流保护整定值的计算结果对电流互 感器饱和对配网电流保护的影响进行仿真分析，并 得出如下结论：
1) 当电流互感器未饱和时，配网中的故障电流 能够正常传递，同时电流互感器的瞬时速度保护功 能可发挥作用并将故障消除，此时过电流保护功能 不发挥作用；
2) 当电流互感器饱和后，配网中的故障电流不 能够正常传递，同时电流互感器的瞬时速度保护功 能不发挥作用u]。当电流互感器饱和程度不严重时， 过电流保护功能在0.5 S可发挥作用；当电流互感 器饱和程度很严重时，过电流保护功能也不会发挥 作用。
综上所述，电流互感器的饱和现象会抑制配网线 路中电流过保护，进而导致相关设备和线路被烧毁。
3电流互感器饱和改进措施
通过上述研究可知，电流互感器的饱和会直接 影响其对配电网的电流保护功能的发挥。为提升电 流互感器对配电网电流保护性能，需从根本上解决 电流互感器饱和的问题，提升其性能。因此，可通过 对电流互感器相关参数进行改进减缓或者解决电流 互感器饱和对应配网电流保护的影响[\
从理论层面上，可通过增大铁心的开气间隙优 化电网的一次侧参数以及采用剩磁较小的铁磁材料 等措施对电流互感器的性能进行改进。
其中，对于铁心开气间隙而言，将该项参数可以 增大同等条件下电流互感器的饱和程度；但是铁心 开气间隙越大会直接影响配网继电保护的误差。因 此，需兼顾饱和度要求和误差要求综合确定铁心开 气间隙的具体数值。
其次，对于改进电网一次侧参数而言，本节通 过数值模拟手段对比一次侧参数改进前后电流互 感器在同等条件下的饱和程度，数值模拟结果如表 2所示。
表2 —次侧参数优化前后的数值模拟结果对比
状态
时间常数/S
饱和电流值/A
饱和误差/%
优化前
5
86.340
11.82
优化后
0.01
86.601
11.56
如表2所示，对一次侧参数优化后电流互感器 的饱和电流值增大，饱和误差降低。S卩，对一次侧参 数优化可以减缓电流互感器饱和对配网电流保护的 影响。
4结语
电力系统为煤矿生产的主要动力源，其配电网 的稳定性和安全性直接决定煤矿的生产效率和安全 性。对于煤矿配电网继电保护所采用的电流互感器 容易出现饱和现象进而影响继电保护装置的准确动 作，对煤矿的安全生产造成一定的影响。针对此情 况，本文开展一些系列的研究证明了电流互感器的 饱和会直接影响配电网继电保护功能，并针对性提 出可通过适当增加铁心的开气间隙、优化一次侧参 数等手段改善电流互感器饱和现象对配网电流保护 的影响。
参考文献
[1] 陈建玉，孟宪民,张振旗，等.电流互感器饱和对继电保护影响 的分析及对策[J].电力系统自动化，2000( 6): 54-56.
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•340. 第 3 6 卷
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U]苏毅，屠黎明，盛和乐，等.电流互感器深度饱和时保护性能研 与研究[J].电网与清洁能源,2013,29(3):39-M.
究及参数选择[J].电力系统自动化,2〇1〇,34(丨9):1〇〇-1〇4. (编辑：王慧芳）
Research on the Mechanism of Current Transformer Saturation Phenomenon Affecting Distribution Network Protection and
Improvement Measures
Tian Li
(Shanxi Lu"an Electricity Distribution Co., Ltd., Xiangyuan Shanxi 046204)
Abstract： In order to solve the problem of circuit transformer saturation phenomenon on distribution network current protection, therefore, the application of current transformer is introduced, and the mechanism of current transformer saturation degree on distribution network current protection is analyzed based on the calculation of its instantaneous quick-break protection and fixed-time overcurrent protection, and further effective improvement measures are proposed in a targeted manner.
Key words： current transformer; instantaneous quick-hreak protection; fixed-time overcurrent protection; saturation current; saturation error
(上接第335页）
Prevention of Cracks in Key Components of Linear Vibrating Screens in Thermal Power Plants
Guan Zhiqiang
(Wuyang Thermal Power Plant of Lu"an Chemical Group Company, Changzhi Shanxi
046205)
Abstract： In order to solve the problems of bearing heating, insufficient rotation, lower screening quality and noise in the work of linear vibrating screen in thermal power plant, based on the operation principle of linear vibrating screen in thermal power plant, the causes and development trend of cracks in normal working condition and abnormal working condition are analyzed from the perspectives of fracture mechanics and component materials, and the prevention of cracks in side plate, crack in the middle of bottom beam, crack in exciter beam, crack in discharge and inlet baffle is analyzed. The prevention of cracking of the side plate, cracking of the middle of the bottom beam, cracking of the exciter beam, cracking of the discharge and inlet baffle, etc. is analyzed.
Key words： thermal power plant; linear vibrating screen; parts; cracks; prevention
(上接第337页)
Research on the Safety Technical Measures of Adding Frame and Extending Scraper Conveyor at the Heaving Working Face
Sun Wenguang
(Liuwan Coal Mine, Shanxi Fenxi Mining Group, Xiaoyi Shanxi 032300)
Abstract： A mine 8107 comprehensive mining working face can't be arranged in a rectangular shape due to the influence of the coal column on the side of the return air lane, which leads to the shaped arrangement of 8107 working face and the need to add brackets and extend the scraper conveyor every certain distance. Therefore, according to the actual situation of the working face, we analyze the process of adding frame and extending scraper conveyor, and further propose the safety technical measures of adding frame and extending scraper conveyor.
Key words： comprehensive mining workface; add frame; extend scraper conveyor; safety technology

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