电流互感器暂态过程的仿真与分析

电流互感器暂态过程的仿真与分析

胡晓光　　王　哲　　于文斌

（哈尔滨工业大学　哈尔滨　150001）

摘要　本文在用多项式拟合电流互感器（CT）铁心磁化曲线的基础上，利用状态模型对CT暂态过程进行了仿真，较好地刻画了CT的暂态过程。为了准确地检测CT铁心进入饱和的时刻，本文提出了将小波变换运用到对CT二次电流波形畸变的检测中来的思想，利用波形的突变点来检测CT铁心进入饱和的时刻，有一定的理论价值。
关键词　电流互感器（CT）　暂态过程　铁心饱和　多项式拟合　小波变换

1　引言

　　电流互感器（CT）的暂态过程对电力系统继电保护有着相当重要的意义，目前微机母线保护最常用的原理为电流差动保护，而为提高保护速度，大多用瞬时值差动原理。为此进行较为准确的暂态过程仿真有利于CT的设计与性能分析。本文提出一种基于状态模型的仿真方法，采用5次多项式对铁心基本磁化曲线进行拟合，比较精确地对CT的暂态过程进行了仿真，取得的暂态波形与实际波形较为吻合。
　　当CT通过较大的一次暂态电流（特别对于母线区外故障），其中会含有大量衰减的非周期分量，使得铁心进入饱和区，CT二次电流将会出现较为严重的缺省，电流波形发生畸变。由此会造成很大的差电流，这样就容易引起继电器误动作。近年来提出了CT线性区开放式母差保护，它利用CT二次电流的线性传变区投入差动保护，避开了CT饱和区，能对母线故障作出正确判断。但是如何正确判断CT进入饱和的时刻，测定其线性传变区一直以来是此类保护的难点所在。由于当CT铁心进入饱和区时，CT二次波形会发生较大的畸变，波形会出现奇异点（或突变点）。利用小波变换的多尺度分析与良好的时频局部化特性，可以较为准确地捕捉突变信号特性，从而较好地检测出CT进入饱和的时刻。

2　CT暂态过程的仿真

2．1　CT铁心磁化曲线的拟合

　　CT铁心的基本磁化曲线有很强的非线性，选择适当的函数形式来拟合磁化曲线是十分必要的。本文中选用的铁心材料是A－5型超微晶合金，其磁化曲线如图1中的点划线所示。本文采用5次多项式对CT的磁化曲线进行了拟合，拟合曲线如图1中的实线所示。从图中可见采用5次多项式已经可以取得较好的拟合效果。
　　CT的韦安特性（i₀＝f（Ψ））是进行暂态过程仿真必不可少的条件，采用同样的方法对韦安特性进行5次多项式拟合，得到的多项式方程为：

i₀＝f（Ψ）……＝
    0．1898e16Ψ⁵－0．6034e13Ψ⁴＝

    0．8067e10Ψ³－0．5259e7Ψ²＝

    2690．0Ψ＋0．05            （1）

　　CT的简化等值电路如图2所示。图中忽略了铁心损耗电阻R₀，并把二次绕组电阻与电抗分别与二次负荷电阻和电抗合并成R₂和X₂，且认为已折算到一次侧。

式中I_1m—短路电流周期分量的幅值；
    T—一次电流短路时间常数。
　　当I_1m为额定电流时，CT的铁心未达到饱和，得到的仿真波形如图4所示。
　　当I_1m为10倍的额定电流时，CT的铁心达到饱和，并且在饱和区与线性区来回波动，得到的仿真波形如图5所示。