0引言電流互感器是電力系統(tǒng)中二次設(shè)備獲取一次回路電流信息的重要傳感設(shè)備[1]。按照類型可劃分為兩種:測量用電流互感器和保護(hù)用電流互感器。測量用電流互感器的作用將電流進(jìn)行變換供給二次側(cè)測量儀表,用于對電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下的電流進(jìn)行測量與監(jiān)視。保護(hù)用互感器的作用則是在電力系統(tǒng)不正常運(yùn)行或者發(fā)生故障的狀態(tài)下,將故障處電流通過信號傳變送至繼電保護(hù)裝置,進(jìn)而使得保護(hù)裝置動作切除故障實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的保護(hù)。保護(hù)用電流互感器又分為P類電流互感器和TP類電流互感器。保護(hù)P類電流互感器由于其自身的特性,在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時會產(chǎn)生大量的剩磁,極易發(fā)生磁飽和現(xiàn)象。而TP類電流互感器由于其鐵芯中帶有小氣隙,大大限制了剩磁的存在,因而其抗飽和的能力顯著增強(qiáng),飽和點(diǎn)電壓升高,飽和時間延長。隨著超高壓、特高壓技術(shù)的發(fā)展,電力系統(tǒng)一次測電壓與電流越來越大,尤其是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時,一次測會產(chǎn)生高達(dá)幾kA的短路電流,為了保證系統(tǒng)故障時準(zhǔn)確的測距與保護(hù),需要電流互感器將大電流轉(zhuǎn)化為小電流送入裝置的同時,保持較好信號傳變特性[2]。本文以行波測距為例,著重分析了電流互感器在系統(tǒng)故障發(fā)生后的高頻暫態(tài)特性。考慮到行波信號在高頻情況下存在大幅度的衰減與畸變,研究時,只對其后幾ms時間內(nèi)的故障信號進(jìn)行提取分析,此時的電流互感器仍工作在線性區(qū)域,無需考慮飽和對研究產(chǎn)生的影響[3]。類比于工頻情況下的TA等效電路模型,最終建立了TA高頻暫態(tài)數(shù)學(xué)模型。通過matlab仿真,證明了其具有良好的高頻傳變特性。1電流互感器的原理構(gòu)成電磁式電流互感器是目前國內(nèi)廣泛采用的電流互感器,其主要由閉合的鐵心與繞組構(gòu)成,依據(jù)電磁感應(yīng)原理進(jìn)行電流變換[4]。圖1所示即為電流互感器的等效電路圖。圖1電流互感器等效電路上圖中Es:二次側(cè)感應(yīng)電動勢;Us:二次側(cè)負(fù)荷電壓;Ip:一次側(cè)電流;Is:二次側(cè)全電流;Ie:勵磁電流;Kn:互感器的變比;Xct:二次繞組電抗;Rct:二次繞組電阻;Zb:二次負(fù)荷阻抗;Ze:勵磁阻抗。其中Kn=N2/N1,Ib=Ip/Kn。通常互感器一次側(cè)繞組匝數(shù)(N1)非常少,使用時需串在一次回路當(dāng)中。二次側(cè)繞組匝數(shù)(N2)較多,串于二次測量、保護(hù)回路之中。由于電流互感器的作用是負(fù)責(zé)把一次側(cè)大電流轉(zhuǎn)換成二次側(cè)小電流,因而其二次側(cè)不可開路[5]。2電流互感器模型的建立圖2所示為TA的工頻等效電路。其中Lm為激磁電感、Rm為激磁電阻、Rb為二次負(fù)載電阻、Lb為二次負(fù)載電感。一般二次繞組漏感很小,可以忽略不計。圖2TA工頻等效電路對于本文研究的故障后暫態(tài)高頻信號,由于其在傳播過程中存在大幅度的衰減與畸變,往往只在故障后幾個ms的時間段內(nèi)對其進(jìn)行研究。考慮到時間短暫,電流互感器在此期間不會發(fā)生飽和現(xiàn)象,因此在研究中可不考慮互感器飽和的影響,即認(rèn)為電流互感器是工作在磁滯回線的線性區(qū)域內(nèi)[6]。由此,只需考慮電流互感器的激磁阻抗Lm、二次繞組對地分布電容以及損耗這三者隨頻率變化的影響。高頻時,激磁電感Lm下降,二次繞組對地分布電容增大,損耗增加。但經(jīng)理論分析與實(shí)驗表明,電流互感器的激磁電感Lm對高頻特性的影響可以忽略不計[7]。因此最終得到TA的高頻等效電路如圖3所示。圖3TA的高頻等效電路其中,Cs為二次繞組的對地分布電容,其值在幾千pF上下,吸收的電流與頻率成正比。Rm為激磁電阻,其值在數(shù)百左右。3電流互感器的高頻暫態(tài)特性3.1TA高頻信號傳變的頻域響應(yīng)由圖2所示的TA高頻等效電路可得,TA的電流傳遞函數(shù)為H(s)=Ib(s)Ip(s)=RmRb+Rm+(RbRmCs+Lb)s+RmLbCss2(1)取Rm=

總結(jié)

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