0引言電流互感器是電力系統中二次設備獲取一次回路電流信息的重要傳感設備[1]。按照類型可劃分為兩種:測量用電流互感器和保護用電流互感器。測量用電流互感器的作用將電流進行變換供給二次側測量儀表,用于對電力系統正常運行狀態下的電流進行測量與監視。保護用互感器的作用則是在電力系統不正常運行或者發生故障的狀態下,將故障處電流通過信號傳變送至繼電保護裝置,進而使得保護裝置動作切除故障實現對電力系統的保護。保護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P類電流互感器由于其自身的特性,在電力系統發生短路時會產生大量的剩磁,極易發生磁飽和現象。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,飽和點電壓升高,飽和時間延長。隨著超高壓、特高壓技術的發展,電力系統一次測電壓與電流越來越大,尤其是當系統發生短路時,一次測會產生高達幾kA的短路電流,為了保證系統故障時準確的測距與保護,需要電流互感器將大電流轉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故障發生后的高頻暫態特性。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時間內的故障信號進行提取分析,此時的電流互感器仍工作在線性區域,無需考慮飽和對研究產生的影響[3]。類比于工頻情況下的TA等效電路模型,最終建立了TA高頻暫態數學模型。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成電磁式電流互感器是目前國內廣泛采用的電流互感器,其主要由閉合的鐵心與繞組構成,依據電磁感應原理進行電流變換[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:二次側感應電動勢;Us:二次側負荷電壓;Ip:一次側電流;Is:二次側全電流;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:二次負荷阻抗;Ze:勵磁阻抗。其中Kn=N2/N1,Ib=Ip/Kn。通常互感器一次側繞組匝數(N1)非常少,使用時需串在一次回路當中。二次側繞組匝數(N2)較多,串于二次測量、保護回路之中。由于電流互感器的作用是負責把一次側大電流轉換成二次側小電流,因而其二次側不可開路[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為二次負載電阻、Lb為二次負載電感。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的時間段內對其進行研究。考慮到時間短暫,電流互感器在此期間不會發生飽和現象,因此在研究中可不考慮互感器飽和的影響,即認為電流互感器是工作在磁滯回線的線性區域內[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。但經理論分析與實驗表明,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,其值在數百左右。3電流互感器的高頻暫態特性3.1TA高頻信號傳變的頻域響應由圖2所示的TA高頻等效電路可得,TA的電流傳遞函數為H(s)=Ib(s)Ip(s)=RmRb+Rm+(RbRmCs+Lb)s+RmLbCss2(1)取Rm=

總結

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