CN107748836A - 一种故障时电流互感器铁芯饱和时间计算方法 - Google Patents
一种故障时电流互感器铁芯饱和时间计算方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107748836A CN107748836A CN201710930376.6A CN201710930376A CN107748836A CN 107748836 A CN107748836 A CN 107748836A CN 201710930376 A CN201710930376 A CN 201710930376A CN 107748836 A CN107748836 A CN 107748836A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mrow
- msub
- current transformer
- saturation
- mathematic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
- G16Z—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G16Z99/00—Subject matter not provided for in other main groups of this subclass
Landscapes
- Protection Of Transformers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种故障时电流互感器铁芯饱和时间计算方法，实施步骤如下：S1：通过数学拟合得到的电流互感器的一次短路电流的数学表达式和对电流互感器的测量得到电流互感器的参数；S2：通过电流互感器的参数设计电流互感器的饱和磁通量的数学表达式；S3：将磁通量的数学表达式与饱和磁通量的数学表达式对比，若存在交点，则执行S4；若不存在交点，则方法结束；S4：通过是否存在剩磁计算电流互感器铁芯的饱和时间。本发明可以对饱和时间进行定量计算，准确度高，有助于事故分析、改进保护和设备选型；同时考虑了剩磁对饱和时间的影响，具备实用性；而且对不同类型的电流互感器计算不同的饱和时间，具有通用性。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护技术领域，更具体地，涉及一种故障时电流互感器铁芯饱和时间计算方法。
背景技术
电流互感器是继电保护判别系统运行状态所需的重要设备，其测量准确性对于继电保护的动作性能至关重要。而多种形式的短路故障、变压器励磁涌流等异常运行工况期间的复杂暂态过程将导致电流互感器不同程度地饱和，给二次电流的测量产生影响，干扰继电保护的正确判断。近年来，现场发生多起因电流互感器暂态饱和造成的保护误动事故，严重威胁电力系统安全稳定运行。为了解决电流互感器暂态饱和造成的保护误动问题，需要更换暂态性能更好的电流互感器或者改进保护算法识别饱和特征。文献(DLT866-2004电流互感器和电压互感器选择及计算导则[S].北京:中国电力出版社,2004.)通过考核暂态面积系数来判断电流互感器的抗饱和能力。许多文献提出的电流互感器饱和识别方法，为了综合考虑设备成本以及改进算法的适用性，需要定量计算电流互感器铁芯饱和时间。目前的文献无论是数字仿真还是动模试验，往往只描述暂态饱和过程中二次电流波形畸变特征，无法计算铁芯实际进入饱和时间。
发明内容
本发明克服了上述现有的电流互感器饱和识别方法无法计算饱和时间的技术缺陷，提供了一种故障时电流互感器铁芯饱和时间计算方法，填补了现有的电流互感器饱和识别方法无法计算饱和时间的空白。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种故障时电流互感器铁芯饱和时间计算方法，实施步骤如下：
S1：通过数学拟合得到的电流互感器的一次短路电流的数学表达式和对电流互感器的测量得到电流互感器的参数；
S2：通过电流互感器的参数设计电流互感器的饱和磁通量的数学表达式；
S3：将磁通量的数学表达式与饱和磁通量的数学表达式对比，若存在交点，则执行S4；若不存在交点，则方法结束；
S4：通过是否存在剩磁计算电流互感器铁芯的饱和时间。
在一种优选的方案中，所述的S1的具体步骤如下：
S1.1：通过数学拟合得到电流互感器的一次短路电流的数学表达式，得到电流互感器的一次电流工频量幅值，一次电流时间常数和短路初始电流与电压的夹角；
S1.2：测量电流互感器得到电流互感器的变比、二次匝数、二次电阻、负载电阻以及饱和电压和不饱和电感；
S1.3：电流互感器的二次回路时间常数通过以下公式进行求取：
Ts＝Le/(Rct+Rb)
式中，Ts为二次回路时间常数，Le为不饱和电感，Rct为二次电阻，Rb为负载电阻；
S1.4：电流互感器的磁通量通过以下公式进行求取：
式中，Φ为磁通量，Ipsc为一次电流工频量幅值，Kn为变比，Ns为二次匝数，Tp为一次电流时间常数，θ为短路初始电流与电压的夹角，t为时间。
在一种优选的方案中，所述的S1.1中的电流互感器的一次短路电流通过以下公式进行求取：
式中，ip为一次短路电流。
在一种优选的方案中，所述的S2中的饱和磁通量通过以下公式进行求取：
式中，Φs为饱和磁通量，f为频率，Us为饱和电压。
在一种优选的方案中，所述的S4的具体步骤如下：
S4.1：设磁通量的数学表达式与饱和磁通量的数学表达式的交点对应时间
ts0；
S4.2：设剩磁Φ1，若存在剩磁，设剩磁Φ1与电流互感器的磁通量Φ的数学表达式交点时间t1，若不存在剩磁，则t1＝0；
S4.3：饱和时间通过以下公式进行求取：
ts＝ts0-t1
式中，ts为饱和时间。
本优选方案中，饱和磁通量Φs的数学表达式在时间域为定值，即在以时间为自变量X轴的曲线中，Φs为平行于X轴的直线。
在一种优选的方案中，所述的S4.1中的磁通量的数学表达式中f＝50Hz。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
1、本发明方法有效地克服了现有技术对二次电流波形估算饱和时间误差较大的技术问题，满足饱和时间的定量计算，准确度高，有助于事故分析、改进保护和设备选型；
2、本发明考虑了剩磁对电流互感器铁芯进入饱和时间的影响，更具备实用性；
3、本发明可以对现场实用的不同类型的电流互感器计算不同短路电流下的饱和时间，具有通用性。
附图说明
图1是一次短路电流拟合对比图；
图2是P级电流互感器励磁特性曲线图；
图3是TPY级电流互感器励磁特性曲线图；
图4是PR级电流互感器励磁特性曲线图；
图5是P级电流互感器磁通变化曲线图；
图6是TPY级电流互感器磁通变化曲线图；
图7是PR级电流互感器磁通变化曲线图；
图8是本实施例的流程图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例为本发明在交流系统短路故障下的应用。
S1.通过拟合参数的方法获得一次短路电流的数学表达式(假设其为工频分量与衰减非周期分量叠加)，即得到一次电流工频量幅值Ipsc，一次电流时间常数Tp以及短路初始电流与电压的夹角θ；某一次短路电流波形如图1实线所示。采用工频分量与衰减非周期分量对该电流进行拟合，拟合对比如图1虚线所示，拟合结果为：
其中，Ipsc＝10500A，Tp＝0.06s，θ＝-4°。
S2.采用测试仪对三种类型电流互感器(P级、PR级和TPY级)的基本参数以及励磁特性曲线进行测试，得到结果如图2～图4及表1所示。其中，P级电流互感器的励磁特性曲线如图2所示；PR级电流互感器的励磁特性曲线如图3所示；TPY级电流互感器的励磁特性曲线如图4所示。
表1电流互感器基本参数测试结果
S3.计算电流互感器的二次回路时间常数(Ts＝Le/(Rct+Rb))，得到三种类型的互感器二次回路时间常数如下：
P级：Ts＝Le/(Rct+Rb)＝156.82/(8.053+18)＝6.0193s
PR级：Ts＝Le/(Rct+Rb)＝10.2728/(4.9289+18)＝0.4480s
TPY级：Ts＝Le/(Rct+Rb)＝6.60/(7.9376+18)＝0.2545s
S4.构造电流互感器磁通解析表达式为：
P级：
PR级：
TPY级：
做出Φ-t曲线，如图5～图7所示。其中，P级电流互感器的磁通曲线如图5所示；PR级电流互感器的磁通曲线如图6所示；TPY级电流互感器的磁通曲线如图7所示。
S5.计算得到三种类型电流互感器饱和磁通：
P级：
PR级：
TPY级：
S6.Φ-t曲线与饱和磁通对比，若有无交点，则铁芯不饱和；若有交点，则交点对应时间为ts0；如图5所示，P级电流互感器进入饱和，时间为0.027s；如图6所示，TPY级电流互感器未进入饱和；如图7所示，PR级电流互感器进入饱和，时间为0.0295s；
S7.假设P级电流互感器存在剩磁，剩磁Φ1对比Φ-t曲线对应交点时间为t1。如图5所示。
S8.进入饱和时间为ts＝ts0-t1，如图5中，饱和时间为
ts＝ts0-t1＝0.027-0.009＝0.018s
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种故障时电流互感器铁芯饱和时间计算方法，其特征在于，实施步骤如下：
S1：通过数学拟合得到的电流互感器的一次短路电流的数学表达式和对电流互感器的测量得到电流互感器的参数；
S2：通过电流互感器的参数设计电流互感器的饱和磁通量的数学表达式；
S3：将磁通量的数学表达式与饱和磁通量的数学表达式对比，若存在交点，则执行S4；若不存在交点，则方法结束；
S4：通过是否存在剩磁计算电流互感器铁芯的饱和时间。
2.根据权利要求1所述的故障时电流互感器铁芯饱和时间计算方法，其特征在于，所述的S1的具体步骤如下：
S1.1：通过数学拟合得到电流互感器的一次短路电流的数学表达式，得到电流互感器的一次电流工频量幅值，一次电流时间常数和短路初始电流与电压的夹角；
S1.2：测量电流互感器得到电流互感器的变比、二次匝数、二次电阻、负载电阻以及饱和电压和不饱和电感；
S1.3：电流互感器的二次回路时间常数通过以下公式进行求取：
Ts＝Le/(Rct+Rb)
式中，Ts为二次回路时间常数，Le为不饱和电感，Rct为二次电阻，Rb为负载电阻；
S1.4：电流互感器的磁通量通过以下公式进行求取：
<mrow>
<mi>&Phi;</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msqrt>
<mn>2</mn>
</msqrt>
<msub>
<mi>I</mi>
<mrow>
<mi>p</mi>
<mi>s</mi>
<mi>c</mi>
</mrow>
</msub>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>e</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>K</mi>
<mi>n</mi>
</msub>
<msub>
<mi>N</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&lsqb;</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>p</mi>
</msub>
<mrow>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>p</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msup>
<mi>e</mi>
<mrow>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mi>t</mi>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>p</mi>
</msub>
</mfrac>
</mrow>
</msup>
<mo>-</mo>
<msup>
<mi>e</mi>
<mrow>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mi>t</mi>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
</mfrac>
</mrow>
</msup>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>c</mi>
<mi>o</mi>
<mi>s</mi>
<mi>&theta;</mi>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msup>
<mi>sin&theta;e</mi>
<mrow>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mi>t</mi>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
</mfrac>
</mrow>
</msup>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>&omega;T</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>s</mi>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&omega;</mi>
<mi>t</mi>
<mo>+</mo>
<mi>&theta;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>&omega;T</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&rsqb;</mo>
</mrow>
式中，Φ为磁通量，Ipsc为一次电流工频量幅值，Kn为变比，Ns为二次匝数，Tp为一次电流时间常数，θ为短路初始电流与电压的夹角，t为时间。
3.根据权利要求2所述的故障时电流互感器铁芯饱和时间计算方法，其特征在于，所述的S1.1中的电流互感器的一次短路电流通过以下公式进行求取：
<mrow>
<msub>
<mi>i</mi>
<mi>p</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<msqrt>
<mn>2</mn>
</msqrt>
<msub>
<mi>I</mi>
<mrow>
<mi>p</mi>
<mi>s</mi>
<mi>c</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>&lsqb;</mo>
<msup>
<mi>e</mi>
<mrow>
<mo>-</mo>
<mi>t</mi>
<mo>/</mo>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>p</mi>
</msub>
</mrow>
</msup>
<mi>c</mi>
<mi>o</mi>
<mi>s</mi>
<mi>&theta;</mi>
<mo>-</mo>
<mi>c</mi>
<mi>o</mi>
<mi>s</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&omega;</mi>
<mi>t</mi>
<mo>+</mo>
<mi>&theta;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&rsqb;</mo>
</mrow>
式中，ip为一次短路电流。
4.根据权利要求2或3所述的故障时电流互感器铁芯饱和时间计算方法，其特征在于，所述的S2中的饱和磁通量通过以下公式进行求取：
<mrow>
<msub>
<mi>&Phi;</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msqrt>
<mn>2</mn>
</msqrt>
<msub>
<mi>U</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mi>&pi;</mi>
<mi>f</mi>
<mo>&times;</mo>
<msub>
<mi>N</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
式中，Φs为饱和磁通量，f为频率，Us为饱和电压。
5.根据权利要求4所述的故障时电流互感器铁芯饱和时间计算方法，其特征在于，所述的S4的具体步骤如下：
S4.1：设磁通量的数学表达式与饱和磁通量的数学表达式的交点对应时间ts0；
S4.2：设剩磁Φ1，若存在剩磁，设剩磁Φ1与电流互感器的磁通量Φ的数学表达式交点时间t1，若不存在剩磁，则t1＝0；
S4.3：饱和时间通过以下公式进行求取：
ts＝ts0-t1
式中，ts为饱和时间。
6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的故障时电流互感器铁芯饱和时间计算方法，其特征在于，所述的S4的具体步骤如下：
S4.1：设磁通量的数学表达式与饱和磁通量的数学表达式的交点对应时间ts0；
S4.2：设剩磁Φ1，若存在剩磁，设剩磁Φ1与电流互感器的磁通量Φ的数学表达式交点时间t1，若不存在剩磁，则t1＝0；
S4.3：饱和时间通过以下公式进行求取：
ts＝ts0-t1
式中，ts为饱和时间。
7.根据权利要求5所述的故障时电流互感器铁芯饱和时间计算方法，其特征在于，所述的S4.1中的磁通量的数学表达式中f＝50Hz。
8.根据权利要求6所述的故障时电流互感器铁芯饱和时间计算方法，其特征在于，所述的S4.1中的磁通量的数学表达式中f＝50Hz。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710930376.6A CN107748836B (zh) | 2017-10-09 | 2017-10-09 | 一种故障时电流互感器铁芯饱和时间计算方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710930376.6A CN107748836B (zh) | 2017-10-09 | 2017-10-09 | 一种故障时电流互感器铁芯饱和时间计算方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107748836A true CN107748836A (zh) | 2018-03-02 |
| CN107748836B CN107748836B (zh) | 2019-10-18 |
Family
ID=61255492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710930376.6A Active CN107748836B (zh) | 2017-10-09 | 2017-10-09 | 一种故障时电流互感器铁芯饱和时间计算方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107748836B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110221159A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-09-10 | 杭州电力设备制造有限公司 | 一种基于铁芯漏磁的变压器的故障检测方法、系统及设备 |
| CN117313433A (zh) * | 2023-11-29 | 2023-12-29 | 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 | 一种保护用电流互感器暂态面积系数计算方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103149470A (zh) * | 2013-01-29 | 2013-06-12 | 北京信息科技大学 | 利用变压器绕组振动识别变压器励磁涌流的方法 |
| CN103176147A (zh) * | 2013-03-13 | 2013-06-26 | 江苏省电力公司电力科学研究院 | 电流互感器剩磁测量系统及测量方法 |
| CN105118606A (zh) * | 2015-09-11 | 2015-12-02 | 浙江大学 | 用于在线消除电磁式电流互感器剩磁的退磁电路及方法 |
-
2017
- 2017-10-09 CN CN201710930376.6A patent/CN107748836B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103149470A (zh) * | 2013-01-29 | 2013-06-12 | 北京信息科技大学 | 利用变压器绕组振动识别变压器励磁涌流的方法 |
| CN103176147A (zh) * | 2013-03-13 | 2013-06-26 | 江苏省电力公司电力科学研究院 | 电流互感器剩磁测量系统及测量方法 |
| CN105118606A (zh) * | 2015-09-11 | 2015-12-02 | 浙江大学 | 用于在线消除电磁式电流互感器剩磁的退磁电路及方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110221159A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-09-10 | 杭州电力设备制造有限公司 | 一种基于铁芯漏磁的变压器的故障检测方法、系统及设备 |
| CN117313433A (zh) * | 2023-11-29 | 2023-12-29 | 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 | 一种保护用电流互感器暂态面积系数计算方法 |
| CN117313433B (zh) * | 2023-11-29 | 2024-03-12 | 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 | 一种保护用电流互感器暂态面积系数计算方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107748836B (zh) | 2019-10-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103207379B (zh) | 电流互感器直流偏磁误差特性测量方法及装置 | |
| Cataliotti et al. | Current transformers effects on the measurement of harmonic active power in LV and MV networks | |
| CN102323503B (zh) | 基于罗氏线圈的变压器涌流畸变检测方法 | |
| Prus et al. | Research of rnergy processes in circuits containing iron in saturation condition | |
| CN103149478B (zh) | 一种直流偏磁条件下电流互感器工作点检测方法 | |
| Sahebi et al. | Efficient method for discrimination between inrush current and internal faults in power transformers based on the non‐saturation zone | |
| CN103245860B (zh) | 基于形态学梯度小波的电流互感器饱和检测方法 | |
| Bhowmick et al. | Online detection of an interturn winding fault in single-phase distribution transformers using a terminal measurement-based modeling technique | |
| CN105353333A (zh) | 一种电磁式电流互感器的传变特性检测方法 | |
| CN107748836A (zh) | 一种故障时电流互感器铁芯饱和时间计算方法 | |
| Chiesa et al. | Five-leg transformer model for GIC studies | |
| Karmakar et al. | Machine learning approach to estimation of internal parameters of a single phase transformer | |
| Yarymbash et al. | Electromagnetic properties determination of electrical steels | |
| CN104410044B (zh) | 基于峭度和偏度的变压器励磁涌流识别方法 | |
| CN111965569B (zh) | 在线运行变压器的直流偏磁水平测量方法、装置及系统 | |
| Andreev et al. | Development and research of mathematical model of current transformer reproducing magnetic hysteresis based on Preisach theory | |
| Wiszniewski et al. | New algorithms for power transformer inter-turn fault protection | |
| CN105957696B (zh) | 抗直流测量用电流互感器及制备方法 | |
| Chen et al. | Analysis and experiment of transformer vibration and noise considering electrical steel sheet magnetostriction | |
| CN203117408U (zh) | 硅钢铁芯极限磁滞回线的测试装置 | |
| Abniki et al. | A novel technique for internal fault detection of power transformers based on moving windows | |
| CN114660374A (zh) | 一种电磁式电压互感器饱和特性检测分析方法及检测系统 | |
| CN206248816U (zh) | 一种电流互感器测量电路 | |
| KR100650182B1 (ko) | Ｃｃｖｔ의 2차 전압 보상 방법 | |
| Wang et al. | Residual Flux Density Measurement Method of the Single-Phase Transformer Based on Phase Difference |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |