时间：2023-05-29 17:49:24
关键词 220kV同塔线路；EMTP；感应电压；感应电流；接地开关
中图分类号TM72 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）94-0029-02
随着经济的快速发展，电网规模迅速扩大，输变电线路走廊紧张，同塔架设多回输电方案在工程中广泛应用。当同塔架设线路检修时，由于运行和停运线路之间的耦合，在停运线路产生感应电压；为了安全起见，需将停运线路的两端接地，在接地处会产生感应电流。
国内对于500kV同塔多回路的感应电压和感应电流研究较多，但对于220kV同塔架设线路感应电压和感应电流研究较少。本文对220kV同塔多回线路的感应电压和感应电流进行理论分析，通过仿真计算，得到了潮流、线路长度、相序排列等因素对感应电压、感应电流的影响。
1 同塔双回路的感应电压和感应电流理论分析
同塔架设线路间的感应电压和感应电流包括容性和感性两个分量，容性电流和电压是线路间的静电（电容）耦合合形成的，感性电流和电压是线路间的电磁（电感）耦合形成的。
假定，UI，II，UII，III分别为运行I线和停运II线的首段电压和电流，CI，CII，LI，LII分别为2回线路的自电容和自电感，Cm，Lm为互电容和互电感。双回线路的感应电流和感应电压之间有固定的数量关系。
1）静电耦合
双回路静电耦合方程为：
停运线路两端均不接地。感应电流为0，感应电压以静电感应分量为主，与停运线路对地电容和互电容相关，与运行线路电压成正比。
停运线路一段接地。感应电压以电磁感应分量为主，电磁感应电压与线路长度、互感和线路长度有关。感应电流以静电感应分量为主，静电感应电流与线路长度、互容和运行线路电压成正比。
停运线路两端均接地。感应电压为0；感应电流以电磁感应分量为主，电磁感应电流与自感成反比，互感成正比，与线路输送潮流成正比。
以上理论公式，定性分析同塔双回路之间感应电压、感应电流的影响因素。同塔三、四回线路，感应电压和感应电流产生的原理相同。
2仿真模型
同塔架设线路感应电压和感应电流的影响因素较多，对其仅通过理论公式进行定性分析不能指导实际工程建设。建立仿真模型，借助电磁暂态仿真程序（EMTP）进行量化计算，以指导接地开关的选型。
2.1接入系统图
某500kV变电站M的220kV出线采用先同塔四回架设，然后再分开同塔双回架设。仿真模型接入系统如图1所示。
2.2主力塔型
本次仿真主要是对同塔四回路和双回路进行仿真，所采用的主力塔塔型、导地线空间位置和相序如图2所示。
2.3系统参数
220kV线路导线采用2×JL/G1A-630/45型钢芯铝绞线，子导线外径为0.336m，直流电阻为0.04633Ω/km。220kV双回路地线为1根JLB40-150钢包铝绞线，一根为36芯OPGW复合光缆，其半径和直流电阻分别为0.1575m、0.2952Ω/km、0.132m和0.498Ω/km。土壤电阻率取600Ω.m。
正常情况下，投产年时线路潮流较轻，末端电压高。负荷达到饱和年时，线路潮流重。线路采用集中参数的常规∏型电路模型，分别对投产年、饱和年两种潮流进行感应电压、感应电流的计算。系统等值阻抗和线路潮流分别见表1和2。
3 仿真结果
3.1不同潮流下的感应电压、感应电流
当单回线停运时，分别计算MN I线、II线，MP I线、II线单独停运时，运行线路对停运线路的感应电流、感应电压见表3。其中，静电感应电压为UC，静电感应电流为IC，电磁感应电压为UL，电磁感应电流为IL。（下同）
从表3仿真结果可以看出，同塔多回线路中检修线路，流过接地开关的电磁耦合电流、电压与带电线路的输送潮流成正比关系，带电线路潮流越重，停运线路的电磁耦合电压越高。
3.2同塔多回路长度对感应电压、感应电流的影响
本次模拟的MN线全长为40km，对于不同的线路长度，相应的感应电压和感应电流的最大值计算结果如表4所示。其中，相序排列是同相序。
表4计算表明，同塔同相序线路感应电压和感应电流与长度密切关系，其中位于末端的值较大，中间段的值较小。
3.3相序排列对感应电流和感应电压的影响
同塔双回I线（A/B/C三相）、II线（a/b/c三相），相序排列有很多种。选择三种典型：同相序（ABC-abc），逆向序（ABC-cba）和异相序（ABC-acb）仿真MN回路I线停运时，线路潮流为投产年的仿真结果见表5。
由表5仿真结果可知，相序排列对感应电压和感应电流影响较大，MN线采用同相序感应电压和感应电流较大，采用逆相序、异相序可以适当降低其值。
4 接地开关的选择
依据GB1985-2004《高压交流隔离开关和接地开关》标准[3]，220kV接地开关的额定感应电压和额定感应电流的有限值见表6。
额定
从第3节的仿真结果可知，220kV同塔多回路出线时，MN线、MP线，静电感应电压最大值分别为：16.91kV、15.85kV，超出表5中的线路接地开关参数的额定值。因此，在220kV同塔架设的多回路中，需根据每个工程的实际情况仿真计算，对线路接地开关的参数提出具体要求。
5结论
本文对220kV同塔架设线路感应电压、感应电流进行，仿真计算，并对其接地开关的选型提出建议如下：
1） 本文对500kV变电站首端出线的220kV同塔四回/双回进行仿真，其静电感应电压超过B类开关的额定值，在工程设计中要考虑采用超B类开关，或者与产品厂家协商选择合适的产品；
2）线路输送潮流对感应电压、感应电流影响较大。因此，在线路接地开关的选型时，不仅考虑投产年的潮流，也要考虑饱和年的潮流；
3）线路相序排列对感应电压、电流影响较大，工程设计时应仿真不同相序下的感应电压、电流值。本文仿真的同塔多回路推荐采用逆相序排列；
4）同塔多回线路长度对电磁耦合感应电压、电流的影响较大，因此建议电网规划中500kV变电站尽量靠近负荷中心，减少220kV送电距离，减少感应电压/电流值。
参考文献
[1]蔡广林，曹华珍，王晓彤.500kV同塔四回路感应电压与感应电流分析.南方电网技术，2009，3（14）：141-144.
[2]胡丹晖，涂彩琪，蒋伟，等.500kV同杆并架线路感应电压和电流的计算分析[J].高电压技术，2008，34（9）：1927-1931.
【关键词】电流互感器;OCT;继电保护
在电力系统中，对电力设备的运行情况进行监视和测量是保证各种电气设备的安全和有效运行的前提。电磁式电流互感器由于其简单的构造，稳定的运行，较低的成本，在电力系统中应用较广泛。但是，传统的电流互感器由于其工作原理的限制无法满足电力系统大容量和高电压的要求。
为了满足电力系统的发展提出的最新要求，新型的电流互感器的发展就变得格外重要，其中光学电流互感器（Optical Current Transducer，简称OCT）由于其独特的工作原理和良好的通讯能力逐渐的在电力系统中崭露头角。
1.OCT的基本原理
光学电流传感原理是基于法拉利磁光原理。由于电流在传输的过程中会在导线周围产生交变的磁场，通过对磁场强度的测量然后对其线积分就可得到电流的大小。根据法拉利磁光效应，线偏振光在与其传播方向平行的外界磁场的作用下通过晶体或光学玻璃时，其偏振面将发生偏转，偏转角H为：
其中，L是磁光材料的磁导率;V为磁光材料的Verdet常数;H磁光材料周围的磁场强度;L为通过磁光材料的偏振光的光程长度。当偏振光围绕i形成回路时，通过计算就可得出电流的大小。
其中，N为线偏振光围绕i的环路数。
2.光学电流互感器的构成
OCT数字信号处理单元先将光学电流传感器采样的模拟信号经光纤传输到DSP系统处理，最后传到继电保护单元，再判断是否有保护动作。由于光纤传输可以绝缘高低压系统和实现采样数据由高压向低压的高速传输，所以节约了大量的绝缘设备并且让高速数字信号处理器实现了信息处理的实时性，保护动作更加迅速和精确。
为了能与传统的模拟接口兼容，光学电流互感器需要一个模拟量输出接口。本文选用TMS320C32数字信号处理芯片。该芯片最高主频为O.1MHz，可实现16为采集信号的输入和输出;具有双路异步串行通讯功能和看门狗电路为未来硬件和软件的升级提供有效的支持;有较高的稳定性，能在恶劣环境下稳定工作。
在低压端安装功率放大器就可得到额定的电流和功率。同时要保证输出电流的相位、幅值等性质与传统电流互感器一样。这样，光学电流互感器系统可以实现与传统的电流互感器和电压互感器以及其他模拟仪表和装置的无缝连接。使得现场总线技术可以经由光学电流互感器实现点对点和多个点对点的高效通讯，大大的简化了复杂的二次接线，实现了信息的共享。
3.光学电流互感器与继电保护装置的连接
光传感头将检测的电流信号经过光纤传输系统传输到信号处理单元，再由信息合并单元将信息合并后，由主从中央处理器处理后送到各个终端。
传统的电磁互感器只能输出5A或1A的模拟量电流，由于现代的电力系统的微机保护系统需要数字信号的输入，传统的电磁互感器需要经过复杂的电路进行模数转换才能提供有效的信号给保护装置。这种复杂的二次接线不但降低了信号的精度而且使得微机保护的可靠性降低。
而拥有数字信号处理单元的光学电流互感器可以提供多种数字信号给控制单元，简化了电路，提高了检测、计量和控制系统的精确度和可靠性，减少了系统故障的误报警。与此同时，使得二次设备集成化，将改变电力保护设备的整体构造和保护方式。
（1）光接收模块
光接收模块实现光电信号的转换，将由光信号传感器传输来的信号转换为电信号，该模块可以处理6通道的信号，最后将信号传输到信号处理单元。光接收模块的技术要求主要是信号幅值的变化时间和时钟精度以及脉冲宽度失真的大小。
（2）中央处理单元
中央处理单元对传输来的信号进行处理和判断并发出控制信号，在整个继电保护系统中起到核心作用。为了保障处理信号的高效和稳定，该单元采用双中央处理器，其中主处理器采用具有以太网接口的MCF5272处理器。由于拥有以太网接口和较高容量的缓冲区，处理器可以接受完整的采样信号不会出现信号丢失的情况，从而实现高速的信号运算和控制信号传输的实时性，大大提高了继电保护系统的稳定性和可靠性。
从CPU采用型号为80C196KC的处理器，实现人机接口和通讯的任务和其他辅助的功能为未来模块的升级留有空间。双口RAM模块实现两个CPU之间数据的交换。
4.总结
由于光学电流互感器不存在饱和问题，杜绝了传统电磁式电流互感器经常出现的误动作。另外，光学电流互感器采用的高速的数字信号处理器和光学传感器提高了信息处理的精度。可以预见，光学电流互感器将在电力系统中得到广泛的应用。
参考文献
[1]李炜.基于自适应技术的组合式光学电流互感器的研究：（硕士学位论文）.北京：华北电力大学，2002.
1.掌握楞次定律的内容。
2.培养观察实验的能力以及对实验现象分析、归纳、总结的能力。
3.能够熟练应用楞次定律判断感应电流的方向。
二、教学重点:对楞次定律的理解
三、教学难点:对楞次定律中的“阻碍”和“变化”的理解
四、教具准备
干电池、灵敏电流表、外标有明确绕向的大线圈、条形磁铁、导线。
五、教学设计的思路与教学方法
本节内容采用“探究式”教学,即:“创设一个问题情景学生讨论猜想设计实验探索实验分析实验现象得出楞次定律课堂讲练巩固练习”。这种通过让学生自己动手操作、动眼观察、动脑思考,引导他们自己获取知识,不仅活跃了课堂气氛,还发展了学生的思维能力和创新能力。
六、教学过程的设计
(一)引入
(二)新课教学
1.展示情景,提出问题
A和B都是很轻的铝环,A环是闭合的,B环是断开的。
问题1:当条形磁铁的任一端分别靠近A环和B环时,环中有无感应电流?为什么?
问题2:能否根据“吸引”和“排斥”来判断当条形磁铁的某一端在远离和靠近A环时,环中感应电流的方向?
2.讨论猜想,设计实验
学生分组讨论:
条形磁铁N极靠近A环时,与A环“排斥”,能根据什么原理判断此时A环中感应电流的方向?
3.演示实验
步骤:
(1)观察螺线管上线的绕向。
(2)用干电池判断电流流向与G表指针偏向的关系。
(3)根据实验由G表指针偏向确定对应图中的方向。
(4)用右手螺旋定则判断电流的磁场方向。
引导、探索、分析:
(1)比较感应电流磁场与原磁场的方向关系(相同、相反、排斥、吸引)。
(2)由于感应电流磁场与原磁场的方向关系杂乱,故变化思维,研究感应电流磁场与原磁场的关系。
(3)得出结论:感应电流的磁场总是阻碍原磁场的磁通量的变化。
4.由实验得出愣次定律
(1)内容:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,这就是楞次定律。
(2)本质:揭示了感应电流的磁场与原磁场的方向关系:“增(磁通量增加)反(感应电流磁场与原磁场反向)减(磁通量减少)同(感应电流磁场与原磁场同向)”。并没有直接判断出感应电流的方向。
5.利用愣次定律判断感应电流的方向
(1)逻辑程序图
(2)利用楞次定律判定感应电流方向的步骤:
a.明确闭合回路中原磁场的方向;
b.判断穿过闭合回路的原磁通量如何变化;
c.由楞次定律确定感应电流的磁场方向;
d.利用安培定则确定感应电流的方向。
6.练习部分
(1)方形区域内为匀强磁场,在矩形线圈从左到右穿过的整个过程中,判断感应电流的方向。
(2)当条形磁铁突然向闭合铜环运动时,铜环里产生的感应电流的方向怎样?
作业:书后练习
七、板书设计
愣次定律――感应电流的方向
1.内容:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,这就是楞次定律。
2.本质:揭示了感应电流的磁场与原磁场的方向关系:“增(磁通量增加)反(感应电流磁场与原磁场反向)减(磁通量减少)同(感应电流磁场与原磁场同向)”;并没有直接判断出感应电流的方向。
3.利用愣次定律判断感应电流的方向。
(1)利用逻辑程序图判断。
(2)利用楞次定律判定感应电流方向的步骤:
a.明确闭合回路中原磁场的方向;
b.判断穿过闭合回路的原磁通量如何变化;
c.由楞次定律确定感应电流的磁场方向;
一、实质分析
1.通电导体在磁场中的受力实质：电荷的定向移动形成了电流。通电导线在磁场中之所以要受安培力的作用，是因为形成电流的每一个电荷都受到洛伦兹力，这些力的合力就是安培力。
2.导体切割磁感线产生感应电流实质：金属导体内有大量的可自由移动的电荷，当导体做切割磁感线运动时，导体内的电荷与导体运动方向相同。这些电荷一旦运动起来，每一个自由电荷就会受到洛伦兹力，最终这些电荷在洛伦兹力作用下将沿导体做定向运动，即形成了感应电流。按照物理学中的规定，电流方向为正电荷定向移动方向（或为负电荷移动方向的反方向）。
经过分析，我们自然会发现在以上两类物理问题中存在一个相同的因果关系，即：因 运动电荷，果 受洛伦兹力作用。所以如果把这种因果关系都用一只手即左手来表示的话，那就可以解决学生在这两类问题的分析判断中出现混淆的现象。
二、新的想法
1.都用左手；
2.手形都相同（即四指并拢与拇指张开形成直角且在同一平面内，让磁感线穿入掌心）；
3.都是四指表原因，拇指表结果。
三、表示方法
1.通电导体在磁场中的受力方向的判断，如图1（即教材中的左手定则，在此不详说）：导体中的电流是产生安培力的原因（用四指表示）；安培力是电流在磁场中形成的结果（用大拇指表示）。所以大拇指表受力方向。
2.导体切割磁感线产生感应电流方向的判断，如图2（伸出左手，让磁感线穿入掌心，左手四指表示导体切割磁感线运动的方向，则大拇指表示感应电流的方向。这样判断的结果与右手定则完全相同）：导体运动即切割方向是原因（用四指表示）；导体中的正电荷受洛伦兹力（或负电荷定向移动的反方向）即感应电流方向是结果（用大拇指表示）。所以大拇指表感应电流方向。
四、优点显示
1.手形不变，只需找出因果各是什么物理量，便于记忆；
【关键词】地磁感应 电网 稳定运行
一、前言
建电网安全稳定运行是保证电力工程质量优劣的首要前提，电力工程质量的优劣不仅关系到企业的生存发展，而且关系到国家和人民群众的生命财产安全，所以一定要加强应对地磁感应电流对电网安全稳定运行影响的措施。
二、电磁感应现象的概述
电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，它显示了电、磁现象之间的相互联系和转化，对其本质的深入研究所揭示的电、磁场之间的联系，对麦克斯韦电磁场理论的建立具有重大意义。电磁感应现象在电工技术、电子技术以及电磁测量等方面都有广泛的应用。
若闭合电路为一个n匝的线圈，则又可表示为：式中n为线圈匝数，ΔΦ为磁通量变化量，单位Wb，Δt为发生变化所用时间，单位为ε为产生的感应电动势，单位为V。因磁通量变化产生感应电动势的现象，闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应。这种现象叫电磁感应现象。产生的电流称为感应电流。闭合线圈面积不变，改变磁场强度，磁通量也会改变，也会发生电磁感应现象。所以准确的定义如下：当穿过闭合电路的磁通量变化时电路中就有感应电流产生，这种利用磁场而产生的电流的现象叫感应电动势。
感应电动势的产生的条件是：穿过电路ΔΦ，无论电路闭合是否，只要磁通量变化了，就一定有感应电动势的产生。楞次定律是判断感应电流方向的。感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流磁通量的变化。首先明确闭合回路原磁场的方向。穿过闭合电路的ΔΦ是增加还是减小。由楞次定律是判断出感应电流的方向。或者也可以用右手定则判断出感应电流的方向。楞次定律中的阻碍是磁通量的变化，而不是阻碍磁通量。当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反。当磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。即“增反减同”。阻碍导体的相对运动“来拒去留”。磁通量增加，线圈面积缩小，磁通量减小，线圈面积“扩招”。阻碍线圈自身电流变化自感现象。感应电流的方向的判断，可利用右手定则判断感应电流闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时感应电流方向。我们经常遇到切割的几种情况：①导体平动切割磁感线。②导体转动切割磁感线。③导体不动，磁场运动，等效的磁场不动，导体反向运动切割磁感线。
若导体不动，回路中磁通量的变化，应该用楞次定律是判断出感应电流的方向而不要用右手定则判断感应电流。若是回路中一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流。用右手定则判断较为简单。用楞次定律是判断也可以，但较麻烦。从研究对象上说，楞次定律研究的是整个回路，右手定则研究的是闭合电路的一部分导体，即一段导体做切割磁感线运动。从使用范围上说，楞次定律可以用于磁通量的变化引起的感应电流的各种情况。包括一部分导体切割磁感线运动的情况，右手定则只是由于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的情况。因此，右手定则是楞次定律的一种特殊情况。
三、地磁感应电流对电网设备的影响
1、对变压器
由于GIC的变化频率为0.001～0.1Hz，这种准直流性质的GIC进入变压器之后，与变压器的励磁电流相叠加，合成的励磁电流波形呈正负半波极不对称的形状，将导致变压器直流偏磁饱和。变压器偏磁饱和的主要危害表现在以下几方面：变压器励磁电流在饱和的半周很大，导致变压器铁心磁滞伸缩增加，噪声增大，以及变压器局部过热、绝缘老化和损耗增大。变压器饱和将向系统注入大量富含偶次和奇次的谐波，谐波电流会造成补偿电容器过负荷，并且可能导致继电保护的误动作。变压器从系统中吸收的感性无功功率急剧增大。系统的无功需求急剧变化，将可能导致整个系统的电压波动、系统解列，甚至电压崩溃。
2、对发电机
一般来说，GIC对发电机的影响相对较小。但当系统中流有GIC时，系统电压不平衡及其波形畸变可能对发电机造成危害，以及正、负序谐波电流流入发电机后，可能造成发电机过热、噪声增大和机械振动。对发电机的负序保护而言，是针对电网基波不平衡电流而设计的。因此，它不能正确地保护发电机免受GIC引起的正序和负序谐波电流所造成的侵害。
3、对继电保护
近年来，大多数电网已将电磁继电保护装置更换为数字（电子式）继电器。电磁继电器是通过检测电流有效值实现保护，而数字继电器则以检测电流的幅值为依据。因此，数字继电器对电流波形畸变（或谐波）很敏感。
研究表明，在变压器偏磁饱和谐波的情况下，数字继电器动作的正确性比电磁继电器低20%～30%。保护误动将造成输电线路、变压器或补偿电容器等退出运行，可能导致系统负荷转移或无功缺额增大，进而引发更严重的事故。
4、对SVC装置
静止无功补偿装置（SVC）对保证电网安全运行意义重大，但变压器半波饱和产生的2次谐波对SVC的影响很大。在强地磁暴期间产生的负序性质的2次谐波电流，将使晶闸管控制电抗器（TCR）装置的工作点发生偏移。TCR工作点平衡控制是为了滤除流过装置的直流电流而设计的，并不能减少电网电压波形的畸变程度。当装置因存在2次谐波电流而发生谐振时，TCR平衡控制减少了装置直流电流，同时将增大系统电压的畸变程度。
我国江苏阳-淮输电系统自2001年3月投运以来，系统中的上河变电站主变多次发现持续达1～2h的噪声异常现象，变电站750MVA变压器为日本三菱公司制造，经中日双方共同对录制的噪声分析认为，是GIC导致的变压器直流偏磁所致。近年来，与南方电网长距离输电系统相关的广东岭奥核电站，也多次检测到过变压器中性点的GIC和变压器发现过遭受磁暴侵袭的事件。因此，GIC是长距离输电系统值得关注和研究的问题。
四、应对地磁感应电流对电网安全稳定运行影响的措施
1、GIC的补偿和消除方法
电力系统中的GIC通过长距离三相输电线、电力变压器的中点接地线和电力变压器一侧的三相绕组形成闭合回路。可通过电流传感器测量各相电流，并经傅氏级数分析，得到的直流分量即为线路中的GIC。
2、补偿、削弱和消除GIC方法的探讨
（一）、补偿GIC方法
外加直流电源补偿GIC方法要求外加的直流电源可以调节，使每相补偿绕组中的补偿电流能补偿GIC产生的磁势。这是一种有源的GIC补偿方法。自激补偿GIC方法不需外加直流电源，其补偿电流随着GIC的变化自行调节，但要求每相补偿绕组的匝数为GIC侧相绕组匝数的1/3。
3、削弱GIC方法
串电阻的GIC削弱方法。这种方法是把非线性电阻或线性电阻设备串入电力变压器中点与地之间，根据GIC的大小，通过对非线性或线性电阻的调节，保证电力变压器中线GIC数值在规定的范围内。这属于无源的GIC削弱方法。
五、结束语
从实践出发对当前地磁感应电流对电网安全稳定运行的影的相关知识，进行了粗略的分析和研究。综上分析，应对工作的主要任务是运用科学的方法，促进工作的开展。
参考文献
[1]蒯狄正，刘成民，万达.直流偏磁对变压器影响的研究[J].江苏电机工程，2013
关键词： 接触网“V”形天窗感应电穿越电流
Abstract: the article introduces the overhead contact "v-shaped" induction electric current and homework through the produce, and analyzes the hazards, and puts forward some preventive induction electric and preach and current measures.
Keywords: catenary "v-shaped" induction electric current through the sunroof
中图分类号：TM346文献标识码：A 文章编号：
在我国复线电气化区段，为了减少接触网检修对运输的干扰，一般采用“ V形”停电的方式进行作业。V形停时，由于一线接触网停电进行检修作业，另一线接触网仍正常供电，列车正常取流运行，因而对停电作业的线路存在着感应电和穿越电流干扰，存在作业人员被感应电和穿越电流伤害的隐患。因此，全面认识感应电和穿越电流的产生及危害，落实相应的预防措施是一件不容忽视的安全工作。
1.接触网感应电和穿越电流的产生原理
1.1 接触网感应电分为静电感应和电磁感应
1.1.1 静电感应
物质是由分子组成的，分子是由原子组成的，原子是由原子核和其电子组成的。两种物质紧密接触后再分离时，一种物质把电子传给另一种物质而带正电，另一种物质得到电子而带负电，这种现象就叫做静电感应。当带电接触网有电力机车取流时电压会随之发生变化,其周围空间有电场存在,这时空间各点具有一定的电位,使位于这个电场中已停电的接触网出现带电现象。在电场的作用下，已停电接触网中的自由电子就要作有规则的移动，引起电荷的重新分布，使该停电接触网呈现带电状态，即产生静电感应。停电接触网上产生的静电感应电压的大小，与上下行接触网间的距离成反比；静电电流的大小与停电接触网长度成正比。
1.1.2 电磁感应
根据法拉第电磁感应定律，处于磁场中的直导体发生运动或通过线圈的磁场发生变化时，在导体或线圈中都会产生电动势；若导体或线圈是一个闭合回路的一部分，则导体或线圈中将产生电流。从本质上说，上述两种现象都是由于磁场发生变化而引起的。我们把变化磁场在导体中引起电动势的现象称为电磁感应。
电气化铁路接触网是一种不对称运行的电线路，当为停电接触网有电力机车取流运行时，线路中的负荷电流将在导线周围产生一个以带电线路为圆心的电磁场，该电磁场必然穿过其附近的停电接触网线路。由于带电接触网线路中通过的电流为交流电，产生的磁场就为一个交变磁场，此时处于交变磁场中的停电接触网线路若平行于带电接触网线路，根据电磁感应原理，也会在停电接触网线路中产生沿其分布的感应电压。感应电压的大小与未停电接触网的负荷电流大小、电流的变化率、两线路间的距离、停电接触网长度成正比例关系。
1.2 穿越电流
在牵引供电系统中，接触网中的电流经过电力机车后先流到钢轨，再分别经钢轨、回流线和大地流回牵引变电所（如图1所示）。在复线区段，上、下行线的钢轨在车站两端及上、下行间的渡线处，通过钢轨连接线相互连通。同时，由于钢轨通过吸上线又与回流线连通，使得上行线的钢轨与回流线和下行线的钢轨与回流线都相互连通，它们都是牵引回流的并联支路。当接触网“V”形停电时，未停电的线路上机车取流时就会在钢轨中产生牵引回流。由于上行线与下行线的钢轨、回流线都是牵引回流的并联支路，此时一方面运行线路钢轨中的牵引回流分流到已停电线路的钢轨和回流线中；另一方面，如果此时停电线路的接触网安装了接地线时，作业区两端的接地线将钢轨与接触线和承力索并联，使停电检修的接触线和承力索也成为牵引回流的一条并联支路而在其中流过部分牵引回流，以上两种情况产生的分流就称之为“穿越电流”。 接触网穿越电流的产生与钢轨连接线、吸上线等的安装位置及连接状态有关，其大小则与接触网、钢轨和大地的电气参数、机车的运行位置及取流大小等有关。
2 接触网感应电和穿越电流的危害
2.1.1 静电感应的危害
当接触网采用“V”形停电检修时，未停电接触网的四周会建立起垂直于导线表面的交变电场。由于静电感应作用，处于该电场内的停电线路接触网将产生对地感应电压，当停电接触网线未接地处于悬空状态时，其耦合电容容抗很大，耦合电容电流很小，产生对地电压很高可达到2000V左右，远远大于人体心脏所能承受的最大电压为40V;若人体不慎串入停电接触网与大地间将停电接触网与大地间通过人体或所持机具构成通路，会对作业人员的人身安全造成严重危害，必须采取措施来消除。
2.1.2电磁感应的危害
当未停电接触网线路上有电力机车取流时，其周围就会建立起交变磁场，由于电磁感应作用，交变磁场会在与其平行的停电接触网上感应出沿电线路纵向分布的感应电动势。根据相关试验，在停电接触网未构成闭合回路时感应电压在3600v以上，由于未构成闭合回路，受影响停电接触网中就只有感应电动势存在，不对作业人员产生危害。如果通过作业人员构成了闭合回路，就必定有电磁感应电流产生，其电流值超过人体的电流所能承受的最大电流（一般规定为50mA）时，就会对作业人员造成伤害。
无论是静电感应还是电磁感应，在停电检修接触网形成的感应电流回路中，无任何保护装置且线路不具备自动切断感应电的能力，当人体一旦触及，发生感应触电时，多数情况下人体与带电体不能自行脱离，周围作业人员也不易察觉，感应电流将会长时间通过人体，直接造成人身伤害。因此，感应电对作业人员的危害更大、更隐蔽。
2.2.穿越电流的危害
一般情况下，接触网“V”形停电天窗时，虽然有穿越电流流过，但由于人体的电阻一般在800兆欧至几百万兆欧之间，远大于接地线的电阻，穿越电流都是通过钢轨、回流线和接触网完成分流，因此不会对作业人员造成。但当检修作业使断开接触网主导电回路，或检修吸回装置未按规定采取旁路措施造成穿越电流径路开路，此时穿越电流就会通过人体分流，轻者造成作业人员灼伤重者会危及作业人员的生命安全。
3. 接触网感应电和穿越电流的预防措施
3.1接触网感应电的预防措施
根据以上分析，预防感应电的最基本也是最有效的方法就是将可能会产生感应电势的停电接触网及相关线索两端用接地线可靠地接地，以消除感应电或将感应电控制在人体可以承受的安全电压范围之内。《接触网安全工作规程》第65条对“V”形天窗停电作业接地线设置提出了具体要求，其目的之一就是为了彻底消除感应电。同时，根据相关试验，在接触网“V”形停电作业中，停电的接触网在两端加挂接地封线后（接地线距离300m），接触网感应电压、钢轨对地电压都不大于10v，未超过我国规定的安全电压值36V和人体所能承受的最大电压值40V。
3.2穿越电流的预防措施
3.2.1在作业组两端接地线装设牢固可靠，使停电接触网与接地线构成的回路无开路。
3.2.2严禁作业区段内接触网开路，如必须开路时要采取旁落措施，例如检修分段绝缘器、隔离开关、电分段锚段关节、吸流变压器等设备时，必须事前采取短接旁路措施，保证穿越电流不经过作业人员及机具分流。
3.2.3保证牵引变电所接地网及吸上线等状态良好回流通畅。如果变电所的接地装置不良，牵引回流无法回到接地网中，所有穿越电流就会在接触网-接地线-钢轨-接地线―接触网这一回路中循环，就可能烧断接地线，危机作业人员人身安全。
3.3正确认识感应电和穿越电流，杜绝侥幸心理，严格遵守规章
因为感应电和穿越电流的伤害具有较强的隐蔽性，容易被人们所忽视，心存侥幸。因此，作业人员必须了解感应电和穿越电流的成因，正确认识其危害，严格遵守各项规章制度，认真落实预防措施。
4结束语
关键词：楞次定律，说课
一、教材分析
楞次定律是电磁学的一个重要规律，是分析解决电磁学问题的理论基础，要求学生能灵活运用。楞次定律比较隐蔽，涉及的物理量多，关系复杂，为教学带来了很大的难度。
《课程标准》对这节课的要求是“通过探究，理解楞次定律。”因此，本节课的主要任务是引导学生实验探究，总结出感应电流方向所遵循的一般规律。
二、学情分析
学生已学习了安培定则和感应电流的产生条件，实验能力和分析问题的方法都有一定的基础，形象思维能力强，抽象思维能力不成熟。
为调动学生的积极性，开始就演示实验（磁铁块、木块分别从铝管中下落）：木块哗就掉下了，磁铁却下得很慢，好像很困难。为什么呢？新现象、新问题初中物理论文，可以激发学生的好奇心，求知欲。学生情绪高涨起来，对接下来的探究跃跃欲试。
三、设计思路
以探究感应电流方向遵循的一般规律为目标，把规律的得出过程和方法放在首位，重视学生的情感价值体验，为解决每个问题创设情境、明确任务，在组织交流和评价的过程中促进意义建构、分享体会。
四、教学目标
1．知识与技能：
①通过实验探究得出感应电流与磁通量变化的关系，并会叙述楞次定律的内容。
②通过实验过程的回放分析，理解楞次定律中“阻碍”二字的含义。
③通过深入分析和演示实验，认识到楞次定律的实质是产生感应电流的过程遵循能量守恒定律。
2．过程与方法：
①在科学探究过程中，学会收集、分析处理实验数据的方法，提高实验能力。
②在选择“中介”（磁场），将因（原磁场磁通量变化）果（感应电流）联系起来的分析过程中，发展思维的灵活性、逻辑性，提高思维能力。
3．情感、态度与价值观：
①体会科学发现过程中的苦与乐，发展对科学的好奇心和求知欲。在与他人的讨论交流中学会与人有效沟通的合作精神。
②体会物理规律的表达因高度抽象和概括而表现出的简洁美。
五、教学用具：
1．ppt课件、计算机、大屏幕投影；
2．线圈、条形磁铁、导线、干电池、 灵敏电流计；
3．磁铁、铝管；
4．铁架台、两个磁铁做的弹簧振子；
六、教学的重点、难点
重点：科学探究，得出结论。
突出重点的策略：教师要把学生放在教学的主体地位上，充分发挥学生的能动性，对探究活动加以必要的干预和引导，提高科学探究的质量，让学生在规律形成过程中学习，学到形成规律所用的方法。
难点：1、得出楞次定律；
2、理解楞次定律。
突破难点的策略：1、教师要做有效的引导，步步为营:第 一，复习“磁通量的变化是产生感应电流的原因”，以板书的形式体现，贯穿全课。把学生的思路集中到“感应电流的方向与磁通量的变化有关”上，这样在猜想影响感应电流的因素时，学生容易把握住关键点，从磁通量的变化角度来设计实验。对于确定的线圈，学生能够关键词表述的是同一效果初中物理论文，概括一下，升华为“阻碍”！至此，学生完成了规律的得出，并在不断的修补过程中形成了分析问题的思路，为将来正确使用定律奠定了基础。
2、也是四步：第一，弄清最基本的因果关系。这个关系是始终体现在黑板上的，探究之后我们有新的认识:结果又以“阻碍”的方式反作用于原因。原因产生结果，结果又反作用于原因，这样的回环不是很有逻辑性吗？第二，多角度理解“楞次定律”毕业论文格式。探究过程中我们发现的“增反减同”，“来拒去留”是阻碍的具体表现，可升华概括为“感应电流的效果总是阻碍产生感应电流的原因”。在实际分析问题时，我们不妨还回到初级结论上：从阻碍磁通变化的角度，用“增反减同”；从阻碍相对运动的角度，用“来拒去留”。这样思路更具体。第三，重点是对“阻碍”二字的理解。“如何阻碍”是学生理解容易出现偏差的。要明确：感应磁场的存在只是“延缓”了穿过电路的总磁通量的变化时间，而不会改变原磁通量变化的特征和方向。回顾开始的演示试验：磁体从铝管中下落得慢，正是受到了阻碍。学生体会到“阻碍”不是“相反”，不是“阻止”，是“延缓”。第四、为什么要阻碍？“阻碍”的过程就是能量转化的过程。此时演示弹簧振子的电磁阻尼的实验。 “看得见”的能量转化帮助学生认识到：楞次定律的实质就是产生感应电流的过程遵循能量守恒定律。
七、教学过程简述
1、展示情境，提出问题
首先是调动情绪的演示试验，教师指出，铝管可以看成是绕得很密的很长的线圈，磁体从中通过，其实就是上节课做过的实验：
学生已经知道这个过程有感应电流产生，这节课就要更进一步：探究感应电流的方向所遵循的规律。知道这个规律，就能解释为什么磁铁下落得慢了。
2、给出线索，猜想假设
复习感应电流的产生条件，把思路集中到“磁通量的变化与感应电流方向的关系”。重复上面的实验，有助于学生想到按ΔΦ增加和减少初中物理论文，磁极的方向不同来设计实验。
3、发现问题，解决问题
怎样知道感应电流方向？学生应该能答出用电流计的方法，教师也可以指出利用二极管的单向导电性来判断，开阔学生思路。要求学生完成电流计偏转与电流方向关系的探究。教师给与实验指导：用旧电池试触。
4、制订计划，记录数据
待学生有了思路后再发实验记录表。学生根据自己线圈的饶向选择合适表格，直接画出电表的偏转。由于减低了记录难度，学生会做得很顺利，且不易出错，为后续分析打好基础。
5、分析数据，遇到困难
6、提示中介，补充记录
启发：能否利用磁场这个“中介”找到规律？设疑：产生感应电流的过程中有几个磁场？感应电流是否也要产生磁场呢？它的方向呢？学生补充原有的记录表格，将原磁场方向和感应磁场方向填出。
7、对比分析，得出结论
比较“两磁场方向的关系” 后得出结论，并将结论不断简化。
8、深入交流，加深理解
帮助学生理解“阻碍”的含义。
帮助学生理解楞次定律的实质是产生感应电流的过程遵循能量守恒。
9、牛刀小试，总结方法
简单的练习，让学生总结做题步骤。
10、回顾小结
板书展示
八、板书设计
附表：
Abstract: The example is considered in the current transformer variable selection of protection setting calculation. The current transformer variable selection is analyzed， and the protection setting calculation plays a supplementary role in the selection of protective current transformer ratios.
关键词： 保护整定计算；电流互感器变比；选取；应用
Key words: protection setting calculation；current transformer variable ratio；selection；application
中图分类号：TM452文献标识码：A文章编号：1006-4311（2014）23-0043-02
0引言
保护用电流互感器通常根据供电线路一次负荷电流确定变比，本文例举了日常整定计算中碰到的算例，说明定值计算结果对实际变比选择起到辅助参考作用。
1算例一
将大南变T接常吉甲线后，因负荷增加将常胜变36111常吉甲线开关电流互感器变比由600/5更换为800/5。
1.1 系统接线简图（如图1）：
[常胜变36112常吉乙线][T接点][吉宏变122][常胜变][常胜变36111常吉甲线][常胜变36122常南线][吉宏变111][#2变][#1变][吉宏变][兰山变][大南变114T][大南变110T][大南变111][#1变][#2变][大南变112南荣][大南变113南石]
图1
1.2 常胜变36111常吉甲线保护计算参数
1.2.1 36111常吉甲线开关参数。电流互感器变比为800/5。
1.2.2 36111常吉甲线线路参数。
常胜-T接-大南线路参数Z有名值=2.744624
常胜-吉宏线路参数Z有名值=0.759687
1.2.3 36111常吉甲线负荷电流。按变压器额定容量（大南变2×40MVA、吉宏变2×63MVA）算出：
IfhMAX=206000÷（×110）=1081.3A
电流互感器一次侧额定电流800A
只能按常吉甲线为LGJ-300导线允许载流量考虑：
IfhMAX=690A （在实际运行中按此控制负荷）
1.2.4 大南变变压器参数。XT1高* =0.228202 ；XT1中*=-0.018375；XT1低*=0.168625；XT2高* =0.222727；XT2中*=-0.0165；XT2低*=0.1815。
1.2.5 吉宏变变压器参数。XT1高* =0.147186；XT1中*=-0.01143；XT1低*=0.126823；XT2高* =0.145218；XT2中*=-0.009365；XT2低*=0.11968。
1.3 常胜变36111常吉甲线相间距离III段保护定值计算
1.3.1 整定原则一。按躲本线所供最大负荷电流（最小负荷阻抗）整定：Zfhmin=0.9Ue /（×K×If）=0.9×110000/（1.732×1.1×690）=75.3Ω
Z3dz=0.7×75.3×160/1100=52.7×160/1100=7.67Ω/ϕ
校核至大南变#2主变（吉宏变#1主变）低压侧相间故障灵敏系数：Klm=52.7/[2.744624+（0.222727+0.1815）×146.4]=0.85
Klm=52.7/[0.759687+（0.147186+0.126823）×146.4]
=1.31>1.2
1.3.2 整定原则二。按至大南变单台主变低压侧1.2灵敏系数整定：Z3dz=1.2×[2.744624+（0.222727+0.1815）×146.4）]×160/1100=74.3×160/1100=10.8Ω/ϕ
若取Z3dz=10.8Ω/ϕ，倒推Zfhmin=106.07，进而推出If=489A。
不难看出若保灵敏势必造成躲负荷能力降低。
若按最大负荷电流600A考虑
Zfhmin=0.9Ue /（×K×If）=0.9×110000/（1.732×1.1×600）=86.6Ω
Z3dz=0.7×86.6×160/1100=60.62×160/1100=8.8Ω/ϕ
实际取值Z3dz=8.8Ω/ϕKlm=60.62/61.92=0.98接近1。
1.3.3 定值取值。实际整定计算人员兼顾灵敏系数与躲负荷能力综合考虑按Z3dz=8.8Ω/ϕ取值，也就是说最大负荷电流600A按取值，也就是说按原电流互感器一次值取值。
1.4 结果
一次设备电流互感器变比由600/5换为800/5，但保护定值取值仍只能按原变比600/5取值。
2算例二
潮湖变20113、20114潮东甲乙线开关电流互感器变比为300/5。
2.1 系统接线简图（如图2）：
[潮湖变][潮湖变20113湖东甲线 东郊变101][潮湖变20114湖东乙线 东郊变102][#1变][#2变][东郊变]
图2
2.2 潮湖变20113、20114潮东甲、乙线保护计算参数
2.2.1 20113、20114潮东甲、乙线开关参数：电流互感器变比：300/5。
2.2.2 20113、20114潮东甲、乙线负荷电流：最大额
定电流IfhMAX=80000÷（×110）=420A，实际负荷电流不足300A。
2.2.3 东郊变110千伏母线参数：
正序阻抗（最大方式）：Z1*max=0.076277
正序阻抗（最小方式）：Z1*min=0.144485
零序阻抗（最大方式）：Z0*max=0.15768
零序阻抗（最小方式）：Z0*min=0.23846
2.3 零序电流I段保护定值计算：
整定原则。按躲区外故障最大零序电流(3I0)整定：
I01dz=KK3I0max=1.5×3×478/(2×0.076277+0.15768)÷60=115.5A。故I01退出，取100A，10S零序Ⅰ段计算定值超出保护装
置整定范围，只能退出。
若电流互感器变比为600/5则零序电流I段定值计算如下：I01dz= KK3I0max =1.5×3×478/（2×0.076277+0.15768）÷120
=57.8A
零序Ⅰ段计算定值57.8A在保护装置整定范围内，可投入。
2.4 结果
可知电流互感器变比为300/5影响该线零序Ⅰ段保护投运，建议变更20113、20114潮东甲、乙线开关电流互感器变比为600/5。
3结论
由上述两个算例计算过程可知，在电流互感器变比选择时，不仅仅只按保护电器设备额定电流值选取，还可结合保护整定计算，充分运用系统阻抗参数乃至各级设备参数计算值结果，全面考虑确定电流互感器变比选择。这样不仅符合继电保护装置需求，更满足实际运行，从而保证电网安全稳定运行。
参考文献：
[1]杨增力，石东源，杨雄平，谢俊，段献忠.继电保护整定计算软件的通用性研究[J].电力系统自动化，2007(14).
关键词:电流互感器;饱和;设备检查;故障分析
中图分类号:TM771文献标识码:A
文章编号:1009-2374 (2010)28-0073-03
0引言
继电保护科学和技术是随电力系统的发展而发展起来的。电力系统发生短路是不可避免的,伴随着短路,电流增大,对配电设备和用电设备都将产生较大影响,严重时甚至烧毁一次设备。动作于跳闸的继电保护,是保证电网安全稳定运行的重要手段,随着电力系统的不断发展,对继电保护动作正确性的要求越来越高。通常情况下,对保护的“四性”及二次回路的完好性很重视,而对用于继电保护的电流互感器(CT)参数选择及实际特性校核重视不够。随着主网及用电企业内部电网的改造,系统短路电流急剧增加和新型继电保护装置的大量采用,中低压系统中电流互感器的饱和问题日益突出,已影响到继电保护装置动作的正确性。下面结合我公司近期发生的一起由于10kV线路出口故障后保护拒动而造成主变压器后备保护越级跳闸的事故,分析CT饱和对继电保护装置的影响,并结合事故情况采取防止CT饱和的应对措施。
1系统图及开关动作情况
开关动作情况(如图1):“烧结区域变2#主变”低后备过流Ⅰ段动作,主变二次开关112跳闸,Ⅱ段母线馈出开关均无跳闸,烧结区域变Ⅱ段母线失电。“北仑料场Ⅱ段变压器6TM2” 1212开关柜零序Ⅰ段动作,开关跳闸,北仑料场Ⅱ段母线失电。北仑料场2#线1108和北仑料场2#受电122开关未跳闸,也无任何故障信息,详见表1。
2设备检查、试验情况
2.1外观检查
现场检查烧结区域变2#主变二次开关112在分位,烧结区域变II段母线各馈出线开关均在合位(含北仑料场2#线1108);检查北仑料场开关站2#受电122开关在合位,6TM2变压器1212开关在分位。同时,检查北仑料场开关站6TM2变压器间隔发现在变压器10kV高压侧有猫尸体,高压侧瓷瓶被击穿,高压侧三相间有弧光短路现象。
2.2设备检查
针对故障情况,对烧结区域变II段母线各馈线开关及电缆回路进行绝缘检查和电气试验,各项电气试验合格,未发现异常情况;对北仑料场开关站II段母线进行了检查,也未发现异常情况。由此可以判断故障点仅存在于6TM2变压器高压侧,由三相短路引起此次事故。
2.3保护及二次回路检查
针对开关拒动情况,对北仑料场2#线1108、北仑料场2#受电122、6TM2变压器1212保护进行检查,经整定值校对、保护传动及二次回路通电试验检查,保护动作正常、信号正确,装置与二次回路绝缘及直流电状况良好。
2.4电流互感器(CT)检查
北仑料场2#线1108、北仑料场2#受电122和6TM2变压器1212 线路CT变比测试均合格;从电气伏安特性测试情况看,北仑料场2#线1108和北仑料场2#受电122电流互感器二次电流大于6A以上时, 电压曲线呈平滑上升趋势,有饱和的迹象,6TM2变压器1212线路电流互感器二次电流大于6.5A以上时开始进入饱和区。
3故障分析
很明显,此次事故是北仑料场2#线1108、北仑料场2#受电122在(6TM2)变压器高压侧三相短路后微机保护未采集到任何故障信息而致拒动,从而引起烧结区域变后备保护越级跳闸造成的。从表1中不难算出,烧结区域变2#主变低后备过流I段动作采集到的一次短路电流为12000A左右。
3.1CT的抗饱和能力的影响
北仑料场2#线1108和北仑料场2#受电122微机保护在故障时未采集到故障量,判断为CT存在严重饱和现象致使二次传变发生了问题。
电流互感器的误差主要是由励磁电流Ie引起的,正常运行时由于励磁阻抗较大,因此Ie很小,以至于这种误差是可以忽略的。但当CT饱和时,饱和程度越严重,励磁阻抗越小,励磁电流极大的增大,使互感器的误差成倍的增大,影响保护的正确动作。最严重时会使一次电流全部变成励磁电流,造成二次电流为零的情况。引起互感器饱和的原因一般为电流过大或电流中含有大量的非周期分量,这两种情况都是发生在事故情况下的,这时本来要求保护正确动作快速切除故障,但如果互感器饱和就很容易造成误差过大引起保护的不正确动作,进一步影响系统安全。
对北仑料场2#线1108和北仑料场2#受电122保护CT进行伏安特性校验看出,当二次电流大于6A以上时开始进入饱和区。保护CT的准确等级为5P20,变比为300/5(见表1),即在20倍额定电流内的变比误差不超过5%,20倍额定电流是额定准确极限电流值,该300/5的CT额定准确极限电流值为6000A。烧结2#主变低后备过流I段动作采集到的一次短路电流为12000A左右,是额定电流的40倍;短路电流已超出趋于饱和时电流的数倍以上,使北仑料场2#线1108、北仑料场2#受电122保护CT始终处于饱和状态,二次电流发生畸变。当CT在严重饱和时,一次电流全部变为励磁电流,使铁心饱和,二次电流几乎为零,致使保护未采集到故障量,导致开关未跳闸。如果保护CT的等级仍为5P20,要在短路电流为12000A时误差不超过5%,理论上计算变比需要在600/5以上。
同理,我们来分析6TM2变压器1212速断和过流保护未采集到故障量的情况。根据事件记录6TM2变压器1212和烧结2#主变二次开关112几乎同时跳闸,而6TM2变压器速断和过流保护未动作,由零序过流I段保护动作跳闸(见表1)。说明速断和过流保护未采集到故障量,判断为CT严重饱和。经校验保护CT伏安特性,当二次电流大于6.5A以上时开始进入饱和区,保护CT的准确等级为5P20,变比为75/5(见表1),12000A左右的短路电流是额定电流的160倍,远大于额定准确极限电流值(1500A),短路电流已超出趋于饱和时电流的数倍以上,使CT始终处于饱和状态。零序电流为CT二次侧三相电流的合成,当CT饱和时二次侧三相电流极不平衡,产生较大的不平衡电流,使零序过流动作。
3.2微机保护装置采样精度的影响
一般普通的微机保护装置采样频率比较低,而且都是利用一定长度数据窗内的若干个采样数据计算电流的大小,如果二次电流发生畸变,波形变成很窄的尖脉冲,在一个数据窗内可能仅采样到很少几个点(甚至采样不到)的真实故障数据,其他各点采样值接近于零,这样计算出来的故障电流肯定偏小。这就要求大大提高保护装置的采样频率,给装置设计带来一定困难。在不改变CT变比和额定准确极限电流值的情况下,降低整定值无法避免保护拒动。
在微机保护中数据采集有2种比较典型的方法,即VFC法和A/D法,由于VFC方法采集到的数据是信号在2个读数间隔中的平均值,若输入信号大于VFC的最高转换电平,则产生截顶饱和。若保护算法中需连续5次的故障电流数据才能可靠动作,电流的饱和角为60°,则采样频率必须高达1800Hz,即每周期进行36点采样,做到这一点在中压电力系统的保护装置中是不经济的。
3.3CT变比裕度选择的影响
区域变与各开关站由不同的设计院设计,对CT变比裕度的选择各不相同。
3.4 电网改造导致短路容量增大的影响
我公司220kV总降变电所在2007年7月由220kV芦江变割接于500kV春晓变使电网短路容量增大,加上公司内部现有三台发电机组(1#TRT、2#TRT、余热小发电),致使公司内部电网的短路电流增大很多,使CT抗饱和的能力下降。
4应对措施
变电所各馈线间隔目前的CT变比和准确等级,在严重短路时极易饱和,这是一个普遍存在的问题。要严格执行变电运行管理制度,加强配电室、电气室防小动物的管理,及时整改各种安全和设备隐患。从设备本质安全考虑,可以从以下几方面采取措施:
4.1限制短路电流
在较高一级的电压等级中采取分列运行的方式以限制短路电流。分列运行后造成的供电可靠性的降低可通过备用电源自动投入等方式补救。在新建供配电系统中短路电流过大可采取串联电抗器的做法来限制短路电流。不过这种方法投资大、建设周期长,短时间内无法实现。
4.2增大保护级CT的变比
增加CT变比和额定准确极限电流值可以提高在严重短路时的抗饱和能力,但存在小电流情况下采样精度不够,全部更换现有的CT投入较大。建议增大区域变馈线保护CT的变比和额定准确极限电流值,计量CT仍可采用原变比,同时增加专用零序互感器,不采用三相合成的零序电流,以提高零序电流的精度。
4.3减小电流互感器的二次负载
选用交流功耗小的继电保护装置,一般微机型保护电流继电器的交流电流功耗小,每回路仅0.5 VA,选用微机综合保护装置已经日益普遍。
尽可能将继电保护装置就地安装,CT的负载主要是二次电缆的阻抗,将继电保护装置就地安装,大大缩短了二次电缆长度,减小了互感器的负担,避免了饱和。另外,就地安装后,还简化了二次回路,提高了供电可靠性。就地安装方式对继电保护装置本身有更高的要求,特别是在恶劣气候环境下运行的能力和抗强电磁干扰的性能要好。此外还可以增大二次接线的截面积。
减小CT的二次额定电流,由于功耗与电流的平方成正比,将二次额定电流从5 A降至1 A,在负载阻抗不变的情况下,相应的二次回路功耗降低了25倍,互感器不容易饱和。但是,减小了CT的二次额定电流也会对继电保护装置产生负面影响,二次电流减小后,必须提高继电器的灵敏度,而灵敏度和抗干扰能力是一对矛盾。对于就地安装的继电保护装置,由于二次电流电缆的长度很短,现场的电磁干扰水平又比较高,仍以选用二次额定电流为5 A的互感器较合适。
其次,还可以选择采用抗饱和能力强的继电保护装置,例如采用对电流饱和不敏感的保护原理或保护判据、采用对CT饱和不敏感的数字式保护装置、有效地利用电流不饱和段的信息,等等。
综上所述,我公司现阶段微机保护均为就地安装,可以采取增大保护级CT变比的方式解决。全部更换CT投入较大,增大区域变馈线保护CT的变比和额定准确极限电流值,计量CT仍可采用原变比。例如,电流互感器型号,LZZBJ9-12/150b/40.5/5P2015VA 300/5 ,可改为,LZZBJ9-12/150b/4300/5,C1:15VA/0.5;600/5, C2:15VA/5P20。
5结论
电力系统主网和企业内部电网扩容改造,目的是为了增加供电可靠性,系统的短路容量也因此不断增加。但由于资金等原因的限制,不可能把电网中正在运行的断路器、CT和继电保护装置都更换掉。因此有必要重新计算系统的短路容量、校验CT的饱和倍数及分析继电保护装置的抗饱和能力,为P级CT参数的合理选择提供依据;还应当减少对保护装置合成零序的应用,推广使用专用零序互感器。根据系统特点采取相应的措施保证继电保护装置动作的正确性,确保电网的安全、稳定运行。
参考文献
用右手定则进行判断电流方向。首先伸开右手，大拇指和其余四指垂直，且在同一平面内，把右手放在磁埸中，让磁感线垂直穿过掌心，（即掌心对着n极）大拇指表示导体运动方向，四指所指是感生电流方向。
电学上规定：正电荷定向流动的方向为电流方向。工程中以正电荷的定向流动方向为电流方向，电流的大小则以单位时间内流经导体截面的电荷Q来表示其强弱，称为电流强度。
（来源：文章屋网 ）
关键词：有源滤波柜 霍尔电流传感器 电流互感器 干扰
中图分类号：O361.4文献标识码：A 文章编号：
1引言
随着我国工业化水平的提高，各行各业对电网的质量要求越来越高，同时工业自动化大量使用的整流器、变频器、中频炉和自动焊接设备等，在电力系统中产生较大的谐波污染，使得系统中的电压、电流的波形发生畸变，造成电网质量恶化，目前，谐波危害已成为电网的最主要公害。有源滤波柜是解决电力系统谐波问题的新型方案。有源滤波柜与谐波源并联，通过实时检测跟踪谐波源负载产生的谐波电流，快速生成与之大小相等方向相反的电流加以抵消，从而消除谐波，提高电能质量。故此有源滤波柜需要采集IGBT发出电流信号与负载侧电流信号，而采集的信号的准确性与稳定性，将直接影响有源滤波柜的补偿效果，必须尽可能保证采集的电流信号不受干扰。
目前采集电流信号的方式大致有两种：一种是采用电流霍尔，直接将大电流变为毫安级电流信号供装置使用；一种是采用电流互感器，将大电流变为0~5A电流后再经过电流变送器变为0~5V电压信号供装置使用。
本文将分别分析电流霍尔与电流互感器各自的优缺点，并给出不同位置及使用条件下应采取的电流采集方案。
2霍尔电流传感器的原理及应用
2.1 霍尔电流传感器的工作原理
霍尔电流传感器可以测量各种类型的电流，从直流电到几十千赫兹的交流电，其所依据的工作原理主要是霍尔效应原理。它有两种工作方式，即磁平衡式和直式。霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、霍尔器件、（次级线圈）和放大电路等组成。
直放式电流传感器（开环式）（如图1所示）：众所周知，当电流通过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，它可以通过磁芯聚集感应到霍尔器件上并使其有一信号输出。这一信号经信号放大器放大后直接输出，一般的额定输出标定为4V。
图1 直放式电流传感器
磁平衡式电流传感器（闭环式）（如图2所示）：磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即主回路被测电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈，电流所产生的磁场进行补偿， 从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。当原边导线经过电流传感器时，原边电流IP会产生磁力线，原边磁力线集中在磁芯气隙周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流IS，并存在以下关系式： IS* NS= IP*NP。（其中，IS—副边电流；IP—原边电流；NP—原边线圈匝数；NS—副边线圈匝数；NP/NS—匝数比，一般取NP=1。）
图2 磁平衡式电流传感器
2.2霍尔电流传感器的应用
近年来，自动化系统中大量使用大功率晶体管、整流器和可控硅，普遍采用交流变频调速及脉宽调制电路，使得电路中不再只是传统的50周的正弦波，出现了各种不同的波形。对于这类电路，采用传统的测量方法不能反应其真实波形，而且电流、电压检出元件也不适应中高频、高di/dt电流波形的传感和检测。
霍尔效应传感器，可以测量任意波形的电流和电压。输出端能真实地反映输入端电流或电压的波形参数。针对霍尔效应传感器普遍存在温度漂移大的缺点，采用补偿电路进行控制，有效地减少了温度对测量精度的影响，确保测量准确；具有精度高、安装方便、售价低的特点。
2.3 霍尔电流传感器的特点
直放式霍尔电流传感器（50A……10000A） Ⅰ、测量频率： 0……50KHz Ⅱ、反应时间： ＜7uS Ⅲ、线性度： 1% Ⅳ、电源耗电少
磁平衡霍尔电流传感器（1A……1000A） Ⅰ、测量频率： 0……150KHz Ⅱ、精度： 0.2% Ⅲ、反应时间： ＜1uS Ⅳ、线性度好： 0.1%
3电流互感器的原理及特点
3.1 电流互感器的原理
电流互感器利用变压器原、副边电流成比例的特点制成。其工作原理、等值电路也与一般变压器相同，只是其原边绕组串联在被测电路中，且匝数很少；副边绕组接电流表、继电器电流线圈等低阻抗负载，近似短路。原边电流（即被测电流）和副边电流取决于被测线路的负载，而与电流互感器的副边负载无关。由于副边接近于短路，所以原、副边电压U1和Uc2都很小,励磁电流I0也很小。
电流互感器的接线方式按其所接负载的运行要求确定。最常用的接线方式为单相，三相星形和不完全星形（图3 a、b、c）。
图3 电流互感器与测量仪表的接线
3.2 电流互感器的特点
一次线圈串联在电路中，并且匝数很少，因此一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流无关；电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行；
电流互感器副边不允许开路。
4、IGBT发出电流的采集分析
1、目前使用的IGBT功率还不是很大，其发出的电流不高于200A，所以使用的电缆不会很粗，霍尔电流传感器与电流互感器均可以使用；
2、IGBT装于有源滤波柜体中，其发出的电流到PCB板的距离很近，霍尔电流互感器采用屏蔽电缆采集信号，屏蔽线离大电流电线也比较远，对采集信号不会造成多大影响；电流互感器也可以使用，但需要多加一个电流变送器，多增加一次电流转换，会有一定的信号延迟，其准确性也不如霍尔电流互感器精准；
3、霍尔电流传感器的速度非常快，检测速度可以满足IGBI过流保护动作的要求，线性度也非常好，对电流检测具有很高的线性度；电流互感器的精度与反应时间没有霍尔电流传感器优越。
5、负载侧电流的采集分析
1、一般情况下，负载侧的谐波率为30%左右，即负载侧电流会是IGBT发出电流的3倍左右，使用的电缆或铜排都会比较粗，而电流霍尔的中心孔径都不大，在大电流情况下，霍尔电流传感器无法直接使用；电流互感器的适用范围就很广了，多大电流的电缆和铜排都有与其相对应的电流互感器；
2、有源滤波柜是并联安装与电网上，与负载为并联安装，实际使用现场负载可能离APF柜很远，若采用屏蔽电缆传输信号的话，由于其传输的信号为毫安级电流信号，信号的衰减和干扰都会非常严重，严重影响有源滤波柜的准确补偿；采用电流互感器，其二次侧为0~5A电流，即便经远距离传输，电流信号都不会受到多大影响；
3、电流互感器与电流变送器尽量选择精度比较高点的，电流变送器的输出信号仍采用屏蔽电缆。
6、结论
经以上分析，我们可以得出以下结论，对于IGBT发出电流的采集，采用霍尔电流互感器，充分发挥霍尔电流互感器的速度快、线性度好等优势；对于负载侧电流信号的采集，采用电流互感器加电流变送器的方式，充分发挥电流互感器远距离传输信号的优势。
7、参考文献
1 唐治平，杨胡萍等 《供配电技术》 北京：电子工业出版社，2006，10；
2 陈艾 《敏感材料与传感器》 北京：化学工业出版社，2004，10；
关键词：电网 短路电流 电流互感器
随着我国的电力系统的传输容量越来越大，系统的短路容量快速增加。以10kV系统为例，短路容量从以前的几千安增大到了几十千安。我国以前生产的电流互感器的额定动稳定电流和额定短时热电流（以下简称动稳定电流和短时热电流）是按照当时电力系统短路容量设计的，其值都比较小，目前，这种变化给电力系统的安全运行带来的隐患没有引起有关人员的高度注意，更没有及时对运行中的电流互感器的动、短时热稳定电流进行校核，及时更好不满足要求的电流互感器，各电网经常发生电流互感器的爆炸事故，造成不必要的损失。这种爆炸事故不但会造成电流互感器本身的损坏，而且还会引起断路器等其它设备的损坏，每次事故的损失都比较严重。因此，大家应十分重视电流互感器的动、短时热稳定电流的选择和校核工作。
电流互感器额定动稳定、短时热电流和试验方法
电流互感器的短时热电流（Ith）是在二次绕组短路的情况下，电流互感器在一秒钟内承受住且无损伤的最大一次电流方均根值。而额定动稳定电流（Idyn）是在二次绕组短路的情况下，电流互感器能承受其电磁力的作用而无电气或机械损伤的最大一次电流峰值。并且，动稳定电流通常为短时热电流的2.5倍。
在电流互感器的型式试验中，需试验电流互感器的动稳定电流和短时热电流是否达到铭牌值，其短时热电流的试验方法：对于短时热电流（Ith）试验，互感器的初始温
度应在5～40℃之间，本试验应在二次绕组短路下进行，所加电流I 和持续时间t应满足（I2t）不小于 ，且t在0.5～5s之间。
动稳定试验应在二次绕组短路下进行，所加一次电流的峰值，至少有一个峰不小于额定动稳定电流（Idyn）。
动稳定试验可以与上述热试验合并进行，只需试验中电流第一个主峰值不小于额定动稳定电流（Idyn）。
二、电力系统短路电流计算
在电力系统中，一般三相短路电流数值较大，产生的电动力和发热也最严重。在确定电流互感器动稳定和短时热电流时，可以只根据三相短路电流来选择，而不必考虑系统中的中性点是否接地。
当三相短路时，并设短路发生在Um=0时：
式中ik——短路全电流瞬时值；
Um——系统母线电压；
上式右边第一部分为正弦电流，是短路电流的周期分量。第二部分是一个按指数衰减的直流分量，又叫非周期分量或自由分量。
ik=ip+inp
某一瞬时的短路全电流有效值Ik(t)是以t为中点的一个周期内的ip有效值Ip(t)与inp在t瞬时值inp(t)的方均根值，即
短路电流经过半个周期（t=0.01s），短路电流瞬时值达到最大值，这一瞬时电流为短路冲击电流，用ish 表示。
式中ksh——短路电流冲击系数
短路全电流ik的最大有效值是短路后第一个周期的短路全电流有效值，用Ish表示，也叫冲击电流有效值。
式中——短路次暂态电流有效值，是短路后第一周期的短路电流周期分量ip的有效值
对于一般的高压电力网而言，电抗均较电阻值要大得多，τ值一般取τ=0.05s，相应的ksh=1.8，因此
ish=2.55
短路暂态过程在经过0.2s后就衰减完毕，这时的短路电流达到稳定状态，称为短路稳态电流，用Ik表示。
在无限大容量系统中，由于系统电压在短路过程中是恒定的，所以可以认为暂态过程以后，所有时间短路电流完全相同，即
Ip==Ik
ish=2.55Ik
短路冲击电流ish用来校验电流互感器的动稳定度。
短路稳定电流Ik=用来校验电流互感器的短时热稳定。
在电力系统中，一般都知道母线的短路容量，根据下式，可以方便地计算出系统的三相短路电流(三相短路电流的周期分量有效值)为：
式中Um——短路点的计算电压（母线电压的平均值），对于不同的母线电压，可取对应取0.4、10.5、37、115、230、525kV；
三、电流互感器的动、短时热稳定电流的选择
电流互感器的额定动稳定电流应满足下面的条件：
Idyn≥ish＝2.55Ik
电流互感器的额定短时热电流应满足以下条件：
式中Ith——设备的短时热稳定的电流铭牌值；
T——电流互感器铭牌的短时热稳定电流值持续的时间。
Ik——短路电流稳态值
tk——短路电流持续时间，短路发生到开关切断电流的时间，一般用保护动作时间代替；
在电流系统中，电流互感器安装地点不同，流过的短路电流不同，10kV线路都为单电源，短路电流情况最为简单，便于分析说明选择原则，以下就以10kV出线电流互感器为例，分析说明电流互感器的动、短时热稳定电流的选择方法，其分析方法也同样适用于其它安装地点的电流互感器的选择。
对于10kV出线的电流互感器，线路的任一点发生短路，短路电流都会流过该电流互感器，短路电流随短路点离母线距离越远短路电流而变小，当短路点发生在出线端时，短路电流最大，其值与母线短路电流基本一样。对于负荷侧变电站母线，流过进线电流互感器的短路电流也是与负荷侧母线的短路电流基本相同，应此，在选择电流互感器动、短时热稳定电流时，可以取临近的母线短路电流Ik。
短路电流持续时间越长，电流互感器发热越严重。在计算短路电流持续时间时，应考虑到断路器可能发生拒动的情况，由后备保护动作切断短路电流。另外，当断路器重合闸时，由于断路器两次动作时间间隔很短，电流互感器的热量来不及散发，温度不会发生明显变化，应该将两次短路电流持续时间相加作为短路电流持续时间tk。一般情况下，后备保护动作时间比重合闸叠加时间更长，应此，应以该断路器的后备保护动作时间作为tk。
根据上面的分析结果，很容易地计算出Ik和tk，在根据上面电流互感器动、短时热稳定电流的应满足的条件，可以方便地确定电流互感器动、短时热稳定电流值。
四、电流互感器动、短时热稳定电流的一般规定
电流互感器额定动稳定电流通常为额定短时热电流的2.5倍。如与此值不同，应在铭牌上标明。从上面对电力系统的短路电流分析可知，短路时的冲击电流也基本上是稳态短路电流的2.5倍，因此，当电力互感器的短时热电流满足安装地点的短路电流的要求时，动稳定电流一般都能满足要求。但在实际选择中，还是要注意电流互感器铭牌短路电流持续时间对结果的影响。
电流互感器额定短时热电流的交流分量应从下列数值中选取：
3.15，6.3，8，10，12.5，16，20，25，31.5，40，50，63，80，100kA。
短路持续时间应在下列数值中选取：
1，2，3，4，5s。
参考资料：
