田 丽

（山西潞安配售电有限公司， 山西 襄垣 046204）

引言

电力系统中配电网络是煤矿电力系统的重要组成部分，在当前采煤效率和能力不断提升的背景下，保证配电网系统安全、经济的运行尤为重要。目前，配电网络所采用的继电保护装置主要以电流互感器为主。在实践应用中，电流互感器在对配网进行保护时容易导致铁心饱和而出现保护不及时或者误动的情况，严重威胁着煤矿的安全生产。鉴于电流互感器不易被取代的因素，解决电流互感器饱和影响配网电流保护不精确、不及时的问题迫在眉睫[1]。为此，本文重点开展电流互感器对配网电流保护的影响研究，并针对性地提出改进措施解决上述影响。

1 电流互感器概述

在实际应用中继电保护装置并不能够直接接入配电网的一次系统中，为此一般将电流互感器类的继电保护装置将一次系统中的大电流按照一定的比例转换为小电流的同时实现对二次供电设备的保护。与此同时，电流互感器还能够实现配电网一次系统和二次设备的隔离，进而保证二次设备及人员的安全。

衡量电流互感器的主要参数包括有额定电流、电流比、容量、准确度和误差等。根据功能的不同可将电流互感器分为测量类的电流互感器和保护类的电流互感器，本文保护类的电流互感器展开研究。一般情况下，保护类的电流互感器可分为P 类电流互感器和TP 类电流互感器。其中，P 类电流互感器主要应用于低压配电网电流的保护，该类电流互感器的铁心属于闭合状态，在保护过程中极易导致剩磁的积累；TP 类电流互感器主要应用于电压等级相对较高的配电网的保护[2]。针对煤矿电力系统配电网的电流保护采用P 类电流互感器。P 类电流互感器可分为5P 和10P 两个等级，对应的误差限值如表1 所示。

表1 P 类电流互感器误差限值

从原理上分析，采用电流互感器对配电网进行电流保护时，不管电流互感器是否保护其在保护过程中均会导致传变误差。因此，一般规定电流互感器对配电网进行保护时，要求其能够满足电力系统的正确继电保护动作的标准，且复合误差不得大于10%。

2 电流互感器保护电流的整定计算

煤矿电力系统对应的配网馈线系统的组成如图1 所示。

图1 煤矿配网馈线系统组成示意图

如图1 所示，煤矿配网馈电系统所配置的继电保护系统主要以断路器和电流互感器为主。因此，保证电流互感器能够在配网中准确的动作对于保证配网的稳定性和安全性具有重要意义。一般情况下，煤矿配电网中分别设置两段式电流保护，包括有瞬时电流速断保护和定时限过电流保护。其中，瞬时电流速断保护发挥电流保护的主导作用；定时限过电流保护除了能够对线路本身保护外，还能够对相邻的线路进行保护[3]。本节将基于MATLAB 对煤矿配网的两段式电流保护进行仿真研究，以此来分析电流互感器饱和对配网电流保护的影响机理。

配网电流保护整定包括有瞬时电流速断保护电流和定时限过电流保护值进行整定。其中，针对煤矿10 kV 电力系统中配网线路对应的速断保护能够正常动作，其瞬时电流速断保护的计算公式如式（1）所示。

式中：I'act为瞬时电流速断保护的整定值；K'rel为可靠系数，取1.2；Eφ为相电动势，取10.5 V；Z 为阻抗，取7.142 Ω。

将上述取值代入式（1）得出对应的电流值整定为1 018.57 A；

为了保证电流互感器在过电流情况仍然不会出现误动作的情况，要求配网线路中的最大负荷电流小于对应的启动电流值，过电流保护整定值的计算公式如式（2）所示。

式中：Iact为过电流保护的整定值；Krel为可靠系数，取1.25；KMs为自启动系数，取1；Kre为返回系数，取1；IL.max为线路中的最大负荷电流，取109.971 A。

将上述取值代入式（2）中得出，过电流保护的整定值为137.46 A。

P 类电流互感器的变比系数为75/5。因此，对应的配电网的瞬时电流速度保护的整定值为1 018.57 A/（75/5）=67.91 A；同理，对应的配电网的过电流保护的整定值为137.46 A/（75/5）=9.16 A。

基于上述电流保护整定值的计算结果对电流互感器饱和对配网电流保护的影响进行仿真分析，并得出如下结论：

1）当电流互感器未饱和时，配网中的故障电流能够正常传递，同时电流互感器的瞬时速度保护功能可发挥作用并将故障消除，此时过电流保护功能不发挥作用；

2）当电流互感器饱和后，配网中的故障电流不能够正常传递，同时电流互感器的瞬时速度保护功能不发挥作用[4]。当电流互感器饱和程度不严重时，过电流保护功能在0.5 s 可发挥作用；当电流互感器饱和程度很严重时，过电流保护功能也不会发挥作用。

综上所述，电流互感器的饱和现象会抑制配网线路中电流过保护，进而导致相关设备和线路被烧毁。

3 电流互感器饱和改进措施

通过上述研究可知，电流互感器的饱和会直接影响其对配电网的电流保护功能的发挥。为提升电流互感器对配电网电流保护性能，需从根本上解决电流互感器饱和的问题，提升其性能。因此，可通过对电流互感器相关参数进行改进减缓或者解决电流互感器饱和对应配网电流保护的影响[5]。

从理论层面上，可通过增大铁心的开气间隙优化电网的一次侧参数以及采用剩磁较小的铁磁材料等措施对电流互感器的性能进行改进。

其中，对于铁心开气间隙而言，将该项参数可以增大同等条件下电流互感器的饱和程度；但是铁心开气间隙越大会直接影响配网继电保护的误差。因此，需兼顾饱和度要求和误差要求综合确定铁心开气间隙的具体数值。

其次，对于改进电网一次侧参数而言，本节通过数值模拟手段对比一次侧参数改进前后电流互感器在同等条件下的饱和程度，数值模拟结果如表2 所示。

表2 一次侧参数优化前后的数值模拟结果对比

如表2 所示，对一次侧参数优化后电流互感器的饱和电流值增大，饱和误差降低。即，对一次侧参数优化可以减缓电流互感器饱和对配网电流保护的影响。

4 结语

电力系统为煤矿生产的主要动力源，其配电网的稳定性和安全性直接决定煤矿的生产效率和安全性。对于煤矿配电网继电保护所采用的电流互感器容易出现饱和现象进而影响继电保护装置的准确动作，对煤矿的安全生产造成一定的影响。针对此情况，本文开展一些系列的研究证明了电流互感器的饱和会直接影响配电网继电保护功能，并针对性提出可通过适当增加铁心的开气间隙、优化一次侧参数等手段改善电流互感器饱和现象对配网电流保护的影响。