电流互感器matlab,电流互感器对高频信号传变的MATLAB仿真研究
0引言电流互感器是电力系统中二次设备获取一次回路电流信息的重要传感设备[1]。按照类型可划分为两种:测量用电流互感器和保护用电流互感器。测量用电流互感器的作用将电流进行变换供给二次侧测量仪表,用于对电力系统正常运行状态下的电流进行测量与监视。保护用互感器的作用则是在电力系统不正常运行或者发生故障的状态下,将故障处电流通过信号传变送至继电保护装置,进而使得保护装置动作切除故障实现对电力系统的保护。保护用电流互感器又分为P类电流互感器和TP类电流互感器。保护P类电流互感器由于其自身的特性,在电力系统发生短路时会产生大量的剩磁,极易发生磁饱和现象。而TP类电流互感器由于其铁芯中带有小气隙,大大限制了剩磁的存在,因而其抗饱和的能力显著增强,饱和点电压升高,饱和时间延长。随着超高压、特高压技术的发展,电力系统一次测电压与电流越来越大,尤其是当系统发生短路时,一次测会产生高达几kA的短路电流,为了保证系统故障时准确的测距与保护,需要电流互感器将大电流转化为小电流送入装置的同时,保持较好信号传变特性[2]。本文以行波测距为例,着重分析了电流互感器在系统故障发生后的高频暂态特性。考虑到行波信号在高频情况下存在大幅度的衰减与畸变,研究时,只对其后几ms时间内的故障信号进行提取分析,此时的电流互感器仍工作在线性区域,无需考虑饱和对研究产生的影响[3]。类比于工频情况下的TA等效电路模型,最终建立了TA高频暂态数学模型。通过matlab仿真,证明了其具有良好的高频传变特性。1电流互感器的原理构成电磁式电流互感器是目前国内广泛采用的电流互感器,其主要由闭合的铁心与绕组构成,依据电磁感应原理进行电流变换[4]。图1所示即为电流互感器的等效电路图。图1电流互感器等效电路上图中Es:二次侧感应电动势;Us:二次侧负荷电压;Ip:一次侧电流;Is:二次侧全电流;Ie:励磁电流;Kn:互感器的变比;Xct:二次绕组电抗;Rct:二次绕组电阻;Zb:二次负荷阻抗;Ze:励磁阻抗。其中Kn=N2/N1,Ib=Ip/Kn。通常互感器一次侧绕组匝数(N1)非常少,使用时需串在一次回路当中。二次侧绕组匝数(N2)较多,串于二次测量、保护回路之中。由于电流互感器的作用是负责把一次侧大电流转换成二次侧小电流,因而其二次侧不可开路[5]。2电流互感器模型的建立图2所示为TA的工频等效电路。其中Lm为激磁电感、Rm为激磁电阻、Rb为二次负载电阻、Lb为二次负载电感。一般二次绕组漏感很小,可以忽略不计。图2TA工频等效电路对于本文研究的故障后暂态高频信号,由于其在传播过程中存在大幅度的衰减与畸变,往往只在故障后几个ms的时间段内对其进行研究。考虑到时间短暂,电流互感器在此期间不会发生饱和现象,因此在研究中可不考虑互感器饱和的影响,即认为电流互感器是工作在磁滞回线的线性区域内[6]。由此,只需考虑电流互感器的激磁阻抗Lm、二次绕组对地分布电容以及损耗这三者随频率变化的影响。高频时,激磁电感Lm下降,二次绕组对地分布电容增大,损耗增加。但经理论分析与实验表明,电流互感器的激磁电感Lm对高频特性的影响可以忽略不计[7]。因此最终得到TA的高频等效电路如图3所示。图3TA的高频等效电路其中,Cs为二次绕组的对地分布电容,其值在几千pF上下,吸收的电流与频率成正比。Rm为激磁电阻,其值在数百左右。3电流互感器的高频暂态特性3.1TA高频信号传变的频域响应由图2所示的TA高频等效电路可得,TA的电流传递函数为H(s)=Ib(s)Ip(s)=RmRb+Rm+(RbRmCs+Lb)s+RmLbCss2(1)取Rm=
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