3. 功率系统建模基础

过流保护，说白了就是当电流超过设定值，系统就得快速反应。这个原理听起来简单，但真要把它做对，你得先搞懂两个核心器件：电流互感器（CT）和过流继电器。我在项目里见过不少因为CT选型不当或者继电器参数配错导致的误动、拒动事故，嗯，今天咱们就把这两个东西彻底讲透。

3.1 电流互感器（CT）的工作原理

CT的作用，就是把一次侧的大电流，按比例变成二次侧的小电流，供保护装置使用。你想想看，如果直接把几百安培的电流引到继电器上，那继电器早就烧了。

我个人习惯把CT看作一个“电流缩小的变压器”。但它和普通变压器有个关键区别：CT的二次侧绝对不能开路。为什么？因为一旦开路，二次侧会产生极高的电压，能把绝缘击穿，甚至伤人。我在现场调试时亲眼见过一个CT二次开路后，端子排直接打火，那场面……后来每次做CT回路检查，我都会反复确认端子是否拧紧。

3.1.1 CT的极性

CT的极性决定了二次电流的方向。通常用P1、P2表示一次侧，S1、S2表示二次侧。如果P1进、P2出，那么S1出、S2进。这个极性在差动保护里特别重要，接反了保护就会误动。

3.1.2 CT的饱和特性

CT不是无限线性工作的。当一次电流太大，比如发生短路时，CT的铁芯会饱和，二次电流就不再按比例变化了。我遇到过一回，一个10P20的CT，在20倍额定电流下还能保证5%的误差，但实际短路电流到了25倍，CT饱和了，保护没动作。所以选CT时，一定要算好短路电流倍数。

CT类型	准确级	应用场景
测量CT	0.2 / 0.5	计量、仪表
保护CT	5P / 10P	过流、差动保护
暂态CT	TPY / TPZ	高压、暂态性能要求高

3.2 过流继电器的特性

过流继电器，就是根据CT送来的电流信号，判断是否要跳闸。它有两种主要特性：定时限和反时限。这两种特性，说白了就是“固定时间”和“可变时间”的区别。

3.2.1 定时限过流保护

定时限，就是不管电流多大，只要超过整定值，就等一个固定的时间再跳闸。比如你设了5A启动，延时0.5秒，那只要电流超过5A，0.5秒后必跳。

它的整定参数很简单：

• 启动电流 I_set：一般取1.2~1.5倍最大负荷电流。
• 延时时间 t_set：根据上下级配合来定，级差通常取0.3~0.5秒。

我曾经在一个工厂配电项目里，上下级都用定时限，结果下级短路时上级先跳了。查了半天，发现是时间级差只设了0.2秒，加上CT误差，时间配合失效了。后来我把级差改到0.4秒，问题解决。

3.2.2 反时限过流保护

反时限，就是电流越大，动作时间越短。这个特性更符合设备的热承受能力：电流小的时候，设备能扛一会儿；电流大了，必须快速切除。

反时限的数学表达式（IEC标准）：

t = K * TMS / ( (I / I_set)^α - 1 )

其中：

• K：曲线常数（标准反时限K=0.14，非常反时限K=13.5，极端反时限K=80）
• α：曲线指数（标准α=0.02，非常α=1，极端α=2）
• TMS：时间倍数，用于整定
• I / I_set：电流倍数

3.2.3 定时限 vs 反时限

特性	定时限	反时限
动作时间	固定，与电流大小无关	随电流增大而减小
整定参数	I_set, t_set	I_set, TMS, 曲线类型
配合难度	简单，级差固定	复杂，需曲线匹配
适用场景	辐射状配电网	发电机、变压器、电动机

我个人更倾向于在电动机保护里用反时限，因为电动机的启动电流很大，但持续时间短，反时限能很好地避开启动过程，同时提供短路保护。

3.3 过流保护的知识体系

下面这张图，我把CT、继电器、以及它们之间的配合关系画出来了。你看一眼就能明白整个过流保护的信号链路。

3.4 在Simulink中建模的要点

好了，理论讲完了，咱们说说怎么在Simulink里把这些东西搭出来。我一般分三步走：

1. CT模型：用Simscape Electrical里的“Current Transformer”模块，设置变比和饱和参数。饱和参数可以从CT的伏安特性曲线里提取。
2. 定时限继电器：用“Relay”模块配合“Timer”模块。Relay检测电流是否越限，Timer负责延时。
3. 反时限继电器：用数学运算模块实现反时限公式。我习惯用Fcn模块或者MATLAB Function模块写公式，这样参数调整方便。