沖擊性負荷線路縱差保護TA二次斷線分析

張兆云，劉宏君

（國網電力科學研究院 南京南瑞集團公司，廣東 深圳 518054）

電氣化鐵路、煉鋼廠等沖擊性負荷供電的線路的一個典型運行特征是：用電設備不工作時，線路基本無電流（或者電流很小），但設備工作（例如機車通過、開始軋鋼等）時，線路負荷電流將顯著增加。隨著電氣化鐵路以及工業化的迅速發展，為沖擊性負荷供電的線路將越來越多。該類線路的保護與常規線路的保護有哪些不同呢？TA二次斷線無疑是一個特例，本文將綜述常規線路保護中防止TA二次斷線誤動的方法，以及這些方法在該類線路保護中的局限性，并提出改進措施。

1 防止TA斷線誤動方法

TA二次斷線的可能性較小，但是在電流差動保護中，為了提高安全性，一般都有TA二次斷線判據，并根據判據的結果以及裝置自身控制字決定是閉鎖還是開放保護，或者提高差動動作門檻值[1]；在防止差動保護誤動的同時，保護裝置還必須給出適當的告警信號，以便運行人員盡快消除安全隱患。

目前在國內廠家中常用的防止TA斷線誤動的方法有2種：通過兩側的啟動元件都動作來防止單側TA斷線引起的誤動；通過TA斷線檢測判據來發現TA斷線并對保護進行適當的處理。

1.1 啟動元件

防止TA斷線最基本的方法就是在差動保護中設置啟動元件，并通過通道相互傳送啟動元件的啟動信號；只有兩側啟動元件都啟動，差動元件才能出口。

啟動元件主要包含4部分，即電流變化量啟動元件、零序過流啟動元件、相過流啟動元件、電壓輔助啟動元件。其中電壓輔助啟動元件包含2部分：為了防止弱饋側保護不能啟動而增加的低電壓啟動元件或者本側相電壓變化量啟動元件；為了防止高阻接地遠故障端不能啟動而增加對側零序電壓啟動或者對側相電壓變化量啟動[2]。4個啟動元件中，任何一個啟動元件動作則認為保護裝置總啟動。

單純TA二次回路斷線（不同時發生擾動以及故障）時，斷線側保護裝置的電流變化量起動元件和零序過流起動元件可能動作，從而斷線側保護裝置的總啟動元件動作；但是未斷線側電流電壓以及斷線側的電壓基本未變化，因而未斷線側保護裝置的總啟動元件無法動作，兩側的差動保護就不會動作，從而成功防止了TA二次回路斷線引起的差動保護的誤動[3]。

該方法目前廣泛應用于國內的保護裝置上，實踐也證明，該方法可以有效防止TA異常引起的差動保護的誤動。

1.2 TA斷線檢測

啟動元件可以有效預防TA二次斷線瞬間的差動保護誤動，但是在TA二次回路斷線期間，如果再次發生區外故障或者擾動，此時未斷線側差動保護的總啟動元件將動作，如果斷線相電流大于差動門檻，將引起差動保護的誤動。因而在TA二次斷線期間應該有輔助判據能夠檢測出TA二次回路斷線，并根據判據的結果以及裝置自身控制字決定是閉鎖還是開放保護，或者提高差動動作門檻值；同時在防止差動保護誤動的同時，給出適當的告警信號，提醒運行人員對TA進行檢修。常用TA二次回路斷線檢測方法包括：

1）長期存在差流檢測。TA二次斷線后，由于未斷線側啟動元件未動作，差動保護不會動作；此時斷線相的差流等于負荷電流，如果該差流長時間大于一定的門檻且差動保護不動作，可認為發生TA二次斷線。

2）相電流變化量檢測。TA二次斷線時，某側相電流的變化量大于一定門檻或者相電流消失且存在較大差流但差動保護未動作，也可認為電流發生突變的相的TA二次斷線。

根據這些方法檢測出TA二次斷線，且2種方法在國內廠家的裝置中都有所應用。如果判據結果表明發生TA二次斷線之后，此時首先需要給出告警信號，提示運行人員進行檢修，消除隱患；同時適當的抬高差動保護的動作門檻，甚至閉鎖差動保護。

2 沖擊性負荷TA斷線分析

1節中防止TA二次斷線引起差動保護誤動的措施的2個基本條件是：

1）TA二次斷線的檢測需要一段時間，該時間一般不少于4 s。在TA二次斷線到裝置檢測出TA二次斷線之間的這段時間，線路不能發生擾動；一旦在TA斷線之后發生擾動，差動保護兩側均啟動將引起誤動，同時也不會給出TA二次回路斷線的告警信息。

2）TA二次斷線之前必須有一定的負荷電流，差動保護才能夠檢測出TA斷線。如果TA二次斷線之前無負荷電流，那么斷線之后線路既不存在差流，也不存在斷線相的電流突變量，因而無法按照現有的判據進行TA二次斷線的檢測。

對于為沖擊性負荷供電的線路來說，這2個基本條件都無法得到保證。TA二次斷線之后，如果此時用電設備未工作，線路基本無電流，此時無法檢測出差流以及電流突變，因而上述TA二次斷線檢測判據失效；如果TA二次斷線已經發生，此時用電設備突然工作（列車行駛過該區段、開始軋鋼等），此時線路兩側的三相電流都要發生變化，斷線側盡管斷線相電流未突變，但未斷線相電流將發生變化，從而電流啟動元件或者零序啟動元件動作，依靠啟動元件來實現防止TA二次斷線引起差動保護誤動的方案也不可行。

在傳統的TA二次斷線檢測判據無法湊效時，必須尋找新的途徑進行檢測，以減少TA二次斷線對系統的影響；特別重要的是，盡可能地給出告警信號，提示運行人員對TA等設備進行檢修，盡快消除安全隱患。事實上，在電力系統中，正常運行的線路不存在零序電流和零序電壓，電鐵、軋鋼廠等沖擊性負荷供電的線路也不例外。因而為了解決TA二次斷線對這種沖擊性負荷供電線路的影響，可以考慮如下的TA二次斷線判據：

其中，I0m、I0n分別表示本側和對側的零序電流；U0m、U0n分別表示本側和對側的零序電壓；Ida、Idb、Idc分別表示A相、B相和C相的差流；I0TA為“TA斷線零序電流門檻”值，該值只要躲過最大負荷電流的零序不平衡電流即可，通常可取保護裝置的“零序啟動電流定值”；U0TA為“TA斷線零序電壓門檻”定值，該值只要躲過最大零序不平衡電壓即可，一般選擇為2 V。

該判據滿足時，認為已經發生TA二次斷線，其中差流大于“TA斷線零序電流門檻”的相為斷線相；瞬時抬高斷線相的差動門檻定值，從而避免單純的因為負荷較重引起差動保護誤動；同時延時一段時間報“TA斷線”告警信息，提醒運行人員進行適當的檢修和分析。

在為沖擊性負荷供電的線路中，該判據將有如下作用：

1）當TA二次斷線的時候，用電設備不工作時，線路負荷電流很小，雖然無法檢測出TA二次斷線，差動保護因為達不到動作門檻不會誤動。

2）TA二次斷線發生之后，只要有用電設備工作一段時間（一般為4 s左右）且負荷電流大于“TA斷線零序電流門檻”（不需要大于差動動作門檻），保護裝置將可靠發出“TA斷線”告警信號，從而提示運行人員對相應的設備進行檢修，及時消除安全隱患。

3）當TA二次斷線過程中，用電設備突然工作，兩側啟動元件均動作；由于“TA斷線零序電流門檻”低于差動動作門檻定值，因而必然是先滿足上述TA二次斷線判據，然后再滿足差動動作判據。在滿足TA二次斷線判據之后，可選出TA二次斷線的相別，同時瞬時抬高斷線相的差動門檻甚至閉鎖差動保護，從而避免由于單純的TA二次斷線引起的差動保護誤動。

當然，任何判據都有它的局限性，該判據也無例外。由于區外故障可能引起零序電壓的存在，此時該判據將無法檢測出TA二次斷線，因而當區外故障和TA二次斷線同時存在時無法可靠地防止差動保護的誤動，這也是目前所有TA二次斷線判據未解決的問題；同時該判據未考慮兩側TA同時發生二次斷線，也未考慮某側TA三相同時斷線。

3 結語

TA二次斷線是差動保護必須面對和解決的問題，目前的繼電保護裝置都集成了一些TA二次斷線的判據，并能有效的防止TA斷線引起的差動保護誤動。但是隨著電氣化鐵路的發展，現有的檢測方法已經不能有效檢測出電氣化鐵路的TA斷線，本文提出了一種新的TA二次斷線檢測方法。該方法可以有效檢測出電鐵線路運行過程中的TA二次斷線，并能有效防止TA二次斷線引起的差動保護的誤動。

[1]朱聲石.高壓電網繼電保護原理與技術[M].3版.北京：中國電力出版社，2005.

[2]文明浩.線路縱差保護CT二次斷線判據分析[J].電力系統保護與控制,2006,34（18）:1-3.

[3]張楠.直流線路縱差保護算法的改進及仿真驗證[J].南方電網技術,2009,3（4）:56-59.