一次縱聯電流差動保護誤動分析及處理

摘要：本文通過對一次差動保護誤動實例的原因分析及處理過程，給出解決此類問題的方案。

關鍵詞：光纖差動保護 電流互感器 暫態特性 穩態特性

0 引言

近年來，光纖差動保護在35kV及以下的電壓等級的短線路上大量應用，大大提高了保護動作的靈敏性和快速性。但是，由于互感器特性不一致的問題，往往會造成光差保護誤動。

1 故障情況綜述

2012年6月8日12時33分，35kV某用戶變電站通過301斷路器對1號主變進行充電，合上301斷路器后，220kV主網變電站388、35kV用戶變電站321兩側光纖電流差動保護動作，388、321斷路器跳閘。圖1為系統接線圖。

35kV 388-321、383-322為雙回線，均采用國電南自股份有限公司生產的PSL646型光纖電流差動保護，保護裝置版本號為：V1.75A CRC：F303，投產日期為2010年8月。

光纖電流差動保護靈敏度較高，通過比較線路兩側電流相量判斷故障。當正常運行及區外故障時，差動電流值為0，保護不動作；當區內線路上發生故障時，差動電流值超過整定值時，保護將瞬時動作。正是因為這種保護特性，能很好的解決短線保護不好配合的問題，適用于短距離線路。但是，該保護對線路兩側的電流互感器特性要求比較高，當兩側特性不一致時，容易發生誤動。

2 故障原因分析

保護動作后，保護人員立刻調取了線路兩側保護的故障錄波圖并進行了分析。故障錄波圖如下：

從圖2、圖3可以看出，故障發生時，兩側保護的電流均明顯增大，且相位相反。初步判斷為：

①此電流為主變充電時的勵磁電流，在線路差動保護區外。

②兩側電流相位相反，證明電流互感器極性相反，符合保護要求。

③兩側電流波形的最大值大致一致，具體的差流及制動電流情況需要進一步比對。

接下來，通過專用的圖形分析軟件將兩側的電流波形進行了比對，為了比較方便，將321電流相位反轉180度。

同步后的電流、電壓波形如下：

從圖4波形上看：起初約40ms內，321開關的電壓是沒有的；在合上321開關之后，321電流、電壓同時給上，388電流、321電流（圖中為180度反相電流）第一個波峰能完全傳變，第二個波峰時321側的電流互感器出現了暫態飽和，第三個波峰飽和程度最為嚴重。

一般說來電流互感器的飽和分為穩態飽和和暫態飽和，穩態飽和的產生原因是大容量穩態對稱電流引起的飽和，暫態飽和的產生原因是短路電流中含有非周期分量和鐵芯存在剩磁而引起的飽和。

本案例由于在第一個波峰未飽和，在第二個波峰出現了電流波形的缺失，推斷是由于剩磁原因導致了互感器飽和，故屬于暫態飽和。

通過以上的波形圖可以清楚的看到，由于用戶側321斷路器電流互感器出現了暫態飽和導致了差流的產生。根據動作方程可以計算出具體的差動電流和制動電流的數值。

PSL646的動作方程：

？撞IM+？撞IN>ICD （1）

？撞IM+？撞IN>K1？撞IM-？撞IN （2）

？撞IM+？撞IN>Iint時？撞IM+？撞IN>K2？撞IM-？撞IN （3）

式（2）是主判據，M和N表示線路的兩側

K1=0.5，K2=0.7為比例制動系數，ICD差動動作電流門檻，IINT為拐點電流，值為4倍額定電流。

通過數學工具計算出三相的差動電流和制動電流，形成了差動和制動電流波形圖。

差動電流及制動電流的波形如圖5：

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圖5 差動電流及制動電流

從波形可知：在合上321開關（40ms）之后的15ms左右，差動電流較小；而在坐標軸75ms處，差動電流變大，制動電流變小，滿足差動動作條件，這與上面兩側A相電流的波形吻合。事實上從原始波形來看，388開關也是在約75ms時，保護啟動。

綜合以上分析，可以得出以下判斷，由于由于線路的電流互感器特性不同，導致在傳變區外勵磁電流時，兩側的電流大小不同，從而產生差流，使得差動保護誤動。

3 原因分析及整改過程

至此，本次保護誤動的原因基本查明。由于差動保護兩側的電流互感器暫態特性的不同，當其中一側因為主變充電產生勵磁電流時，兩側傳變的電流不同，當達到差動保護的動作條件時，引起了保護的誤動。

接下來，我們對線路兩側的電流互感器的參數進行了調查，情況如下：

我們發現兩側的電流互感器參數和負載確實存在區別，于是認定：兩側電流互感器型號及二次負載不同是造成保護誤動的主要原因。于是采取了兩方面的措施：①更換線路兩側電流互感器為同廠家、同型號產品。②建議廠家對軟件修改，差動保護增加延時，希望靠短延時躲過最大不平衡電流。

整改過程進展的很順利，一方面用戶重新訂購了質量合格的電流互感器，一方面保護廠家也對差動程序進行了修改。所有工作完成之后，我們再次進行了沖擊主變的試驗。為了可靠起見，差動的延時整定為100ms。

第一次沖擊主變取得了成功，但是第二次，差動保護再次動作。分析兩側錄波圖，結論同整改前的波形基本一致。本次試驗得出以下結論：

①更換后的電流互感器暫態特性沒有得到根本改善。

②勵磁涌流的波形衰減時間不確定。

實際上，國家標準對于35kV電壓等級電流互感器的暫態特性是沒有要求的，要想提高其暫態特性，其價格會增加很多，尺寸也會增大許多。以常規的試驗手段測試P級的電流互感器暫態特性是否一致，比較困難。

第二個結論讓我們認識到了差流衰減延時的不確定性，這使得差動保護延時整定變得非常困難。時間一味的加長，會讓差動保護的速動性失去意義。所以，實踐證明增加延時的方案不能解決根本問題，需要另辟蹊徑。

經過討論與查資料，我們重新制定了新方案：①差動保護增加二次諧波制動功能。②增加差動保護電壓閉鎖措施。

經過與保護廠家技術人員協商之后，最終決定在差動保護軟件上增加電壓閉鎖功能。不采取二次諧波制動功能的原因是由于保護硬件資源、軟件開銷等方面的限制。

程序修改之后，我們進行了測試，將閉鎖低電壓整定為80V，為防止用戶側送電瞬間的電壓突變誤開放差動保護，將差動保護延時整定為20ms。

經過五次空充主變試驗，差動保護沒有動作。

4 結論

經過本次案例的分析處理，我們得出以下結論，希望能給大家提供參考：

結論1：光纖電流差動保護用在35kV及以下電壓等級上時要考慮電流互感器負載的對稱性。

現場實際情況是兩側電流互感器負載常常不一致。本案例中，用戶側電纜短，只有20米。系統側電纜長約有100米，負載嚴重不對稱，是造成差流過大的主要原因。建議在設計階段時要考慮這個問題，為減輕互感器的負載，建議將保護裝置安裝在開關柜上。應保證兩側電流互感器負載的基本對稱。由于現場條件的限制，我們沒有進行兩側電流互感器負載調整平衡的測試。

結論2：光纖電流差動保護用在35kV及以下電壓等級上時，要考慮由于主變勵磁涌流造成電流互感器暫態飽和對保護產生的影響。

通過對比可以發現，保護差流是在二次電流第一個波峰之后形成的。可以解釋為：第一個波峰使電流互感器形成剩磁，在第二個波峰經過時互感器飽和。安裝在低電壓等級上的P級電流互感器對此基本無能為力。所以，在光差保護中增加二次諧波制動是一個不錯的方案，我們采取增加電壓閉鎖的措施實屬無奈之舉。

5 結束語

由于筆者水平限制，文中定有不妥之處，許多問題認識還不到位，還請大家批評指正。

參考文獻：

[1]國家電力調度培訓中心編.電力系統繼電保護實用技術問答.第2版.北京：中國電力出版社，1999.11.

[2]國家電力調度通信中心編.電力系統繼電保護典型故障分析.北京：中國電力出版社，2001.

[3]景敏慧編著.變電站電氣二次回路及抗干擾.北京：中國電力出版社，2010.8.