電流互感器的使用對變壓器差動保護(hù)的影響分析

亓玉麗 康建振

（1.山東科技大學(xué) 山東 泰安 271019；2.山東魯能泰山電力設(shè)備有限公司，山東 泰安 271000）

1 110kV變壓器差動保護(hù)的誤動實(shí)例

某110kV變電站，其接線為內(nèi)橋式接線，如圖1所示。

圖1 110kV變電站內(nèi)橋式接線示意圖

由于開關(guān) 111 檢修， 開關(guān) 112、134、201、202、301、302 運(yùn)行，由112進(jìn)線帶全站負(fù)荷。在110kV側(cè)3#母線發(fā)生短路，1#變壓器差動保護(hù)動作，同時2#變壓器差動保護(hù)誤動，導(dǎo)致全站停電。什么原因?qū)е?#變壓器差動保護(hù)誤動呢？通過分析發(fā)現(xiàn)，外部故障時，一次故障電流太大使電流互感器（CT）飽和，同時由于構(gòu)成差動保護(hù)的兩個電流互感器特性不一致，在差動回路中產(chǎn)生了很大的差流，超過整定值，導(dǎo)致差動保護(hù)誤動。由此例可見，電流互感器對變壓器差動保護(hù)的影響很大。電流互感器的正確選擇與使用，直接關(guān)系到測量的準(zhǔn)確性和保護(hù)動作的可靠性。現(xiàn)就電流互感器對變壓器差動保護(hù)的影響作一概述。

2 電流互感器對變壓器差動保護(hù)的影響及防范措施

2.1 CT飽和對變壓器差動保護(hù)的影響及防范措施

2.1.1 影響

繼電保護(hù)裝置采集電流互感器CT的二次側(cè)電流來反映一次側(cè)電流的變化情況，只有完全正確的反映，保護(hù)裝置才能按整定原則與要求正確動作。若CT飽和，其傳變特性不能完全反映一次電流的變化而發(fā)生畸變，會影響保護(hù)裝置采集的數(shù)據(jù)。近距離區(qū)外故障時，產(chǎn)生的穿越短路電流大、故障電流中的非周期分量、CT鐵心中剩磁的存在等原因，可能會使CT飽和。另外變壓器保護(hù)高低壓側(cè)CT的飽和狀態(tài)和飽和程度不成正比，會產(chǎn)生較大的差流，造成差動保護(hù)誤動。

2.1.2 防范措施

1）主變保護(hù)CT變比適度增大。一次電流越大，鐵芯飽和越嚴(yán)重，提高電流互感器變比，實(shí)際上減小了外部最大短路電流的倍數(shù)，可以降低電流互感器的飽和程度。

2）改善電流互感器特性，使用差動繼電器專用（D級）的電流互感器，且盡量使差動保護(hù)高低壓側(cè)CT的特性一致。

3）減小二次負(fù)載。CT的負(fù)載主要是二次電纜的阻抗，增大CT二次回路電纜芯線截面，可以減小CT二次回路的負(fù)載電阻。另外，將繼電保護(hù)裝置就地安裝，可以大大縮短二次電纜的長度，從而減小二次回路的負(fù)載，這樣CT不易飽和。

另外，減小CT的二次額定電流，在負(fù)荷阻抗不變的情況下，會降低二次回路功耗，使CT不容易飽和。

4）采用抗飽和能力強(qiáng)的保護(hù)原理。針對CT飽和時制動電流減小的特點(diǎn)，采用多折線比率制動。小電流區(qū)域采用較小的制動系數(shù)，大電流區(qū)域采用較大的制動系數(shù)。當(dāng)CT飽和時，制動量較大，動作區(qū)域變小，可以防止區(qū)外故障時由于CT飽和引起的誤動。

國內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)與生產(chǎn)廠家還廣泛采用諧波制動法、時差法、附加穩(wěn)定區(qū)法等CT飽和識別的方案。

5）選用差動CT時要進(jìn)行伏安特性實(shí)驗(yàn)。CT伏安特性是指電流互感器一次側(cè)開路，二次側(cè)勵磁電流與所加電壓的關(guān)系曲線。CT伏安特性試驗(yàn)是考核保護(hù)級CT抗飽和性能的直觀方法。試驗(yàn)接線如圖2所示。

圖2 伏安特性試驗(yàn)接線圖

2.2.1 影響

1）二次側(cè)負(fù)載在短路電流下不能滿足CT10%誤差曲線的要求

如果不滿足CT10%誤差曲線的要求，CT的容量不足以滿足二次負(fù)荷的要求。外部故障時，短路電流過大將導(dǎo)致CT飽和。當(dāng)某個CT飽和時，其勵磁阻抗變得很小，一次側(cè)電流很難傳變到二次側(cè)，二次電流發(fā)生畸變?nèi)睋p，造成二次側(cè)電流不平衡，此時差動保護(hù)將出現(xiàn)較大的差流，可能誤動。

2）CT不同型號引起的誤差

如果差動保護(hù)各側(cè)CT采用的型號不同，其結(jié)構(gòu)形式、飽和特性、勵磁電流（歸算到同一側(cè)）傳變特性等會不同。正常運(yùn)行情況下差動回路中產(chǎn)生的不平衡電流較大，有可能影響差動保護(hù)的正確動作。

3）CT本身存在的誤差

差動保護(hù)兩側(cè)所用的電流互感器即使是型號相同、變比相同，其特性和剩磁也不可能完全相同。正常運(yùn)行時總有不平衡電流流過差動繼電器。外部故障時由于短路電流過大而使不平衡電流增大，保護(hù)可能誤動。

2.2.2 防范措施

為盡量減小電流互感器誤差產(chǎn)生的不平衡電流，差動保護(hù)采用D級電流互感器。在配置電流互感器的二次負(fù)載時，要求按滿足10%誤差曲線來校驗(yàn)，并盡量使用同一廠家、同一型號的電流互感器。

2.2 電流互感器的誤差對變壓器差動保護(hù)的影響及防范措施

2.3 CT二次回路斷線對變壓差動保護(hù)的影響及防范措施

2.3.1 影響

電流互感器二次回路斷線是由于保護(hù)屏端子排的電流互感器接線螺絲松動或接線斷線造成的。電流互感器二次回路斷線，則僅有一側(cè)的電流互感器二次電流流入差動繼電器，差流變大，保護(hù)會誤動。若此時內(nèi)部發(fā)生故障，則無電流流入差動繼電器，保護(hù)將拒動。

2.3.2 防范措施

1）在保護(hù)程序中進(jìn)行延時CT斷線報(bào)警，即當(dāng)任一相差流大于0.15Ie（Ie是變壓器的額定電流）的時間超過10s時發(fā)出CT斷線告警信號，但不閉鎖差動保護(hù)。

2）在故障測量程序中進(jìn)行瞬時CT斷線閉鎖保護(hù)裝置出口。當(dāng)滿足保護(hù)起動前某側(cè)最大相電流小于(0.1～0.2)Ie，或起動后最大相電流大于(1.2～1.4)Ie，或起動后任一側(cè)電流比起動前增加時，不進(jìn)行CT斷線判別。當(dāng)某側(cè)電流同時滿足只有一相或兩相電流為零和其它兩相或一相電流與起動電流相等時進(jìn)行CT斷線閉鎖判別。判斷為CT斷線后,閉鎖保護(hù)裝置出口。但必須在差動元件進(jìn)行涌流判別后才進(jìn)行瞬時CT斷線判別程序，這樣可防止瞬時CT斷線的誤閉鎖[1]。

2.4 CT二次回路短路對變壓器差動保護(hù)的影響及防范措施

實(shí)際中二次回路短路的情況并不少見，且危害嚴(yán)重。比如為了試驗(yàn)，將電流互感器二次側(cè)短接，試驗(yàn)后忘記解開短接線，或沒有全部解開；保護(hù)的交流插件沒有完全頂開裝置端子的短路片；二次電纜絕緣破損等，都使電流互感器二次回路短路。短路后，故障相電流的幅值減小、相角發(fā)生偏轉(zhuǎn)，差動回路中會產(chǎn)生差流，在大多數(shù)情況下保護(hù)不會誤動，但在重負(fù)荷或某些極端條件下可能誤動，同時在故障時會錯誤動作[2]。

一般可以引入負(fù)序電流和負(fù)序電壓，既能檢測電流互感器二次回路短路，又能檢測電流互感器二次回路斷線[3]。

2.5 CT二次回路接線錯誤對變壓器差動保護(hù)的影響及防范措施

CT二次回路接線錯誤可能會造成相序接錯，如一側(cè)CT接入保護(hù)裝置的A、C相電流回路接反，另一側(cè)電流回路接線正確，則正常運(yùn)行及區(qū)外故障時，流過差動回路B相的電流為零，而流過差動回路A、C相的電流卻分別增大倍，這樣區(qū)外短路故障時，CT將感應(yīng)出較大的短路電流，差流也隨之增大，可能導(dǎo)致差動保護(hù)誤動。

要使差動保護(hù)不誤動，必須保證CT二次回路接線正確，使差動保護(hù)兩側(cè)CT的二次電流相位相差180°。這樣區(qū)內(nèi)故障時，兩側(cè)CT的二次側(cè)電流相位相同，流入差動回路中的電流為兩側(cè)電流之和，保護(hù)可靠動作；而正常運(yùn)行或外部故障時，差動回路流過的電流接近為零，保護(hù)不動作。

2.6 CT的極性問題對變壓器差動保護(hù)的影響及防范措施

差動保護(hù)正確動作與否不僅與電流大小有關(guān)系，也和電流互感器的極性有關(guān)系。所謂極性，即鐵芯在同一磁通作用下，一次線圈和二次線圈感應(yīng)出電動勢，其中兩個同時為高電位或同時為低電位的一端稱為同極性端。對電流互感器而言，一般采用減極性法來標(biāo)定同名端，即先任意選定一次線圈的一端作始端，當(dāng)一次線圈電流i1瞬時由始端流進(jìn)時，二次線圈電流i2流出的一端稱為二次線圈的始端，這種符合瞬時電流關(guān)系的兩端稱為同極性端。

當(dāng)任何一側(cè)的相線CT極性接反，其中一側(cè)(或兩側(cè))的電流相量反相，正常運(yùn)行時，即形成所謂“和接線”（即兩側(cè)對應(yīng)的電流不是相差180°，而是同相位），導(dǎo)致執(zhí)行元件上產(chǎn)生很大的差壓，從而正常運(yùn)行及外部故障時無論單側(cè)電源或雙側(cè)電源，差動保護(hù)均引起誤動。而內(nèi)部故障時，差動保護(hù)可能拒動。

因此，保證電流互感器二次極性接線正確尤為重要。變壓器差動保護(hù)在投運(yùn)前要嚴(yán)格檢查接入保護(hù)裝置的電流互感器二次接線的極性，確保變壓器差動保護(hù)正確動作。

2.7 電流互感器的二次回路接地點(diǎn)對變壓器差動保護(hù)的影響及防范措施

電流互感器的二次回路有且只能有一點(diǎn)接地，其原因是為了人身和二次設(shè)備的安全，并防止保護(hù)誤動。如果電流互感器的二次回路沒有接地點(diǎn)，接在電流互感器一次側(cè)的高電壓，將通過互感器一、二次線圈間的分布電容和二次回路的對地電容形成分壓，將高電壓引入二次回路，其值取決于二次回路對地電容的大小。如果電流互感器二次回路有了接地點(diǎn)，則二次回路對地電容將為零，則引入二次回路的電壓為零，從而保證安全。工程實(shí)踐中，常常由于人為接線錯誤或電纜絕緣老化等原因，造成接入變壓器差動保護(hù)裝置的電流互感器二次回路多點(diǎn)接地，以致引發(fā)保護(hù)誤動事故[4]。

因此，電流互感器的二次回路必須有且只有一個接地點(diǎn)，應(yīng)在配電裝置附近經(jīng)端子排接地。對于幾組電流互感器聯(lián)接在一起的保護(hù)裝置，應(yīng)在保護(hù)屏上經(jīng)端子排接地。

3 結(jié)束語

電流互感器對于差動保護(hù)的影響是不容忽視的，配置變壓器差動保護(hù)時應(yīng)正確選擇和使用電流互感器，在維護(hù)和檢修各個環(huán)節(jié)中嚴(yán)格按照規(guī)程操作，防止因電流互感器選型不當(dāng)、接線錯誤、極性錯誤等原因而造成差動保護(hù)誤動。

［1］蔡桂龍,唐云.變壓器差動保護(hù)電流互感器二次回路斷線閉鎖分析[J].繼電器2001,29(8).

［2］郭自剛，稅少洪.電流互感器二次回路短路導(dǎo)致差動保護(hù)動作機(jī)理分析[J].電力系統(tǒng)自動化,2013,37(2).

［3］楊立璠,常寶波.電流互感器二次側(cè)短路故障分析及對策[J].電力自動化設(shè)備,2003,23(12):32-33.

［4］楊燕霞.電流互感器二次回路兩點(diǎn)接地引起保護(hù)誤動原因分析[C]//2011年云南電力技術(shù)論壇論文集(入選部分).