一起220kv線路光纖縱差保護(hù)裝置誤動(dòng)原因分析

摘 要：文章介紹一起由于單側(cè)電流互感器飽和引起的光纖差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)事故，通過對(duì)保護(hù)誤動(dòng)原因的查找、分析，給出了幾種防止電流互感器飽和的方法，以提高光纖差動(dòng)保護(hù)的正確動(dòng)作率。

關(guān)鍵詞：光纖差動(dòng)保護(hù)；電流互感器；TA飽和；保護(hù)誤動(dòng)

引言

光纖作為繼電保護(hù)的通道介質(zhì)，具有不怕超高壓與雷電電磁干擾、對(duì)電場(chǎng)絕緣、頻帶寬和衰耗低等優(yōu)點(diǎn)。電流差動(dòng)保護(hù)原理簡(jiǎn)單，不受系統(tǒng)振蕩、線路串補(bǔ)電容、平行互感、系統(tǒng)非全相運(yùn)行方式的影響。差動(dòng)保護(hù)本身具有選相能力，而且動(dòng)作速度快，最適合作為主保護(hù)。因此利用光纖通道構(gòu)成的電流差動(dòng)保護(hù)具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。

光纖電流差動(dòng)保護(hù)是在電流差動(dòng)保護(hù)的基礎(chǔ)上演化而來的，基本原理也是基于克希霍夫基本電流定律，是測(cè)量?jī)蓚?cè)電氣量的保護(hù)，能快速切除被保護(hù)線路全線范圍內(nèi)的故障，不受過負(fù)荷及系統(tǒng)振蕩的影響，靈敏度高。它的主要缺點(diǎn)是對(duì)電流互感器的要求較高，即要求線路兩側(cè)光差保護(hù)所使用電流互感器的傳變特性一致，防止任一側(cè)電流互感器飽和導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作。本文通過對(duì)光差保護(hù)誤動(dòng)原因的查找、分析，給出了幾種防止電流互感器飽和的方法，以提高光差保護(hù)動(dòng)作的正確率。

1 故障簡(jiǎn)介

2012年9月25日17時(shí)48分，（圖1）某220kV變電站A，由于備用線路（橫跨220kV母線）B相脫落致使兩段母線先后發(fā)生故障。220kV母線第一套保護(hù)（WMH-800A）9msⅠ母差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作、164msⅡ母差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，第二套保護(hù)（RCS-915AB）4ms差動(dòng)跳Ⅰ母、150ms差動(dòng)跳Ⅱ母；先后切除故障母線。

線路Ⅰ第一套保護(hù)（RCS-931）61ms B相電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作、171ms 三相電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作、208ms遠(yuǎn)方起動(dòng)跳閘，第二套保護(hù)（CSC103D）216ms遠(yuǎn)方跳閘出口；133ms斷路器B相跳閘、268ms斷路器A、C相跳閘。線路Ⅰ對(duì)側(cè)第一套保護(hù)（RCS-931）61ms B相電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作、173ms遠(yuǎn)方起動(dòng)跳閘、188ms 三相電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，第二套保護(hù)（CSC103D）183ms遠(yuǎn)方跳閘出口；110ms斷路器B相跳閘、223ms斷路器A、C相跳閘。

2 故障分析

由于母線保護(hù)動(dòng)作跳開兩段母線，各斷路器均三相跳開，因此未引起值班人員的重視。對(duì)線路Ⅰ兩側(cè)保護(hù)動(dòng)作報(bào)告提取后，發(fā)現(xiàn)RCS-931保護(hù)B相電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，斷路器B相先于A、C兩相跳閘，初步判斷為母線故障引起的光纖差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

光纖電流差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的原因主要有：保護(hù)裝置誤整定、保護(hù)裝置電流回路采樣不精確、電流互感器飽和、電流互感器二次回路接線錯(cuò)誤、電流互感器二次回路中性線兩點(diǎn)接地等。

首先，對(duì)線路Ⅰ兩側(cè)保護(hù)裝置的定值與最新的定值通知單進(jìn)行了核對(duì)，均未發(fā)現(xiàn)問題。

其次，對(duì)線路Ⅰ兩側(cè)保護(hù)裝置的帶負(fù)荷檢驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行檢查， A站：TA變比1200：5，二次電流1.2A，B站：TA變比2500：1，二次電流0.19A，差流只有幾個(gè)毫安，這就排除了電流二次回路接線錯(cuò)誤的原因。

然后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)反事故措施執(zhí)行情況進(jìn)行了檢查，光差保護(hù)使用的電流回路中性線均在保護(hù)屏一點(diǎn)可靠接地，使用電纜也均為屏蔽電纜，并且屏蔽層兩端接地，符合反措要求。

最后，把檢查的重點(diǎn)放到了電流互感器飽和及傳變特性不一致方面上。結(jié)合調(diào)取線路Ⅰ兩側(cè)保護(hù)裝置的內(nèi)部錄波圖，發(fā)現(xiàn)線路Ⅰ變電站A側(cè)電流二次錄波中，B相電流明顯發(fā)生畸變，發(fā)生嚴(yán)重TA飽和。變電站B側(cè)電流波形基本良好，但B相含有較大直流分量。

為說明變電站A側(cè)TA飽和的嚴(yán)重程度，將A側(cè)電流按TA變比折算至B側(cè)并反向比較波形。如圖4所示：變電站A側(cè)B相電流波形用實(shí)線表示，變電站B側(cè)B相電流波形用虛線表示。

從圖4可見，在第三個(gè)周波的時(shí)候，A側(cè)的TA快速進(jìn)入飽和，而B側(cè)仍能正確進(jìn)行電流的傳變，從而造成在第三個(gè)周波的時(shí)候產(chǎn)生較大的差流。RCS-931BM差動(dòng)保護(hù)采用了較高的制動(dòng)系數(shù)和自適應(yīng)浮動(dòng)制動(dòng)門檻相結(jié)合的方法，保證在發(fā)生比較嚴(yán)重TA飽和情況下不會(huì)誤動(dòng)。若TA能夠正確線性傳變時(shí)間在5ms以上，差動(dòng)保護(hù)均能夠可靠閉鎖，但是對(duì)于本次故障，A側(cè)TA在第3個(gè)周波開始后2.5ms左右就開始嚴(yán)重飽和（一般考慮5ms后飽和不誤動(dòng)作），從而導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

3 對(duì)策與措施

3.1 限制短路電流

在已建成中壓系統(tǒng)中可在較高一級(jí)的電壓等級(jí)中就采取分列運(yùn)行的方式以限制短路電流。分列運(yùn)行后造成的供電可靠性的降低可通過備用電源自動(dòng)投入等方式補(bǔ)救。在新建系統(tǒng)中短路電流過大可采取串聯(lián)電抗器的做法來限制短路電流。

3.2 增大電流互感器變比

電流互感器變比通常是按負(fù)荷電流來選擇的，例如：220kV系統(tǒng)，某線路最大潮流將近400MVA，母線最大短路電流為47kA，粗略估算一下，220kV系統(tǒng)，每10MVA電流將近30A，那么400MVA潮流的負(fù)荷電流將近1200A，根據(jù)負(fù)荷電流會(huì)選擇變比為1200/5的電流互感器（5P30）。5P30表明該電流互感器在一次電流不大于30倍一次額定電流的情況下，才能保證復(fù)合誤差不超過5%。而線路最大短路電流47kA，為一次額定電流的近40倍，也就是說，在最大短路電流情況下，電流互感器的誤差將不滿足要求。

綜上所述，必須按電流互感器所能承擔(dān)飽和倍數(shù)和保護(hù)安裝處可能出現(xiàn)的最大短路電流來確定，但是選擇較大變比的電流互感器后，同樣負(fù)荷電流下，二次電流會(huì)成倍減小，若電流二次回路斷線將難以監(jiān)視。

3.3 減小電流互感器的二次負(fù)載

3.3.1 盡可能將繼電保護(hù)裝置就地安裝

電流互感器的二次負(fù)載主要是二次電纜的阻抗，將繼電保護(hù)裝置就地安裝，大大縮短了二次電纜長(zhǎng)度，減小了互感器的負(fù)擔(dān)，避免了飽和。另外，就地安裝后，還簡(jiǎn)化了二次回路，提高了供電可靠性。

3.3.2 減小電流互感器的二次額定電流

由于功耗與電流的平方成正比，將二次額定電流從5A降至1A，在負(fù)載阻抗不變的情況下，相應(yīng)的二次回路功耗降低了25倍，互感器不容易飽和。減小電流互感器的二次額定電流也會(huì)對(duì)繼電保護(hù)裝置產(chǎn)生負(fù)面影響，二次電流減小后，必須提高繼電器的靈敏度。

3.4 采用抗飽和能力強(qiáng)的繼電保護(hù)裝置

電流互感器在電流換向后的一段時(shí)間內(nèi)不飽和，在短路開始的1/4周期內(nèi)也不飽和，可以有效地加以利用。采用快速保護(hù)判據(jù)，在電流飽和前就正確地做出判斷（例如高阻抗電流差動(dòng)繼電器）是一種典型的抗TA飽和做法。采用貯能電容或無源低通濾波器對(duì)飽和電流波形進(jìn)行削峰填谷以縮小電流波形的間斷角也是一種簡(jiǎn)單有效的辦法。

4 結(jié)束語

光纖差動(dòng)保護(hù)的使用大大提高了保護(hù)的可靠性、選擇性。同時(shí)使電網(wǎng)運(yùn)行方式更加靈活，整定計(jì)算更加便捷。但該種保護(hù)對(duì)電流互感器、TA二次回路等設(shè)備的質(zhì)量要求較高，也增加了保護(hù)的誤動(dòng)幾率。上述措施能減少保護(hù)誤動(dòng)，但面對(duì)未來電網(wǎng)的發(fā)展，尤其對(duì)于數(shù)字化變電站、光互感器的投入使用，還需要不斷地探索、實(shí)踐，以提高保護(hù)的正確動(dòng)作率。

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作者簡(jiǎn)介：張普勝（1981-），本科，民族：漢，助理工程師，從事繼電保護(hù)工作，變電二次檢修一班副班長(zhǎng)。