一起220kv線路光纖縱差保護裝置誤動原因分析

摘 要：文章介紹一起由于單側電流互感器飽和引起的光纖差動保護誤動事故，通過對保護誤動原因的查找、分析，給出了幾種防止電流互感器飽和的方法，以提高光纖差動保護的正確動作率。

關鍵詞：光纖差動保護；電流互感器；TA飽和；保護誤動

引言

光纖作為繼電保護的通道介質，具有不怕超高壓與雷電電磁干擾、對電場絕緣、頻帶寬和衰耗低等優點。電流差動保護原理簡單，不受系統振蕩、線路串補電容、平行互感、系統非全相運行方式的影響。差動保護本身具有選相能力，而且動作速度快，最適合作為主保護。因此利用光纖通道構成的電流差動保護具有一系列的優點，得到了廣泛的應用。

光纖電流差動保護是在電流差動保護的基礎上演化而來的，基本原理也是基于克希霍夫基本電流定律，是測量兩側電氣量的保護，能快速切除被保護線路全線范圍內的故障，不受過負荷及系統振蕩的影響，靈敏度高。它的主要缺點是對電流互感器的要求較高，即要求線路兩側光差保護所使用電流互感器的傳變特性一致，防止任一側電流互感器飽和導致保護誤動作。本文通過對光差保護誤動原因的查找、分析，給出了幾種防止電流互感器飽和的方法，以提高光差保護動作的正確率。

1 故障簡介

2012年9月25日17時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生故障。220kV母線第一套保護（WMH-800A）9msⅠ母差動保護動作、164msⅡ母差動保護動作，第二套保護（RCS-915AB）4ms差動跳Ⅰ母、150ms差動跳Ⅱ母；先后切除故障母線。

線路Ⅰ第一套保護（RCS-931）61ms B相電流差動保護動作、171ms 三相電流差動保護動作、208ms遠方起動跳閘，第二套保護（CSC103D）216ms遠方跳閘出口；133ms斷路器B相跳閘、268ms斷路器A、C相跳閘。線路Ⅰ對側第一套保護（RCS-931）61ms B相電流差動保護動作、173ms遠方起動跳閘、188ms 三相電流差動保護動作，第二套保護（CSC103D）183ms遠方跳閘出口；110ms斷路器B相跳閘、223ms斷路器A、C相跳閘。

2 故障分析

由于母線保護動作跳開兩段母線，各斷路器均三相跳開，因此未引起值班人員的重視。對線路Ⅰ兩側保護動作報告提取后，發現RCS-931保護B相電流差動保護動作，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保護誤動作。

光纖電流差動保護誤動作的原因主要有：保護裝置誤整定、保護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誤、電流互感器二次回路中性線兩點接地等。

首先，對線路Ⅰ兩側保護裝置的定值與最新的定值通知單進行了核對，均未發現問題。

其次，對線路Ⅰ兩側保護裝置的帶負荷檢驗報告進行檢查， 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，差流只有幾個毫安，這就排除了電流二次回路接線錯誤的原因。

然后，對現場反事故措施執行情況進行了檢查，光差保護使用的電流回路中性線均在保護屏一點可靠接地，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，把檢查的重點放到了電流互感器飽和及傳變特性不一致方面上。結合調取線路Ⅰ兩側保護裝置的內部錄波圖，發現線路Ⅰ變電站A側電流二次錄波中，B相電流明顯發生畸變，發生嚴重TA飽和。變電站B側電流波形基本良好，但B相含有較大直流分量。

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

從圖4可見，在第三個周波的時候，A側的TA快速進入飽和，而B側仍能正確進行電流的傳變，從而造成在第三個周波的時候產生較大的差流。RCS-931BM差動保護采用了較高的制動系數和自適應浮動制動門檻相結合的方法，保證在發生比較嚴重TA飽和情況下不會誤動。若TA能夠正確線性傳變時間在5ms以上，差動保護均能夠可靠閉鎖，但是對于本次故障，A側TA在第3個周波開始后2.5ms左右就開始嚴重飽和（一般考慮5ms后飽和不誤動作），從而導致差動保護動作。

3 對策與措施

3.1 限制短路電流

在已建成中壓系統中可在較高一級的電壓等級中就采取分列運行的方式以限制短路電流。分列運行后造成的供電可靠性的降低可通過備用電源自動投入等方式補救。在新建系統中短路電流過大可采取串聯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荷電流來選擇的，例如：220kV系統，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，每10MVA電流將近30A，那么400MVA潮流的負荷電流將近1200A，根據負荷電流會選擇變比為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飽和倍數和保護安裝處可能出現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，同樣負荷電流下，二次電流會成倍減小，若電流二次回路斷線將難以監視。

3.3 減小電流互感器的二次負載

3.3.1 盡可能將繼電保護裝置就地安裝

電流互感器的二次負載主要是二次電纜的阻抗，將繼電保護裝置就地安裝，大大縮短了二次電纜長度，減小了互感器的負擔，避免了飽和。另外，就地安裝后，還簡化了二次回路，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，在負載阻抗不變的情況下，相應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對繼電保護裝置產生負面影響，二次電流減小后，必須提高繼電器的靈敏度。

3.4 采用抗飽和能力強的繼電保護裝置

電流互感器在電流換向后的一段時間內不飽和，在短路開始的1/4周期內也不飽和，可以有效地加以利用。采用快速保護判據，在電流飽和前就正確地做出判斷（例如高阻抗電流差動繼電器）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飽和電流波形進行削峰填谷以縮小電流波形的間斷角也是一種簡單有效的辦法。

4 結束語

光纖差動保護的使用大大提高了保護的可靠性、選擇性。同時使電網運行方式更加靈活，整定計算更加便捷。但該種保護對電流互感器、TA二次回路等設備的質量要求較高，也增加了保護的誤動幾率。上述措施能減少保護誤動，但面對未來電網的發展，尤其對于數字化變電站、光互感器的投入使用，還需要不斷地探索、實踐，以提高保護的正確動作率。

參考文獻

[1]王尚成.電流互感器飽和引起的光纖縱差保護誤動分析[J].科技向導，2012.

[2]浦挺.電流互感器飽和對足巨離保護及母差保護的影響及對策[J].科技資訊，2011.

[3]陳建玉.電流互感器飽和對繼電保護影響的分析及對策[J].電力系統自動化，2000.

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