中壓配電系統微機母線保護電流互感器變比設置及其技術要求研究

顧海超

【摘 要】由于中壓系統母線出線較多，操作頻繁，三相導體相間距離、與大地距離都比較近，容易受到小動物危害，設備制造質量相對較差等原因，中壓系統母線發生故障的幾率遠遠高于高壓或超高壓系統，加之母線沒有裝設專用的保護，這樣，母線故障則需上一級保護經一定延時后動作切除，因此，許多原本可以快速消除的故障被發展、擴大，造成配電裝置的嚴重燒毀、相鄰開關柜受損等嚴重事故，使得供電長期不能恢復。

【關鍵詞】配電系統;母線保護;電流互感器;安全可靠;經濟合理;技術先進;靈敏度

0 引言

中壓供配電網中的母線保護長期以來一直沒有得到應有的重視，中壓母線很少或者幾乎不裝設專用的母線保護。原因是多方面的，歸結如以下兩點：

1）母線保護的裝設加重了中壓供配電網的投資，對于還沒有實施微機保護的中壓供配電網而言，一套母線保護需要裝設專用的電流互感器、繼電器等，提高了工程的造價。

2）由于人們對中壓母線保護的認識不夠，以往的作法是母線保護依靠上一級保護來實現，卻沒有認識到延時切除母線故障所造成的惡果，即對中壓母線短路的后果沒有引起足夠的重視。

以往的中壓母線不裝設專用的母線保護的理由通常是：中壓母線故障不會像高壓或超高壓系統中母線故障那樣造成系統失穩、大面積停電等極其嚴重的后果。但是，這并不能讓我們對其故障的危害掉以輕心。尤其在一些有重要用戶的變電站和發電廠的廠用電系統，處理不當就會造成重大的經濟損失。

1 微機母線保護電流互感器變比設置

常規的母線差動保護為了減少不平衡差流，要求連接在母線上的各個支路電流互感器變比必須完全一致，否則就要求安裝中間變流器，這就造成體積很大而月.不方便，況且正常運行時對于出線電流較小的線路，電流互感器的傳變舍入誤差比較大，保護的不平衡電流選擇的較大，這樣的話保護定值相應的要提高，這樣做的后果使得保護的靈敏性降低。

微機型母線保護的電流互感器變比可以通過設置，根據各個電流互感器的變比，將其二次電流統一折算到同一個變比之下再送入保護CPU插件中進行運算。通過方便地改變電流互感器的計算變比，從而允許母線各支路差動電流互感器變比不一致，也不需要裝設中間變流器。

運行前，將母線上聯絡的各支路變比鍵入保護CPU插件后，保護軟件以其中最大變比為基準，進行電流折算，使得保護在計算差電流時各個電流互感器變比均變為一致，并在母線保護計算判據以及其顯示差電流時也以最大變比為基準。

為了說明起見，我們假設母線上連接有三個支路單元：一個電源支路（其電流方向流入母線）;兩個負荷支路（其電流方向流出母線）。正常運行時各個支路一次電流分別為I1、I2、I3，此時我們令經過電流互感器測得其二次電流分別為I1.2、I2.2、I3.2，各個支路電流互感器變比分別對應為n1、n2、n3，如果n1為最大變比，則選擇n1為基準值。在正常運行時，各個支路的一次電流分別為：

I1=I1.2×n1，I2=I2.2×n2，I3=I3.2×n3

然后以最大變比n1為基準值換算得到各個支路計算二次值為：

I1′=（I1.2×n1）/n1

I2′=（I2.2×n2）/n1

I3′=（I3.2×n3）/n1

這樣，即使原來各個支路的變比不一致，經過換算后其變比應該全部一致且均為n1，如此算法可以保證正常運行以及區外故障時（不考慮電流互感器的誤差）計算的電流為零，其證明如下：

I■=I1′-（I2′+I3′）=I■-（I■+I■）=0

除此之外，經過折算后，（I2.2×n2）/n1以及（I3.2×n3）/n1的計算值均變的很小，不但可以減少計算量，并可以避免軟件計算溢出出錯。

上述既是在我國微機型母線保護中常用的換算電流互感器變比的方法。此種方法的運用將降低了使用電流變換器來達到進出線兩側的電流互感器變比一致的投資成本，并且減少了占地空間。

但與此同時，它又不可避免的帶來了一系列的問題：

第一，如果各個支路電流互感器的變比與最大變比不成倍數的關系，例如1200/5與800/5，為了防止計算誤差引起較大的不平衡差電流，其折算過程要比上述的過程復雜的多，只能預先固化設定，不能現場隨時設置，即變比設計后應將變比預先送入廠家固化。

第二，如上述所示的例子。我們僅僅假設一段母線上連接有三條線路，可是事實上對于電力系統進出線遠遠超出三條，尤其對于中低壓供配電網而言，其進線可能只有一條，但是其出線可能有十條之多。這樣的話，其進出線的電流互感器的變比差別就很大，一般有十倍以上的差距。例如某一供電所的10kV出線有8個負荷，進線的電流互感器選擇為3000/5，而某一條負荷較小的出線電流互感器的選擇僅僅為200/5，兩者之間相差了15倍。假如此時這一條出線出口處短路，會不會發生因為電流互感器的飽和而造成的母線保護誤動呢？

2 電流互感器的選擇依據

電流互感器是按照正常運行時的一次回路額定電壓和電流來選擇的。當接入差動保護電流回路中的出線發生短路時，出線電流互感器和中間電流互感器均要求滿足電流互感器的了10%誤差曲線。除此之外，接入差動保護回路中的出線數nxj與系數α存在相應的關系，具體見下表。

表1

上表中α定義為當一段母線被切除時，接入本段差動保護電流回路中的各出線增加的總負荷與本段接入差動保護電流回路中各出線的總負荷之比，即α=I/（I+I），其中I為接入差動保護電流回路中的出線總負荷電流;I為當一段母線被切除時，接入本段差動保護電流回路中各出線增加的總負荷電流之和。

按照電流互感器10%誤差曲線和上表中相應的電流倍數，即可求出所采用的電流互感器允許負荷。

當連接導線很長，以及接入差動回路的出線數很多時，電流互感器可能不滿足了10%誤差曲線的要求，這時可以在不能滿足要求的電流互感器二次側加裝中間變流器。

3 TA暫態特性對母線保護的影響

眾所周知，對母線采用了差動保護原理可以方便地實現母線的快速保護。然而在母線區外短路時，一般電流互感器會出現飽和現象，一旦電流互感器飽和以后就不能正確的傳變一次電流值，使得二次側電流差動保護原理的基礎遭到破壞，從而導致保護的誤動作。

而在電力系統設計的時候，考慮到母線外部發生短路時，故障元件的電流互感器流過很大的短路電流，使得電流互感器的鐵芯趨于飽和，勵磁電流大大增加，電流互感器的電流誤差迅速增加。為了保證電流互感器及其保護裝置在允許的穩態短路電流下能夠正常工作，電流互感器被設計為在最大穩態短路電流下電流誤差值不得超過了10%。實踐中根據電流互感器了10%倍數特性曲線，由最大允許的穩態短路電流確定電流互感器的二次側負載阻抗ZL。從而確保電流互感器的正常工作。

通過以上分析，我們認為在中低壓供配電網中，由于線路采用的是放射式的且出線較多，因此當出線出口處發生短路時，TA會產生飽和現象。對于其中的暫態飽和，由于我們對保護的時間要求不是很苛刻，因此允許加一時間延時（當然這個時間延時相比與靠上一級保護延時來切除母線故障的延時小多了，在那里時延通常是0.5秒左右，而在這里我們認為幾個周波就一個使得非周期分量有很大的衰減）來躲過因暫態飽和而產生的不平衡差流;對于所產生穩態飽和，我們可以通過計算TA的二次負荷在滿足10%誤差曲線的前提下，考慮其出線個數來選擇合適的電流互感器，當然我們不會都采用同一個變比的TA以來躲過不平衡電流。對于己經安裝的TA如果不滿足要求的話，則需要加裝一個電流變換器即可。

4 結束語

總之，中壓母線故障被發展擴大的最根本原因，就是因為沒有專門的母線保護，使母線故障要經過較長時間才能被切除。假如裝有快速保護，故障發生后保護立即動作，故障可以快速切除，損失可以大大降低。

【參考文獻】

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[2]程利軍，楊奇遜.中阻抗母線保護原理、整定及運行的探討[J].電網技術，2000（06）.

[責任編輯：楊玉潔]