電流互感器飽和引起的光纖縱差保護誤動研究

陳奕嘉

摘要 本文通過具體案例故障分析，及時進行故障問題分析才能保證提出的解決措施行之有效，并以此達到光纖差動保護正確動作率提高的目的。

關鍵詞 電流互感器；飽和現象；光纖差動保護

光纖可看作是繼電保護的傳播途徑，其優點較多，如抗超高壓、電場絕緣等。因電流差動保護操作便捷，在系統振蕩系統不是全相運行的情況下基本不會受到任何影響。同時，其自身還具備選相功能及較快的動作速度，因此在主保護中可得到大量使用。與電流差動保護相比，光纖電流差動保護更具優勢，其能夠有效保護兩側電氣量測量結果，能夠將保護線路內所有故障快速切除，且具有較高靈敏度。

1.故障介紹

2016年7月8日18時35分，某220kV變電站A（圖1），2段母線因備用線路B相脫落前后都產生了故障。220kV母線第一套保護9msI母差動保護動作、164msII母差動保護動作，第二套保護4ms差動跳I母、150ms差動跳II母；故障母線前后切除。

線路I第一套保護61msB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216ms遠方跳閘出口；且出現跳閘的還有133ms斷路器B相、268ms斷路器A、c相。線路I對側第一套保護61msB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183ms遠方跳閘出口；且跳閘的還有110ms斷路器B相、223ms斷路器A、C相。

2.故障原因查找及分析

因母線保護動作中有2段母線跳開，所有斷路器都存于三相跳開現象，這種情況并沒有得到相關工作人員關注。在提取線路I兩側保護動作報告后，查出線路I第一套保護61msB相電流差動保護動作，且與A、C相相比，斷路器B跳閘先出現，由此可看出，該故障的光纖差動保護誤動作主要原因為母線故障。具體原因可分解為以下幾點：1）保護裝置問題；2）電流回路采樣問題；3）飽和問題；4）二次回路接線問題；5）二次回路中性線接地問題。

第一，經詳細查看及分析，引起誤動的原因不存于線路I兩側保護裝置定值內；第二，查看線路I兩側保護裝置帶負荷檢驗報告，A站內1 200：5為TA變比，1.2A為二次電流；則B站內TA變比同A站內一致，但二次電流不同，為0.19A。由此可見，差流差距較小，則可證明問題并不在電流二次回路接線內；第三，查看現場反事故措施執行力度，在保護屏內某點（1點）光差保護選用的電流回路中性線可實現接地，且選用屏蔽電纜，屏蔽層2端接地，以上都與反事故措施規定相符；第四，對電流互感器飽和、傳變特性是否相同進行核查。在線路I兩側保護裝置內部錄波圖調出后即可查看分析，圖內顯示，畸變問題產生于線路I變電站A側電流二次錄波的B相電流內，也就是說TA產生了極為嚴重的飽和現象。變電站B側電流具有較為不錯的波形，但B相內直流分量很大。為更好更形象地將TA飽和程度的展現出來，可根據TA變比進行A側電流到B側的折算，且進行波形的反向對比。

3.電流互感器飽和引起的光纖縱差保護誤動解決措施分析

3.1限制短路電流

如中壓系統已建成，可將分列運行方法用于級別較高的電壓內，以此實現對短路電流的有效制約。但使用分列運行將大大減小供電的可靠性，此時還需采取相應的補救措施，如自動投入備用電源。如短路電流在新建系統內較大，則短路電流可通過電抗器串聯起來的方式進行有效制約。

3.2電流互感器變比增加

一般情況下，需根據負荷電流進行電流互感器變比選取，如220kV系統內4001dVA為其一條線路潮流最大值，則47KA為母線短路電流最大值。通過初步計算得出，220kV系統內30A為每IOMVA電流值，此時，1200A為400MVA潮流負荷電流值，按照負荷電流可選取5P30電流互感器（變比1200/5）。5P30表示為相比電流互感器一次額定電流，一次電流在其30倍以下時，才能在5%以下控制其復合誤差。47KA為線路短路最大電流，與一次額定電流相比，為其40倍左右，這種情況下，電流互感器在短路電流最大值時，其誤差將與要求不符。由此可見，電流互感器變比確定與其自身所能擔負的飽和倍數、保護安裝位置極易產生的短路最大電流密切相關，但如電流互感器變比選擇過大，在負荷電流相同的情況下，將大大降低二次電流，此時無法有效監測到電流二次回路斷線情況。

3.3電流互感器二次負載降低

首先，就地安裝繼電保護裝置。二次電纜阻抗也就是我們所說的電流互感器二次負載，通過就地進行繼電保護裝置安裝，可將二次電纜長度最大限度減短，進而降低了互感器的負擔，防止出現飽和問題。與此同時，就地安裝之后也可實現二次回路簡單化，并達到供電可靠性的全面提升。

其次，電流互感器二次額定電流的有效降低。因功耗和電流平方之間存在正比例關系，可減小二次額定電流，如由5A向1A進行減小，在不改變負載阻抗的基礎上，對應的二次回路功耗將會減小，倍數為25倍，這種情況下，飽和現象不易產生于互感器內。降低二次電流之后，即可實現繼電器靈敏度的有效提升。

3.4繼電保護裝置應具有較高抗飽和能力

電流換向后一定時間內電流互感器不會產生飽和現象，且短路開始后的前25%周期內同樣也不會產生飽和現象，此時可充分利用該階段。如通過快速飽和判據，作為一種常見的抗TA飽和方式，可在電流飽和前做出正確的判斷，一般選取的繼電保護裝置為高阻抗電流差動繼電器。

3.5做好TA特性試驗及抗飽和試驗

因試驗方式、機械設備等因素，導致大多數公司并不重視電流互感器特性試驗，特別是保護卷，一般僅對計量卷特性進行試驗，其他則極為忽視。為有效處理目前這種情況，必須加大TA保護卷傳變特性試驗力度，合理選擇試驗方法。對線路兩側、三側試驗數據進行分析、比較，保證線路每側的電流互感器傳變特性相同。

4.結論

綜上所述，隨著社會經濟發展速度的不斷提升，我國電力事業也得到了突飛猛進的發展。電流互感器作為電力系統內重要的構成部分，其飽和問題一直都是影響光纖差動保護可靠性的重要原因。為更加深入地對該問題進行探討，本文通過一起220kV線路光纖縱差保護裝置誤動原因進行了分析，并提出了限制短路電流、增加電流互感器變比等措施解決該問題。