變壓器區外故障CT 飽和對主變保護的影響分析

敬玢

（廣西電網有限責任公司梧州供電局，廣西 梧州 543002）

0 引言

隨著現代社會的不斷發展與進步，電力行業也逐漸地迎來了一個全新的發展機遇。為了能夠保證電網變電設備運行的穩定性與科學性，也應該加強對變壓器區外故障CT 飽和的故障情況進行分析，以避免在實際運行過程中，各種問題的出現導致主變保護的不正確動作、越級動作、擴大事故范圍等有責任的事故事件。針對此類故障中存在的問題，采取有效的控制及防范措施，可以更好的保證保護正確動作，保證電網安全穩定。

1 變壓器區外故障CT 飽和造成主變保護動作情況概述

35kV 某站，10kV 富寧線905 故障過流Ⅰ段動作，造成1 號主變低壓側后備保護動作跳開901 開關，故障時保護動作時序如圖1 所示。另一35kV 變電站，10kV 義垌線905 故障過流保護動作，造成10kV 分段900 開關、2 號主變高低壓側302、902 開關跳閘、1 號主變高低壓側301、901 開關跳閘，故障時序如圖2 所示。

圖1 故障時保護動作時序

圖2 故障時序

后分析故障原因均為變壓器區外故障，線路CT 飽和造成主變跳閘，擴大停電范圍，由這兩個事故案例可見，分析變壓器區外故障CT 飽和對主變保護的影響是非常有必要的。

1.1 線路故障時的速斷

35kV 變電站內低壓線路近區故障，CT 飽和造成主變保護動作跳閘的情況頻發。在這一過程中，線路故障中開關分閘速度的問題，也會影響到主變保護動作的情況。當電流互感器中鐵心磁通密度因外部故障而迅速增加至飽和時，勵磁阻抗會隨著飽和程度的增加而急劇減小，此時產生的勵磁電流不能忽略，呈現出的一二次電流成非線性關系。只有不斷地加強主變保護情況的研究與分析，對其差異性的了解與分析，才能夠保證主變保護的可靠正確動作，不造成事故范圍的擴大[1]。

1.2 區外發展性故障

在110kV 的變電站，加強對區外發展性故障問題的分析，也可以為區外三相短路故障的有效控制提供良好的參考。在實際的區外發展性故障過程中，主變低壓側線路CT 飽和導致越級跳閘的問題，也能夠影響到之后線路CT 的有效性工作。只有不斷地加強對相關設備的合理使用與配置，才能夠為保護動作的正確性提供基礎的支撐。也正是在這樣的前提條件下，加強對區外故障中差動電流數值變化的了解，可以很好地為之后數據信息的精準性掌握提供幫助。而且，不同類型的數據信息整合與管理方式，也能夠在很大的層面上也帶動了差流速段保護裝置合理性的進一步提升。

1.3 主變差流速斷動作

變壓器區外故障問題的出現，在一定的層面上，也能夠直接地影響到之后變電站變壓器外側短路問題的出現。在低壓側中CT 飽和主要也是通過相應的速斷保護動作，為數據信息的整合提供了引導。在對保護動作中差動電流值的詳細檢測以及變化情況掌握的過程中，為保證主變差流速度動作的正確性，也需要對其電流值的變化進行跟蹤分析。

1.4 越級跳閘

變壓器區外故障，在線路CT 飽和或開關慢分等情況下也會造成主變越級跳閘的事故。而這一現象主要是電力系統故障時，應由保護整定優先跳閘的斷路器來切除故障，但因故由上一級或其他斷路器跳閘來切除故障，這樣的跳閘行為稱為越級跳閘。這種越級跳閘現象的出現，在一定的層面上與保護原件的方式有關系。不斷地加強對一些誤動跳閘問題的詳細分析與跟蹤，也能夠分析出斷路器元器件、機構等的問題，為日常維護也提供良好的基礎保障。因此，工作人員也應該在日常運維的過程中，盡可能地有針對性的對易損元器件更換等方式，避免越級跳閘問題的出現，可以提高變壓器區外故障問題治理效能[2]。

2 電流互感器CT 飽和的主要原因

2.1 與二次負載和故障電流大小有關

電流互感器是各種繼電保護裝置的重要器件，它在電力系統暫態過程中能否真實傳變一次電流，對繼電保護裝置的正確動作起著決定性的作用。在CT 飽和造成越級跳閘的變壓器區外故障過程中，如果想要了解和掌握變壓器區外故障CT 飽和出現的主要原因，也需要對其中所有不正確動作的因素進行分析研究，其中就需要對電流故障問題進行有效的研究。從客觀的層面上進行分析，也能了解到變壓器區外故障CT 飽和主要是受到二次負載和故障電流的影響。當故障10kV出現在近區故障的位置時，短路系統內部也會出現比較明顯的負載不平衡問題，導致系統中會出現一些比較明顯的電流安全性難以保障的問題，如果不能夠從根本上改善這種問題，將會阻礙之后變壓器區外故障CT 飽和治理工作效能的提升[3]。

2.2 與二次回路傳輸電纜有關

CT 飽和與二次回路傳輸電纜的傳輸工作效率有關，需要加強對變壓器區外故障時現場的實際狀況分析。這主要也是因為城市中心區域的變電站的使用時間年限相對較長，電纜使用時間久，對高壓側電流回路線也會造成不同程度的影響。保證其回路線的直徑在2.5mm 左右，可以為之后短路電流中電纜的正常傳輸提高效率。一旦在實際的二次回路傳輸電纜工作中，受到外界因素影響，也會出現一些比較明顯的誤動問題[4]。

2.3 與本身電流互感器的特性有關

變壓器區外故障CT 飽和與越級跳閘問題的出現，經常會受到各種因素的影響，其中就有受電流互感器的特性有關。當沖擊電流在工作中進行特性轉變，其中大量的非周期分量，會直接地影響到CT 飽和、數據失真的問題。缺乏更為準確的故障電流，也會導致出現一些比較明顯的波形間斷角，這對于之后差動電流回路的平衡性也帶來了一定失真，不利于之后本身轉變特性效能，也會加劇保護裝置誤動問題越來越明顯。

2.4 與變比有關

根據電流互感器的實際變比、精確度級別、互感器的容量以及范圍值，能夠直接地影響保護的正確動作。當變壓器區外故障CT 呈現出更加明顯的飽和狀態時，也就必然會導致之后比率差動邏輯會發生明顯的變化，進而影響到變壓器保護裝置在區外故障CT 飽和造成越級跳閘的問題。

3 變壓器區外故障CT 飽和對主變保護的影響

3.1 變壓器差動保護的設置

CT 飽和將直接影響到變壓器差動保護的可靠性，對主變保護裝置采用的判別方法主要是利用CT 飽和后電流特征確定的。主變區內故障時，即便CT 飽和，比例差動的動作值會迅速滿足，而正確動作。但在主變區外故障時，會產生很大的穿越短路電流，穿越短路電流中的非周期分量會造成電流互感器的飽和，從而產生很大的虛假差動電流，會在各測量點的飽和情況不同而使差流變的更大，此差流正好落在比率差動保護的動作區域時，就會造成主變保護的差動保護誤動作。

實際運行中，電流互感器的飽和不會發生在故障一開始的時刻，而是經過一段時間，故障電流使鐵心的磁通達到自身的飽和密度之后才出現的。如此，從故障開始到發生飽和總會存在一段時間還能夠線性變換電流值的，能正確反映一次電流，不會立即產生飽和。所以主變差動保護可以設置一個CT 保護時的附加穩定特性動作區域，它能區分出變壓器保護區內、區外故障，即設置高值、低值來有效閉鎖區外故障的比率差動。

3.2 電流互感器的飽和

由于CT 飽和引起的電流波形畸變會產生很大的差流，使線路保護電流差動保護誤動作。通過檢測區外故障時CT 飽和的程度，從而進行相應的處理，例如，抬高差動門檻，提高比率系數或短時間閉鎖差動保護，這樣雖然可以有效的防止差動誤動作，但是會降低區內（內部）故障時保護的靈敏度。

對數據信息的整合與管理中，時刻加強對CT 飽和工作的管理與控制，為之后電流互感保護的有效管控提供基礎引導。越級跳閘等因素的多樣性，也很有可能會出現非周期偏量比較嚴重的現象，導致了最終CT 出現非常嚴重的飽和問題。當一次電流中的直流分量相對較大，導致最終波形出現了比較明顯的偏移問題。而其中比較常見的防止電流互感飽和方法也是比較多的，最根本的解決方法就是限制一次系統短路電流的水平。除此之外，為避免電流互感飽和問題的出現，需要針對CT 性能的差異性，也能夠使得之后二次電流輸出的真實性，不能夠得到更加充分的體現。對于型號、特性以及變比的電流互感器類型選擇，也能夠在很大的層面上保證電流互感器暫態飽和的合理性。

為了能夠從源頭上減少區外故障問題的出現，要對CT 暫態與穩態飽和進一步地的研究，從CT 飽和的判別入手，使得保護裝置能夠判別出CT 飽和而閉鎖保護不發生誤動現象，也應該不斷地加強對諧波的有效性治理。變壓器中高壓位置發生故障，產生的短路電流會在短時間內自動切除而后備保護不動作。反之，如果在低壓側發生故障，產生的短路電流將難以達到后備保護啟動值，就會使故障無法切除，甚至引起變壓器的燒毀，對系統的安全運行造成嚴重影響。電流互感器飽和識別方法對電流差動保護方式，主要也是在分段波形積分方法的幫助下，進行了CT 飽和的判定，這也就進一步地帶動了之后電流互感飽和工作的穩定性問題。

3.3 變壓器CT 飽和的保護方式

變壓器保護裝置的運用與整改，也是需要從多個不同的角度進行詳細分析與研究的。不斷地加強對CT性能的合理對比與分析，也能夠很好地為之后保護裝置的使用性能與優勢提升提供更為完善的基礎保障。電力系統中CT 性能的飽和與管控，主要也是與額定輸出電流、線性范圍、線性度、相移等各組數據信息的變化有著非常緊密的關聯。保護裝置應用中需要采取更加有針對性的伏安特性實驗，在保證實驗儀器與相關環境合理性的同時，也需要加強對變壓器區外故障CT飽和工作的進一步統計與分析。根據不同數據信息的統計與分析，也能夠了解到穩態電流條件下，不同類型變壓器區外故障CT 飽和的實際情況。尤其是在對電流互感器以及原交流數據信息的管理中，對于電流的合理性使用，也必然能夠改善其中的不合理問題。

3.4 變壓器CT 飽和的實驗分析

由磁暴引起的地磁感應電流會引發變壓器的直流偏磁現象，而直流偏磁也會導致變壓器電流諧波、振動噪聲以及損耗溫升等變壓器效應的產生。在更為詳細的動模實驗過程中，不僅會影響到變壓器自身設備，甚至還會威脅到整個電力系統運行。由于變壓器非線性磁滯回線的復雜性，GIC 作用下的變壓器理論模型還不夠完善，且相關理論也未能在實驗中得到驗證，而在實際電力系統上進行的試驗研究往往會受到電力系統安全穩定運行的制約[5]。動模實驗驗證，需要從更為深層次的角度上為模型主接線與相關參數的精準確。不同類型裝置以及模型實驗的檢測與分析，能夠很好地為之后變壓器區外故障實驗中不利因素的剔除提供基礎支撐。針對現階段動模實驗驗證的實際情況，工作人員能夠保證變壓器電氣接線的合理性與科學性，進而為最終實驗結果的測定的科學性，提供更為完善的數據信息支撐。隨著電子式電流互感器的發展，也能夠有助于解決CT 飽和的問題。

4 結語

綜上所述，本文從實例引入對故障分析、CT 飽和分析、對保護影響分析，提出在主變壓器保護差動附加穩定特性區的方法、CT 的選型、保護整定的配合、可以解決自身CT 飽和造成的誤動，保證和提高變壓器保護的可靠性和安全性。