电流互感器饱和引起的光纤纵差保护误动研究

陈奕嘉

摘要 本文通过具体案例故障分析，及时进行故障问题分析才能保证提出的解决措施行之有效，并以此达到光纤差动保护正确动作率提高的目的。

关键词 电流互感器；饱和现象；光纤差动保护

光纤可看作是继电保护的传播途径，其优点较多，如抗超高压、电场绝缘等。因电流差动保护操作便捷，在系统振荡系统不是全相运行的情况下基本不会受到任何影响。同时，其自身还具备选相功能及较快的动作速度，因此在主保护中可得到大量使用。与电流差动保护相比，光纤电流差动保护更具优势，其能够有效保护两侧电气量测量结果，能够将保护线路内所有故障快速切除，且具有较高灵敏度。

1.故障介绍

2016年7月8日18时35分，某220kV变电站A（图1），2段母线因备用线路B相脱落前后都产生了故障。220kV母线第一套保护9msI母差动保护动作、164msII母差动保护动作，第二套保护4ms差动跳I母、150ms差动跳II母；故障母线前后切除。

线路I第一套保护61msB相电流差动保护动作、171ms三相电流差动保护动作、208ms远方起动跳闸，第二套保护216ms远方跳闸出口；且出现跳闸的还有133ms断路器B相、268ms断路器A、c相。线路I对侧第一套保护61msB相电流差动保护动作、173ms远方起动跳闸、188ms三相电流差动保护动作，第二套保护183ms远方跳闸出口；且跳闸的还有110ms断路器B相、223ms断路器A、C相。

2.故障原因查找及分析

因母线保护动作中有2段母线跳开，所有断路器都存于三相跳开现象，这种情况并没有得到相关工作人员关注。在提取线路I两侧保护动作报告后，查出线路I第一套保护61msB相电流差动保护动作，且与A、C相相比，断路器B跳闸先出现，由此可看出，该故障的光纤差动保护误动作主要原因为母线故障。具体原因可分解为以下几点：1）保护装置问题；2）电流回路采样问题；3）饱和问题；4）二次回路接线问题；5）二次回路中性线接地问题。

第一，经详细查看及分析，引起误动的原因不存于线路I两侧保护装置定值内；第二，查看线路I两侧保护装置带负荷检验报告，A站内1 200：5为TA变比，1.2A为二次电流；则B站内TA变比同A站内一致，但二次电流不同，为0.19A。由此可见，差流差距较小，则可证明问题并不在电流二次回路接线内；第三，查看现场反事故措施执行力度，在保护屏内某点（1点）光差保护选用的电流回路中性线可实现接地，且选用屏蔽电缆，屏蔽层2端接地，以上都与反事故措施规定相符；第四，对电流互感器饱和、传变特性是否相同进行核查。在线路I两侧保护装置内部录波图调出后即可查看分析，图内显示，畸变问题产生于线路I变电站A侧电流二次录波的B相电流内，也就是说TA产生了极为严重的饱和现象。变电站B侧电流具有较为不错的波形，但B相内直流分量很大。为更好更形象地将TA饱和程度的展现出来，可根据TA变比进行A侧电流到B侧的折算，且进行波形的反向对比。

3.电流互感器饱和引起的光纤纵差保护误动解决措施分析

3.1限制短路电流

如中压系统已建成，可将分列运行方法用于级别较高的电压内，以此实现对短路电流的有效制约。但使用分列运行将大大减小供电的可靠性，此时还需采取相应的补救措施，如自动投入备用电源。如短路电流在新建系统内较大，则短路电流可通过电抗器串联起来的方式进行有效制约。

3.2电流互感器变比增加

一般情况下，需根据负荷电流进行电流互感器变比选取，如220kV系统内4001dVA为其一条线路潮流最大值，则47KA为母线短路电流最大值。通过初步计算得出，220kV系统内30A为每IOMVA电流值，此时，1200A为400MVA潮流负荷电流值，按照负荷电流可选取5P30电流互感器（变比1200/5）。5P30表示为相比电流互感器一次额定电流，一次电流在其30倍以下时，才能在5%以下控制其复合误差。47KA为线路短路最大电流，与一次额定电流相比，为其40倍左右，这种情况下，电流互感器在短路电流最大值时，其误差将与要求不符。由此可见，电流互感器变比确定与其自身所能担负的饱和倍数、保护安装位置极易产生的短路最大电流密切相关，但如电流互感器变比选择过大，在负荷电流相同的情况下，将大大降低二次电流，此时无法有效监测到电流二次回路断线情况。

3.3电流互感器二次负载降低

首先，就地安装继电保护装置。二次电缆阻抗也就是我们所说的电流互感器二次负载，通过就地进行继电保护装置安装，可将二次电缆长度最大限度减短，进而降低了互感器的负担，防止出现饱和问题。与此同时，就地安装之后也可实现二次回路简单化，并达到供电可靠性的全面提升。

其次，电流互感器二次额定电流的有效降低。因功耗和电流平方之間存在正比例关系，可减小二次额定电流，如由5A向1A进行减小，在不改变负载阻抗的基础上，对应的二次回路功耗将会减小，倍数为25倍，这种情况下，饱和现象不易产生于互感器内。降低二次电流之后，即可实现继电器灵敏度的有效提升。

3.4继电保护装置应具有较高抗饱和能力

电流换向后一定时间内电流互感器不会产生饱和现象，且短路开始后的前25%周期内同样也不会产生饱和现象，此时可充分利用该阶段。如通过快速饱和判据，作为一种常见的抗TA饱和方式，可在电流饱和前做出正确的判断，一般选取的继电保护装置为高阻抗电流差动继电器。

3.5做好TA特性试验及抗饱和试验

因试验方式、机械设备等因素，导致大多数公司并不重视电流互感器特性试验，特别是保护卷，一般仅对计量卷特性进行试验，其他则极为忽视。为有效处理目前这种情况，必须加大TA保护卷传变特性试验力度，合理选择试验方法。对线路两侧、三侧试验数据进行分析、比较，保证线路每侧的电流互感器传变特性相同。

4.结论

综上所述，随着社会经济发展速度的不断提升，我国电力事业也得到了突飞猛进的发展。电流互感器作为电力系统内重要的构成部分，其饱和问题一直都是影响光纤差动保护可靠性的重要原因。为更加深入地对该问题进行探讨，本文通过一起220kV线路光纤纵差保护装置误动原因进行了分析，并提出了限制短路电流、增加电流互感器变比等措施解决该问题。