淺談CT飽和對差動保護的影響

張美鋒

摘 要：隨著我國電網(wǎng)輸電等級的提高，大量TP類互感器和電子類互感器的應(yīng)用于電網(wǎng)，抗CT飽和性能日益提高。然而，CT飽和仍然是對差動保護有較大干擾作用的因素。由于CT（電流互感器）的傳變特性不一，尤其當其出現(xiàn)飽和時，差動保護感受到的電流波形出現(xiàn)畸變，差動電流與實際一次側(cè)的情況出現(xiàn)偏差，可能引起差動保護誤動作。文章結(jié)合實踐經(jīng)驗，分析了CT飽和對差動保護的影響。

關(guān)鍵詞：CT飽和；差動保護；影響

中圖分類號：TM407 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）17-0011-02

近年來，隨著我國建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略目標提出，以特高壓為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模不斷擴大。220 kV及以上電壓等級成為我國電網(wǎng)的主干網(wǎng)架，差動保護的應(yīng)用日益普及。在此背景下，關(guān)注差動保護的動作性能，研究CT飽和對差動保護的影響，具有重要的意義。

1 CT飽和現(xiàn)象

CT飽和是指電流互感器飽和，互感器是指在電力系統(tǒng)中，為了對電力系統(tǒng)及其中各電力設(shè)備進行必要的計算、監(jiān)控和保護，用來將高電平的電力參數(shù)按比例變換到低電平的參數(shù)或信號，再接到相應(yīng)的繼電保護及測量裝置上的裝置。電流互感器就是將高電壓電路中大電流變換為低電壓電路中的小電流，并將高壓和低壓電路隔離，使它們之間不存在電的直接聯(lián)系的主要元件。

在一般情況下，電流互感器能夠準確將一次回路電流傳變到二次回路電流，然而，當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，一次回路電流往往遠大于正常負荷電流，且經(jīng)常存在大量的衰減直流分量，導(dǎo)致電流互感器鐵芯進入飽和狀態(tài)，導(dǎo)致電流互感器的二次回路電流出現(xiàn)畸變，稱為CT飽和現(xiàn)象。

2 CT飽和對差動保護的影響

差動保護基于基爾霍夫電流定律，由于其原理簡單，使用電氣量單純，保護范圍明確，已廣泛用于電力系統(tǒng)發(fā)電機、變壓器、母線、線路、電抗器等電力系統(tǒng)主要設(shè)備，并作為主保護使用。差動保護對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行起到至關(guān)重要的作用。

2.1 電流互感器飽和對線路光纖差動保護的影響

電流光纖差動保護已經(jīng)成為高壓、超高壓輸電線路首選的主保護之一。電流光纖差動保護基于反應(yīng)線路兩側(cè)的電流從而快速、可靠地區(qū)分本線路內(nèi)部任意點短路與外部故障，達到有選擇、快速地切除全線路任意點短路的目的。為此需要將線路一側(cè)電氣量信息傳到另一側(cè)去，兩側(cè)的電氣量同時比較、聯(lián)合工作。

影響輸電線路差動保護正確動作的因素有很多，電流互感器暫態(tài)飽和是其中的重要因素。由前面分析可知，當外部發(fā)生故障時，流入差動繼電器的不平衡電流就是兩個電流互感器勵磁電流之差。為了顯著區(qū)別區(qū)內(nèi)故障時流入差動繼電器的電流，我們希望外部故障時的不平衡電流盡可能小，以提高差動保護的靈敏性和選擇性。

若兩個電流互感器的型號相同，它們的參數(shù)差異性小，在發(fā)生外部故障時，兩側(cè)電流互感器飽和特性相似，則電流互感器二次側(cè)的電流差值較小；若兩個電流互感器差異交大，則在極端情況下，可能一側(cè)電流互感器深度飽和而另一側(cè)電流互感器能正確傳變電流，此時電流互感器二次側(cè)的電流差值會非常大，可能造成差動保護的誤動。

為了減少不平衡電流，輸電線路兩端應(yīng)采用型號相同、磁化特性一致、鐵心截面較大的高精度電流互感器。然而在實際工程中，由于各種原因，很難保證所有線路兩端電流互感器的型號和飽和特性一致，從而導(dǎo)致某些線路發(fā)生外部故障時流入差動繼電器的電流很大，易造成保護誤動作。

2.2 電流互感器飽和對變壓器差動保護的影響

實際電力系統(tǒng)都是三相變壓器，并且通常采用Y，d11的接線方式。這樣的接線方式造成了變壓器一、二次電流的不對應(yīng)。若仍用上述接線方式，則會在繼電器中產(chǎn)生很大的差動電流。

不平衡電流實際上就是兩側(cè)電流互感器勵磁電流的差值。若不平衡電流過大，則有可能引起區(qū)外故障時差動保護誤動作。

勵磁電流Iμ的大小取決于電流互感器是否飽和以及飽和的程度。在系統(tǒng)發(fā)生非對稱性短路故障時，由于一次電流很大、短路電流中存在大量的非周期分量，將會引起互感器鐵心暫態(tài)飽和，勵磁電流顯著增大。如果兩側(cè)電流互感器的型號相同、勵磁特性相同，則在發(fā)生區(qū)外故障時，互感器勵磁電流同時增大，而使得不平衡電流并沒有顯著增大。由于變壓器兩側(cè)一次電流大小不同，所用電流互感器型號必然不同，當發(fā)生非對稱短路故障時，兩側(cè)電流互感器暫態(tài)飽和程度不同，使得兩側(cè)勵磁電流大小差別很大，流入差動繼電器的不平衡電流也將很大，從而影響差動保護的動作性能。

2.3 電流互感器飽和對母線差動保護的影響

為了盡可能減小母線故障對電力系統(tǒng)和用戶造成的損失，電力系統(tǒng)中的母線廣泛采用差動保護。實現(xiàn)母線差動保護必須考慮在母線上一般連接著較多的電氣元件（如線路、變壓器、發(fā)電機等），因此相比較線路和變壓器差動保護，母線差動保護的接線更復(fù)雜。

①在正常運行以及母線范圍以外故障時，在母線上所有連接元件中，流入的電流和流出的電流相等。

②當母線上發(fā)生故障時，所有與母線連接的元件都向故障點供給短路電流或流出殘留的負荷電流。

③從每個連接元件中電流的相位來看，在正常運行及外部故障時，至少有一個元件中的電流相位和其余元件中的電流相位是相反的。具體來說，就是電流流入的元件和電流流出的元件中電流的相位相反。而當母線故障時，除電流等于零的元件以外，其它元件中的電流是接近同相位的。

根據(jù)①和②可構(gòu)成電流差動保護，根據(jù)③可構(gòu)成比相式差動保護。為了闡述母線差動保護的原理，以圖3所示的單母線為例簡單分析母線差動保護。

母線差動保護中，若各個電流互感器的變比相同，則在理論上當母線正常運行及外部故障時，流入差動繼電器的二次電流為零，實際上由于電流互感器有誤差，KD中有不平衡電流出現(xiàn)。為了減小不平衡電流，一般應(yīng)選用具有相同特性的互感器。然而，由于母線連接有多個電力元件，當外部發(fā)生故障時，各個電力元件中流過的電流并不相同，因此各個互感器的飽和程度有顯著差異，從而增大流入差動繼電器的不平衡電流。特別地，當系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障時，其產(chǎn)生的非周期分量將加速互感器的飽和，從而差動繼電器中的不平衡電流更大，嚴重影響母線差動保護的性能。

3 結(jié) 語

為了解決這一問題，國內(nèi)外許多繼電保護專家為此進行了大量的研究工作，提出了許多卓有成效的算法和措施，如二次諧波制動，波形識別，小波分析等，有效地提高了差動保護的準確動作率。但是，由于電力系統(tǒng)的復(fù)雜性，在實際應(yīng)用中，因CT飽和而導(dǎo)致差動保護誤動或拒動的情況仍時有發(fā)生，差動保護在抗CT飽和的研究領(lǐng)域還有很大的提升空間。

參考文獻：

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