電流互感器飽和引起越級(jí)跳閘動(dòng)作分析及對(duì)策研究

陳曰印，刁守斌，袁杰，劉珍

（國(guó)網(wǎng)山東濟(jì)南市歷城區(qū)供電公司，濟(jì)南250001）

電流互感器飽和引起越級(jí)跳閘動(dòng)作分析及對(duì)策研究

陳曰印，刁守斌，袁杰，劉珍

（國(guó)網(wǎng)山東濟(jì)南市歷城區(qū)供電公司，濟(jì)南250001）

結(jié)合一起10 kV線路因電流互感器（TA）飽和引起的越級(jí)跳閘事故，介紹TA的穩(wěn)態(tài)飽和特性和暫態(tài)飽和特性，總結(jié)影響TA飽和的因素，分析電TA飽和對(duì)各種保護(hù)的影響，并提出了幾種應(yīng)對(duì)TA飽和的措施。

電流互感器；越級(jí)跳閘；穩(wěn)態(tài)飽和；暫態(tài)飽和

1 故障描述

2016-04-02，因某110 kV變電站的10 kV高而線002間隔出線發(fā)生短路，發(fā)生以下現(xiàn)象：1號(hào)主變壓器低后備保護(hù)過(guò)電流Ⅰ段Ⅱ時(shí)限動(dòng)作，1號(hào)主變10 kV進(jìn)線001開(kāi)關(guān)跳閘；10 kVⅠ、Ⅱ分段母聯(lián)009開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作，開(kāi)關(guān)跳閘；10 kVⅠ、Ⅱ段母線的饋線開(kāi)關(guān)均無(wú)跳閘；10 kVⅠ段母線失壓。事后，通過(guò)對(duì)保護(hù)裝置保護(hù)動(dòng)作及故障錄波分析，故障發(fā)生時(shí)短路電流達(dá)到電流互感器額定值的60倍左右，10 kV高而線保護(hù)裝置因電流互感器飽和而拒動(dòng)。主變壓器低壓側(cè)接線如圖1所示。

圖1 主變壓器低壓側(cè)接線

2 電流互感器飽和分析

電流互感器飽和現(xiàn)象可分為穩(wěn)態(tài)飽和和暫態(tài)飽和兩種。穩(wěn)態(tài)飽和是由于大容量穩(wěn)態(tài)短路電流引起的飽和；暫態(tài)飽和是由于短路電流中含有非周期分量和鐵芯存在剩磁而引起的飽和［1］。電力系統(tǒng)短路暫態(tài)過(guò)程中，短路電流中會(huì)有非周期分量存在，這將使短路電流產(chǎn)生偏移，導(dǎo)致電流互感器二次電流不對(duì)稱，將加速電流互感器的暫態(tài)飽和［2］。

2.1 暫態(tài)短路電流

高壓線路發(fā)生短路時(shí)，若一次系統(tǒng)空載，短路環(huán)路中阻抗角φ=90°，則電流互感器二次側(cè)電流歸算到一次側(cè)短路電流為［3］

一次系統(tǒng)發(fā)生短路瞬間，當(dāng)短路電流初相角θ＝0時(shí)，非周期直流分量出現(xiàn)最大值，一次系統(tǒng)中的短路電流發(fā)生全偏移現(xiàn)象。取偏移系數(shù)cosθ＝1，則式（1）為

由此可得，系統(tǒng)發(fā)生短路后，短路電流中的非周期分量是按指數(shù)衰減的，這是引起暫態(tài)變化的最主要原因。Tp越大，θ越接近0，非周期分量的影響越大。

2.2 暫態(tài)二次電流

忽略電流互感器的鐵芯損耗以及一次繞組的漏抗和電阻，得

由式（3）可得暫態(tài)勵(lì)磁電流i0（t）為

式中：Tb為二次負(fù)載回路時(shí)間常數(shù)，；Ts為二次閉合回路時(shí)間常數(shù)，；φb為二次負(fù)載回路阻抗角，；δ為二次閉合回路阻抗角，。

通過(guò)式（4）可以得到，i0（t）勵(lì)磁電流i0（t）由4個(gè)分量組成。其中，ie1是周期分量；ie2和ie4為非周期自由分量，按Ts指數(shù)衰減；ie3為非周期強(qiáng)制分量，和一次非周期分量有關(guān)。t＝0時(shí)，ie1、ie2互相補(bǔ)償；ie3、ie4互相補(bǔ)償；ie2+ie3+ie4為總的非周期分量。

暫態(tài)二次電流為

由此得到，二次電流is（t）的第二、四分量分別與i0（t）的第二、四分量大小相等，方向相反，在二次閉合回路中形成環(huán)流。

綜上所述，影響電流互感器飽和的因素為：1）勵(lì)磁電流中非周期分量的衰減速度隨著一次系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)的變大而減慢，一次時(shí)間常數(shù)越大，電流互感器飽和時(shí)間也越長(zhǎng)；2）非周期分量在一次系統(tǒng)電流中占的比重越大，非周期分量在勵(lì)磁電流中的比重也越大，電流互感器飽和也便越嚴(yán)重；3）勵(lì)磁電流中的周期分量隨著電流互感器二次負(fù)載的增大而增大，因此，周期分量越大，電流互感器脫離飽和狀態(tài)越困難。

3 電流互感器飽和對(duì)各種保護(hù)的影響

系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，電流互感器鐵芯達(dá)到飽和狀態(tài)，二次電流出現(xiàn)畸變，不能準(zhǔn)確反映故障電流實(shí)際情況，繼電保護(hù)裝置因采不到準(zhǔn)確的電流信息，從而無(wú)法對(duì)故障電流做出準(zhǔn)確判斷，導(dǎo)致誤動(dòng)或者拒動(dòng)［4］。

3.1 對(duì)電流保護(hù)的影響

電流保護(hù)的判據(jù)為

式中：IJ為流入電流互感器的短路電流二次值；IP為保護(hù)裝置中的電流保護(hù)定值。

由式（6）可得，電流互感器飽和后，二次側(cè)等效動(dòng)作電流IJ變小，將會(huì)引起保護(hù)拒動(dòng)。電流速斷保護(hù)是僅反映于電流增大而瞬時(shí)動(dòng)作的保護(hù)。本區(qū)10 kV高而線線路側(cè)發(fā)生兩相短路故障時(shí)，弧光引起三相短路，在短路電流中非周期分量很大，致使電流互感器發(fā)生暫態(tài)飽和，保護(hù)裝置采集到的短路電流將小于實(shí)際電流，達(dá)不到速斷保護(hù)動(dòng)作值，保護(hù)發(fā)生拒動(dòng)。

3.2 對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響

電流互感器飽和后，差動(dòng)電流和制動(dòng)電流的測(cè)量值都會(huì)有變化，且其比值滿足差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作條件，如果未采取任何穩(wěn)定比率差動(dòng)保護(hù)的措施，誤操作比率差動(dòng)保護(hù)將會(huì)發(fā)生。

3.3 對(duì)距離保護(hù)的影響

輸電線路短路故障隨著用電負(fù)荷的增大而增加，當(dāng)短路發(fā)生在線路末端時(shí)，短路電流較大，電流互感器鐵芯很容易飽和，畸變現(xiàn)象也會(huì)發(fā)生，因此距離保護(hù)繼電器無(wú)法避免會(huì)受到一定的影響。

4 應(yīng)對(duì)電流互感器飽和的措施

限制短路電流。采用分列運(yùn)行方式可以很好地限制短路電流，采用分段備投方式來(lái)提高分列運(yùn)行時(shí)的供電可靠性。

增大保護(hù)級(jí)電流互感器的變比。以前，因?yàn)橛秒娏坎淮?，通常根?jù)負(fù)荷大小來(lái)選擇電流互感器變比。隨著用電量的不斷增加，電流互感器的變比往往取決于用電線路可能出現(xiàn)的最大短路電流和互感器的負(fù)載能力與飽和倍數(shù)，適當(dāng)增大保護(hù)級(jí)電流互感器的變比，可以有效避免電流互感器飽和。

減小電流互感器的二次負(fù)載。增大電流互感器二次容量，選用橫截面積較大的二次導(dǎo)線，如4 mm2導(dǎo)線；將繼電保護(hù)裝置進(jìn)行就地安裝到開(kāi)關(guān)柜，使用的二次電纜長(zhǎng)度越短，那么二次電纜的阻抗就會(huì)越小，可以有效避免電流互感器飽和。

采用抗飽和能力強(qiáng)的繼電保護(hù)裝置。采用對(duì)電流飽和不敏感的保護(hù)原理或保護(hù)判據(jù)，或者采用對(duì)電流互感器飽和不敏感的數(shù)字式保護(hù)裝置，可增強(qiáng)電流互感器的抗飽和性能。

5 結(jié)語(yǔ)

主要分析電流互感器飽和特性，對(duì)電流互感器飽和對(duì)相關(guān)保護(hù)的影響進(jìn)行總結(jié)，提出了幾種應(yīng)對(duì)電流互感器飽和的措施，能有效減少供電系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中的電流互感器飽和現(xiàn)象，確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］畢大強(qiáng)，馮存亮，葛寶明.電流互感器局部暫態(tài)飽和識(shí)別的研究［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32（31）：24-27.

［2］景敏慧，孔蕭迪，覃松濤，等.P類電流互感器飽和原因分析及對(duì)策［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31（21）：94-97.

［3］葉民.電流互感器飽和特性及對(duì)繼電保護(hù)的影響研究［D］.重慶：重慶大學(xué)，2007.

［4］黃莉，何奔騰.電流互感器飽和對(duì)距離保護(hù)的影響［J］.繼電器，2004，32（12）：16-21.

［5］陳建玉，孟憲民，張振旗，等.電流互感器飽和和對(duì)繼電保護(hù)影響的分析及對(duì)策［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2000，24（6）：54-56.

陳曰?。?987），工程師，從事變電檢修方面工作。

Analysis and Countermeasures of the Tripping Action Caused by Current Transformer Saturation

CHEN Yueyin，DIAO Shoubin，YUAN Jie，LIU Zhen
（State Grid Licheng Power Supply Company，Jinan 250001，China）

The steady state saturation and transient saturation characteristics of the current transformer are introduced，combined with the tripping accident caused by current transformer saturation in 10 kV line，Influence factors of saturation are summarized，influences of current transformer saturation on all kinds of protection are analyzed，and several methods to deal with the saturation are put forward.

current transformer；override trip；steady state saturation；transient saturation

TM771

B

1007-9904（2016）12-0046-03

2016-10-11