電流互感器斷線對(duì)電流差動(dòng)保護(hù)的影響及對(duì)策研究

林杰

摘 要：電流差動(dòng)保護(hù)作為高壓電網(wǎng)的主保護(hù)，其動(dòng)作的可靠性對(duì)維持電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。詳細(xì)分析了電流互感器（TA）斷線對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響機(jī)理，闡述了在系統(tǒng)正常運(yùn)行、發(fā)生故障和斷線時(shí)，三相電流幅值的變化特征，最后提出了一種基于電流幅值變化的識(shí)別TA斷線方法，用以防止保護(hù)誤動(dòng)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了結(jié)論的正確性。

關(guān)鍵詞：電流差動(dòng)保護(hù)；電流互感器；電流幅值；斷線識(shí)別

中圖分類號(hào)：TM774+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.094

電流互感器（TA）能為電力系統(tǒng)的保護(hù)和控制提供測(cè)量信息，所以，TA的正常運(yùn)行是維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必備條件之一?，F(xiàn)階段，TA對(duì)電力系統(tǒng)保護(hù)的影響主要集中在2個(gè)層面：TA飽和以及斷線。其中，TA飽和對(duì)保護(hù)的影響研究較多，但關(guān)于TA斷線的研究較少。

本文重點(diǎn)圍繞TA斷線對(duì)電流差動(dòng)保護(hù)的影響展開討論，并提出相應(yīng)的解決對(duì)策。本文主要分為3部分內(nèi)容，第1部分主要介紹了TA斷線對(duì)電流差動(dòng)保護(hù)的影響機(jī)理，第2部分介紹了一種識(shí)別TA斷線的方法，以防止保護(hù)誤動(dòng)，第3部分搭建了仿真模型，驗(yàn)證了新方法的正確性。

1 TA斷線對(duì)電流差動(dòng)保護(hù)的影響機(jī)理

圖1為典型的雙電源系統(tǒng)圖，其中，TA表示電流互感器，Im，In分別表示流過(guò)線路兩側(cè)的電流。對(duì)于線路MN而言，其電流差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為：

式（1）中，Im.φ，In. φ為M，N兩側(cè)三相電流；φ為A，B，C三相；K為制動(dòng)系數(shù)，一般取0.5。

式（1）左側(cè)稱為動(dòng)作量，右側(cè)稱為制動(dòng)量。當(dāng)動(dòng)作量大于制動(dòng)量時(shí)，保護(hù)可靠動(dòng)作；反之，保護(hù)不動(dòng)作。

正常運(yùn)行或者區(qū)外故障（圖1中k點(diǎn)故障）時(shí)，線路兩側(cè)電流為穿越性電流，存在Im=-In=IL的情況，所以，式（1）左側(cè)動(dòng)作量幾乎為零，右側(cè)制動(dòng)量為2IL（IL為負(fù)荷電流）。因此，動(dòng)作量小于制動(dòng)量，保護(hù)能可靠不動(dòng)作。對(duì)于區(qū)內(nèi)故障（圖1中k1點(diǎn)故障），此時(shí)，動(dòng)作量等于流過(guò)短路點(diǎn)的短路電流，幅值急劇增大，而制動(dòng)量由于電流Im，In同相位，所以，顯著降低，式（1）滿足動(dòng)作條件，保護(hù)能可靠動(dòng)作。

上述分析的前提是假定TA能正常傳變。如果TA兩側(cè)同相同時(shí)斷線，不妨假定兩側(cè)φ相同時(shí)斷線，顯然存在以下情況，即：

由此可知，式（1）中動(dòng)作量和制動(dòng)量同時(shí)為0時(shí)，特征較為明顯。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，可以判斷為斷線故障，斷路器是否斷開意義已經(jīng)不大。因此，需要重點(diǎn)分析TA不同相別斷線時(shí)對(duì)電流差動(dòng)保護(hù)的影響。

以M側(cè)TA的φ相斷線而N側(cè)φ相無(wú)斷線情況為例分析，其余情形分析與此相同。顯然此時(shí)存在以下情況，即：

由于K取值小于1，因此，式（4）成立，電流差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。對(duì)于繼電保護(hù)而言，防止保護(hù)誤動(dòng)，避免不必要的停電事故發(fā)生是首要目的。所以，需要一種方案防止TA斷線時(shí)電流差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

2 TA斷線應(yīng)對(duì)措施研究

從第1部分的分析中可以看出，TA斷線會(huì)造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。因此，即使動(dòng)作電流大于制動(dòng)電流，差動(dòng)保護(hù)也需要判斷是否是由TA斷線引起的，如果是，需要將電流差動(dòng)保護(hù)閉鎖；反之，保護(hù)可靠動(dòng)作。其動(dòng)作邏輯如圖2所示。而防止差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的根本方法是有效識(shí)別TA斷線。

圖3、圖4、圖5分別給出了系統(tǒng)正常運(yùn)行、短路故障和TA斷線時(shí)三相電流幅值的變化曲線。從圖3中可以看出，當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，三相電流幅值相同；從圖4中可以看出，發(fā)生短路故障時(shí)，故障相電流幅值顯著增大，其余非故障相電流變化不大；從圖5中可以看出，當(dāng)TA斷線時(shí)，斷線相電流將為0，非斷線相電流變化不大。

事實(shí)上，可以將系統(tǒng)正常運(yùn)行和故障看作是TA非斷線狀態(tài)。通過(guò)對(duì)TA非斷線和斷線狀態(tài)時(shí)三相電流幅值變化特征的比較，提出了一種識(shí)別TA斷線的方法，即：

式（5）中：r（Iφ）為除電流Iφ外其他相電流幅值。

如果TA二次側(cè)某相電流幅值Iφ突然變?yōu)?，而其余相電流

幅值r（Iφ）變化不大，則表示該相電流互感器斷線，要迅速將電流差動(dòng)保護(hù)閉鎖，防止保護(hù)誤動(dòng)?？紤]到測(cè)量誤差等因素的影響，當(dāng)電流幅值在0.7～1.1 p.u時(shí)，表示電流幅值變化不大。

因此，在電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作邏輯中加入式（5）所示的TA斷線閉鎖邏輯，當(dāng)滿足式（5）時(shí)，即使判據(jù)（1）滿足，也要將差動(dòng)保護(hù)閉鎖，防止保護(hù)誤動(dòng)。

3 仿真驗(yàn)證

利用PSCAD/EMTDC搭建了如圖1所示的仿真模型，其中，線路MN長(zhǎng)度為100 km，參數(shù)為Z1=Z2=3.46+j42.3（Ω）， Z0=30+j104.2（Ω），TA的匝數(shù)比為20/200，負(fù)荷電流為45 A。

圖6（a）給出了當(dāng)M側(cè)B相斷線時(shí)線路兩側(cè)電流的差值。顯然，當(dāng)0.5 s斷線時(shí)，差流顯著增大，約等于負(fù)荷電流，可能會(huì)造成保護(hù)誤動(dòng)。圖6（b）給出了此時(shí)三相電流幅值，由此可以看出，除了斷線相電流降為0以外，其余正常相電流變化不大，符合TA斷線識(shí)別判據(jù)，可判為TA斷線。此時(shí)，電流差動(dòng)保護(hù)需要閉鎖，防止保護(hù)誤動(dòng)。

4 結(jié)論

本文詳細(xì)分析了TA斷線對(duì)電流差動(dòng)保護(hù)的影響。分析結(jié)果表明，TA斷線會(huì)造成保護(hù)誤動(dòng)。鑒于此，本文提出了一種基于電流幅值變化量的識(shí)別TA斷線的方案。當(dāng)TA某相電流突降為0，而其余相電流變化不大時(shí)，需要將電流差動(dòng)保護(hù)閉鎖，防止保護(hù)誤動(dòng)；否則，視為內(nèi)部故障，保護(hù)要可靠動(dòng)作。

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〔編輯：白潔〕