唐蘭蘭，葉君玲，羅永杰

(1.國網(wǎng)甘肅省電力公司金昌供電公司，甘肅 金昌 737100；2.國網(wǎng)安徽省電力公司馬鞍山供電公司，安徽 馬鞍山 243000；3.金川集團(tuán)機(jī)械制造有限公司，甘肅 金昌 737100)

CT二次接線混用引起線路差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)分析

唐蘭蘭1，葉君玲2，羅永杰3

(1.國網(wǎng)甘肅省電力公司金昌供電公司，甘肅 金昌 737100；2.國網(wǎng)安徽省電力公司馬鞍山供電公司，安徽 馬鞍山 243000；3.金川集團(tuán)機(jī)械制造有限公司，甘肅 金昌 737100)

介紹了電流互感器10 %誤差曲線、電流互感器混用產(chǎn)生的危害及對縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的影響，分析了110 kV輸電線路一次差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)案例，得出誤將線路電流互感器的測量繞組當(dāng)作保護(hù)繞組使用，而使在空投主變時(shí)線路電流互感器測量繞組發(fā)生嚴(yán)重飽和是導(dǎo)致事故的主要原因。

電流互感器；差動(dòng)保護(hù)；保護(hù)誤動(dòng)；10 %誤差曲線

0 引言

根據(jù)用途的不同，CT(Current Transformer，電流互感器)可分為測量用和保護(hù)用2種。不同用途的CT對應(yīng)不同的準(zhǔn)確度，若錯(cuò)誤地將2種不同用途的CT混用，會(huì)給電力系統(tǒng)中的繼電保護(hù)、電氣設(shè)備及二次儀表帶來安全隱患。

2014-06-19，某電網(wǎng)330 kV變電站1條110 kV的線路(該線路對側(cè)為光伏電站)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。造成該線路差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的主要原因是：光伏電站工作人員誤將線路(光伏電站側(cè))測量用的CT當(dāng)作保護(hù)用CT，導(dǎo)致空投變壓器時(shí)產(chǎn)生了較大的勵(lì)磁涌流，使得線路CT(光伏電站側(cè))發(fā)生嚴(yán)重飽和，引起線路差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

1 CT誤差產(chǎn)生的原因及10 %誤差曲線

1.1 CT誤差產(chǎn)生的原因

CT在變換電流的過程中，必須消耗小部分電流用于對鐵芯的激磁，鐵芯磁化后方可在CT的二次線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢及感應(yīng)電流。因鐵芯損耗與激磁電流的存在，CT的一、二次電流存在誤差，其誤差包括比值與角誤差。

圖1 CT等值電路

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)最大短路電流時(shí)，為了使繼電保護(hù)裝置能夠正確感知故障電流的大小，相關(guān)規(guī)程中規(guī)定：繼電保護(hù)用的CT，在已知其一次電流與二次側(cè)負(fù)載的情況下，電流誤差不可超過10 %。

1.2 CT的10 %誤差曲線

圖2為CT的10 %誤差曲線，是指當(dāng)CT變比誤差為10 %時(shí)，一次電流倍數(shù)m與二次負(fù)載Z的關(guān)系曲線。因CT鐵芯具有一定限度的導(dǎo)磁能力，鐵芯未飽和時(shí)，CT的二次電流隨一次電流按線性變化；二次電流不斷增大時(shí)，其二次電動(dòng)勢必然會(huì)升高，導(dǎo)致鐵芯飽和。此時(shí)，一次電流中有大部分的電流通過勵(lì)磁支路，形成勵(lì)磁電流而不能正確地傳變到二次側(cè)。當(dāng)系統(tǒng)有短路故障時(shí)，CT的一次電流與二次電流間不再是直線關(guān)系。

圖2中CT的10 %誤差曲線與其二次負(fù)載及一次電流的大小相關(guān)。對于給定的CT，可以利用10 %誤差曲線計(jì)算通過一次側(cè)的短路電流與額定電流的比，從而確定倍數(shù)m1，再從10 %誤差曲線上找出與該m1相對應(yīng)的二次負(fù)載阻抗Zr。當(dāng)實(shí)測二次負(fù)載阻抗Z＜Zr時(shí)，說明CT的變比誤差小于10 %，繼電保護(hù)裝置能可靠動(dòng)作；當(dāng)實(shí)測二次負(fù)荷Z＞Zr時(shí)，說明CT的變比誤差超過10 %，對繼電保護(hù)裝置動(dòng)作的正確性會(huì)有較大的影響。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生短路時(shí)，需CT能夠正確地反映一次側(cè)的電流，因此重要保護(hù)裝置用的CT都必須滿足10 %誤差曲線的要求。

圖2 CT的10 %誤差曲線

2 CT混用產(chǎn)生的問題及對縱差保護(hù)的影響

2.1 CT混用產(chǎn)生的問題

保護(hù)用CT主要與繼電保護(hù)裝置相配合，在發(fā)生短路等故障時(shí)，能夠向繼電裝置發(fā)出信號(hào)以切除故障回路，從而保護(hù)電網(wǎng)的安全；其工作條件與測量用CT完全不同。測量用CT在正常的一次電流工作范圍內(nèi)只要有合適的準(zhǔn)確度即可；當(dāng)一次設(shè)備通過短路電流時(shí)，希望CT能盡早飽和，以保護(hù)測量儀表免受短路電流的損害；而保護(hù)用CT要在流過比正常電流大幾倍到幾十倍的電流時(shí)方可開始工作，要求其誤差(比值和角誤差)在誤差曲線范圍內(nèi)。因保護(hù)用CT和測量用CT的準(zhǔn)確級(jí)及飽和特征不一致，若CT的測量繞組與保護(hù)繞組接錯(cuò)時(shí)，將帶來諸如保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)及損害測量儀表等問題。

圖3為同一CT的保護(hù)和測量繞組一、二次電流的關(guān)系曲線。曲線1、曲線2分別為5P20級(jí)保護(hù)用繞組及0.2S級(jí)測量用繞組的一、二次電流關(guān)系曲線。其中測量用CT的工作范圍在UV段，保護(hù)用CT的工作范圍在XY段(即短路電流情況下的工作范圍)。

圖3 CT測量與保護(hù)繞組中一、二次電流關(guān)系

(1) 若將CT 0.2S級(jí)測量用繞組當(dāng)作5P20級(jí)保護(hù)用繞組使用，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，因測量用CT的儀表保護(hù)系數(shù)的限制，該繞組迅速達(dá)到飽和狀態(tài)。鐵芯飽和后，二次電流不再隨一次電流的變化而變化，從而無法正確反應(yīng)一次電流的實(shí)際變化情況，可能使保護(hù)拒動(dòng)，導(dǎo)致事故擴(kuò)大。

(2) 若將CT 5P20級(jí)保護(hù)用繞組當(dāng)作0.2S級(jí)測量用繞組使用，在正常運(yùn)行條件下，由于保護(hù)用繞組在其二次額定電流下對誤差要求不高，會(huì)導(dǎo)致測量用的CT誤差增大；當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)用繞組的鐵芯不易達(dá)到飽和，二次電流會(huì)不斷隨著一次電流增大，最終會(huì)損壞測量用的二次設(shè)備。

(3) 若將CT的0.2S級(jí)測量用與5P20級(jí)保護(hù)用二次繞組當(dāng)作TPY級(jí)繞組使用，將會(huì)導(dǎo)致具有暫態(tài)特性的保護(hù)不能正常工作，會(huì)產(chǎn)生誤判或者誤測量，從而使保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)。

2.2 對縱差保護(hù)的影響

線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的單相接線如圖4所示。圖4中，在線路外部發(fā)生短路故障時(shí)，盡管線路兩側(cè)的一次電流相等(即),但是當(dāng)線路兩側(cè)(即A，B兩側(cè))CT誤差存在或者線路兩側(cè)的保護(hù)特征不一致時(shí)，線路差動(dòng)回路中會(huì)產(chǎn)生較大的不平衡電流，從而影響差動(dòng)保護(hù)的靈敏性。圖4中，假設(shè)A側(cè)的CT不滿足10 %誤差要求，當(dāng)在d處發(fā)生短路故障時(shí)，由于短路電流中含有大量的非周期分量，導(dǎo)致線路A側(cè)CT的鐵芯迅速飽和，使得A側(cè)CT的勵(lì)磁電流遠(yuǎn)大于B側(cè)，造成繼電器線圈中的電流比正常運(yùn)行時(shí)增大了很多，從而影響縱差保護(hù)動(dòng)作的正確性，甚至造成保護(hù)誤動(dòng)。

圖4 線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的單相接線

比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)的判據(jù)為：

當(dāng)Iz≤Iz.0時(shí)，

當(dāng)Iz＞Iz.0時(shí)，

其中：Id為差動(dòng)電流，Iz為制動(dòng)電流，為CT二次側(cè)兩側(cè)的電流相量，Idz.0為最小動(dòng)作電流，Iz.0為最小制動(dòng)電流，Kz為差動(dòng)保護(hù)的斜率。

若線路兩側(cè)保護(hù)用CT的飽和特征不同，在外部故障、空投變壓器或切除故障電壓恢復(fù)的暫態(tài)過程中，線路中存在大量非周期分量與諧波分量，使得CT二次側(cè)各端電流之和不等于0，造成差動(dòng)電流 Id增大，因CT嚴(yán)重飽和致使制動(dòng)電流減小，這就是造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的根本原因。因此，對CT進(jìn)行10 %誤差曲線校核顯得尤為重要。

3 實(shí)例分析

圖5為該電網(wǎng)330 kV變電站110 kV側(cè)所接金泰光伏電站的系統(tǒng)單線結(jié)構(gòu)。發(fā)生事故前運(yùn)行方式為：1129灣泰線路兩側(cè)開關(guān)在合位，即1129灣泰線路及金泰光伏電站110 kV母線帶電。2014-06-19T09:06，金泰光伏電站合上1號(hào)主變1101開關(guān)向主變充電，此時(shí)1129灣泰線路兩側(cè)開關(guān)的光纖縱差保護(hù)動(dòng)作，開關(guān)跳閘，330 kV變電站側(cè)1129灣泰開關(guān)重合成功(金泰光伏電站1129泰灣開關(guān)重合閘未投)。1號(hào)主變無任何保護(hù)動(dòng)作，1號(hào)主變1101開關(guān)在合位。

圖5 系統(tǒng)單線結(jié)構(gòu)

經(jīng)檢查1129灣泰線路的三相電壓正常，無故障分量。由當(dāng)時(shí)的運(yùn)行方式可知，金泰光伏電站1號(hào)主變也無故障發(fā)生。

由金泰光伏電站1129泰灣開關(guān)保護(hù)裝置的電流故障錄波可知，金泰光伏電站合上1號(hào)主變1101開關(guān)后，線路三相均有電流，且偏向時(shí)間軸一側(cè)，有明顯的間斷，符合勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)。這說明金泰光伏電站合1號(hào)主變1101開關(guān)時(shí)，產(chǎn)生了較大的勵(lì)磁涌流。通過分析電流故障錄波器數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，勵(lì)磁涌流中含有非周期分量及大量的高次諧波，非周期分量使得1129泰灣線路側(cè)的CT三相出現(xiàn)了不同程度的飽和，其波形為半波和鋸齒波，而以1129泰灣線路側(cè)的B相CT飽和尤為嚴(yán)重。

基于以上分析，工作人員對線路進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)1129泰灣線路CT二次側(cè)保護(hù)回路與測量回路二次線接錯(cuò)。金泰光伏電站1129泰灣線路保護(hù)用CT的準(zhǔn)確級(jí)為5P，測量用CT的準(zhǔn)確級(jí)為0.2S。在空投1號(hào)主變時(shí)，所產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流造成1129泰灣線路測量用CT迅速飽和。通過相關(guān)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)1129灣泰線路的光差回路的差流為2.73 A，該值大于差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流的整定值(2.5 A)，導(dǎo)致1129灣泰線路的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

綜上所述，造成1129灣泰線路差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的主要原因是：金泰光伏電站誤將1129泰灣線路測量用的CT當(dāng)做保護(hù)用的CT，當(dāng)空投變壓器產(chǎn)生了較大的勵(lì)磁涌流時(shí)，勵(lì)磁涌流中非周期分量使得1129泰灣CT(金泰光伏電站側(cè))發(fā)生嚴(yán)重飽和；因1129灣泰線路兩側(cè)CT的飽和特性不一致，造成1129灣泰線路光差回路中存在較大的差流，其差流超過整定值，引起保護(hù)誤動(dòng)。

4 結(jié)束語

通過對某電網(wǎng)一起典型事故的分析，深入剖析了保護(hù)用CT與測量用CT混用對線路差動(dòng)保護(hù)的影響。CT飽和引起的電流畸變會(huì)在差動(dòng)回路中產(chǎn)生較大的差流，引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，特別在線路兩側(cè)CT飽和特性不同時(shí)尤為嚴(yán)重。為了防止因電流互感器混用等原因?qū)е虏顒?dòng)回路不平衡電流增大，在CT投入使用時(shí)，必須對其做10 %誤差校核，以避免CT混用等情況。差動(dòng)保護(hù)所用的CT必須滿足10 %誤差曲線的要求。

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3 李瑞生，路光輝，王 強(qiáng)．用于線路差動(dòng)保護(hù)的電流互感器保護(hù)判據(jù)[J]．電力自動(dòng)化設(shè)備，2004，24(4)：70-73.

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泰州換流站1 100 kV交流濾波器組斷路器一次帶電成功——我國特高壓交流開關(guān)技術(shù)取得突破

日前，錫盟—泰州±800 kV特高壓直流工程泰州換流站交流場建成投運(yùn)。1 100 kV交流濾波器組斷路器一次帶電成功，性能優(yōu)異、運(yùn)行可靠，實(shí)現(xiàn)重大技術(shù)突破，是我國高壓開關(guān)領(lǐng)域取得的又一重要?jiǎng)?chuàng)新成果。錫盟—泰州工程是世界上首個(gè)分層接入500 kV及1 000 kV交流電網(wǎng)的特高壓直流工程，輸送容量高達(dá)1 000萬kW，需大量使用特高壓交流斷路器用于濾波器組投切，容性電流開斷要求苛刻，恢復(fù)電壓高達(dá)2 900 kV，特別是要承受每年近1 000次的頻繁投切操作考驗(yàn)，對電壽命要求極高，國內(nèi)外沒有先例。

國家電網(wǎng)公司對此高度重視，組織中國電力科學(xué)研究院、西安西電高壓開關(guān)有限責(zé)任公司、河南平高電氣股份有限公司、西安高壓電器研究院有限責(zé)任公司等國內(nèi)科研、設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)單位聯(lián)合攻關(guān)，確定了敞開式4斷口串聯(lián)的技術(shù)方案，解決了高電氣壽命滅弧室研制、機(jī)械操作穩(wěn)定性保障、新型絕緣材料開發(fā)、新型試驗(yàn)與檢測技術(shù)開發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)難題。去年7月，西安西電高壓開關(guān)有限責(zé)任公司率先完成首臺(tái)樣機(jī)制造，通過了全面嚴(yán)格的試驗(yàn)驗(yàn)證，機(jī)械操作壽命超過10 000次，可無檢修可靠投切3 000—5 000次，滿足安全可靠運(yùn)行需要。樣機(jī)大量采用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝和新方法，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

（來源：國家電網(wǎng)公司網(wǎng)站 2017-06-19）

2016-09-14；

2017-04-27。

唐蘭蘭(1985—)，女，工程師，主要從事電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行方面的工作，email：272828723@qq.com。

葉君玲(1987—)，女，工程師，主要從事電網(wǎng)運(yùn)行方面的工作。

羅永杰(1984—)，男，工程師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)方面的工作。