亓玉麗 康建振

（1.山東科技大學(xué) 山東 泰安 271019；2.山東魯能泰山電力設(shè)備有限公司，山東 泰安 271000）

1 110kV變壓器差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)實(shí)例

某110kV變電站，其接線(xiàn)為內(nèi)橋式接線(xiàn)，如圖1所示。

圖1 110kV變電站內(nèi)橋式接線(xiàn)示意圖

由于開(kāi)關(guān) 111 檢修， 開(kāi)關(guān) 112、134、201、202、301、302 運(yùn)行，由112進(jìn)線(xiàn)帶全站負(fù)荷。在110kV側(cè)3#母線(xiàn)發(fā)生短路，1#變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，同時(shí)2#變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，導(dǎo)致全站停電。什么原因?qū)е?#變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)呢？通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，外部故障時(shí)，一次故障電流太大使電流互感器（CT）飽和，同時(shí)由于構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)的兩個(gè)電流互感器特性不一致，在差動(dòng)回路中產(chǎn)生了很大的差流，超過(guò)整定值，導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。由此例可見(jiàn)，電流互感器對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響很大。電流互感器的正確選擇與使用，直接關(guān)系到測(cè)量的準(zhǔn)確性和保護(hù)動(dòng)作的可靠性?，F(xiàn)就電流互感器對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響作一概述。

2 電流互感器對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響及防范措施

2.1 CT飽和對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響及防范措施

2.1.1 影響

繼電保護(hù)裝置采集電流互感器CT的二次側(cè)電流來(lái)反映一次側(cè)電流的變化情況，只有完全正確的反映，保護(hù)裝置才能按整定原則與要求正確動(dòng)作。若CT飽和，其傳變特性不能完全反映一次電流的變化而發(fā)生畸變，會(huì)影響保護(hù)裝置采集的數(shù)據(jù)。近距離區(qū)外故障時(shí)，產(chǎn)生的穿越短路電流大、故障電流中的非周期分量、CT鐵心中剩磁的存在等原因，可能會(huì)使CT飽和。另外變壓器保護(hù)高低壓側(cè)CT的飽和狀態(tài)和飽和程度不成正比，會(huì)產(chǎn)生較大的差流，造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

2.1.2 防范措施

1）主變保護(hù)CT變比適度增大。一次電流越大，鐵芯飽和越嚴(yán)重，提高電流互感器變比，實(shí)際上減小了外部最大短路電流的倍數(shù)，可以降低電流互感器的飽和程度。

2）改善電流互感器特性，使用差動(dòng)繼電器專(zhuān)用（D級(jí)）的電流互感器，且盡量使差動(dòng)保護(hù)高低壓側(cè)CT的特性一致。

3）減小二次負(fù)載。CT的負(fù)載主要是二次電纜的阻抗，增大CT二次回路電纜芯線(xiàn)截面，可以減小CT二次回路的負(fù)載電阻。另外，將繼電保護(hù)裝置就地安裝，可以大大縮短二次電纜的長(zhǎng)度，從而減小二次回路的負(fù)載，這樣CT不易飽和。

另外，減小CT的二次額定電流，在負(fù)荷阻抗不變的情況下，會(huì)降低二次回路功耗，使CT不容易飽和。

4）采用抗飽和能力強(qiáng)的保護(hù)原理。針對(duì)CT飽和時(shí)制動(dòng)電流減小的特點(diǎn)，采用多折線(xiàn)比率制動(dòng)。小電流區(qū)域采用較小的制動(dòng)系數(shù)，大電流區(qū)域采用較大的制動(dòng)系數(shù)。當(dāng)CT飽和時(shí)，制動(dòng)量較大，動(dòng)作區(qū)域變小，可以防止區(qū)外故障時(shí)由于CT飽和引起的誤動(dòng)。

國(guó)內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)與生產(chǎn)廠家還廣泛采用諧波制動(dòng)法、時(shí)差法、附加穩(wěn)定區(qū)法等CT飽和識(shí)別的方案。

5）選用差動(dòng)CT時(shí)要進(jìn)行伏安特性實(shí)驗(yàn)。CT伏安特性是指電流互感器一次側(cè)開(kāi)路，二次側(cè)勵(lì)磁電流與所加電壓的關(guān)系曲線(xiàn)。CT伏安特性試驗(yàn)是考核保護(hù)級(jí)CT抗飽和性能的直觀方法。試驗(yàn)接線(xiàn)如圖2所示。

圖2 伏安特性試驗(yàn)接線(xiàn)圖

2.2.1 影響

1）二次側(cè)負(fù)載在短路電流下不能滿(mǎn)足CT10%誤差曲線(xiàn)的要求

如果不滿(mǎn)足CT10%誤差曲線(xiàn)的要求，CT的容量不足以滿(mǎn)足二次負(fù)荷的要求。外部故障時(shí)，短路電流過(guò)大將導(dǎo)致CT飽和。當(dāng)某個(gè)CT飽和時(shí)，其勵(lì)磁阻抗變得很小，一次側(cè)電流很難傳變到二次側(cè)，二次電流發(fā)生畸變?nèi)睋p，造成二次側(cè)電流不平衡，此時(shí)差動(dòng)保護(hù)將出現(xiàn)較大的差流，可能誤動(dòng)。

2）CT不同型號(hào)引起的誤差

如果差動(dòng)保護(hù)各側(cè)CT采用的型號(hào)不同，其結(jié)構(gòu)形式、飽和特性、勵(lì)磁電流（歸算到同一側(cè)）傳變特性等會(huì)不同。正常運(yùn)行情況下差動(dòng)回路中產(chǎn)生的不平衡電流較大，有可能影響差動(dòng)保護(hù)的正確動(dòng)作。

3）CT本身存在的誤差

差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)所用的電流互感器即使是型號(hào)相同、變比相同，其特性和剩磁也不可能完全相同。正常運(yùn)行時(shí)總有不平衡電流流過(guò)差動(dòng)繼電器。外部故障時(shí)由于短路電流過(guò)大而使不平衡電流增大，保護(hù)可能誤動(dòng)。

2.2.2 防范措施

為盡量減小電流互感器誤差產(chǎn)生的不平衡電流，差動(dòng)保護(hù)采用D級(jí)電流互感器。在配置電流互感器的二次負(fù)載時(shí)，要求按滿(mǎn)足10%誤差曲線(xiàn)來(lái)校驗(yàn)，并盡量使用同一廠家、同一型號(hào)的電流互感器。

2.2 電流互感器的誤差對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響及防范措施

2.3 CT二次回路斷線(xiàn)對(duì)變壓差動(dòng)保護(hù)的影響及防范措施

2.3.1 影響

電流互感器二次回路斷線(xiàn)是由于保護(hù)屏端子排的電流互感器接線(xiàn)螺絲松動(dòng)或接線(xiàn)斷線(xiàn)造成的。電流互感器二次回路斷線(xiàn)，則僅有一側(cè)的電流互感器二次電流流入差動(dòng)繼電器，差流變大，保護(hù)會(huì)誤動(dòng)。若此時(shí)內(nèi)部發(fā)生故障，則無(wú)電流流入差動(dòng)繼電器，保護(hù)將拒動(dòng)。

2.3.2 防范措施

1）在保護(hù)程序中進(jìn)行延時(shí)CT斷線(xiàn)報(bào)警，即當(dāng)任一相差流大于0.15Ie（Ie是變壓器的額定電流）的時(shí)間超過(guò)10s時(shí)發(fā)出CT斷線(xiàn)告警信號(hào)，但不閉鎖差動(dòng)保護(hù)。

2）在故障測(cè)量程序中進(jìn)行瞬時(shí)CT斷線(xiàn)閉鎖保護(hù)裝置出口。當(dāng)滿(mǎn)足保護(hù)起動(dòng)前某側(cè)最大相電流小于(0.1～0.2)Ie，或起動(dòng)后最大相電流大于(1.2～1.4)Ie，或起動(dòng)后任一側(cè)電流比起動(dòng)前增加時(shí)，不進(jìn)行CT斷線(xiàn)判別。當(dāng)某側(cè)電流同時(shí)滿(mǎn)足只有一相或兩相電流為零和其它兩相或一相電流與起動(dòng)電流相等時(shí)進(jìn)行CT斷線(xiàn)閉鎖判別。判斷為CT斷線(xiàn)后,閉鎖保護(hù)裝置出口。但必須在差動(dòng)元件進(jìn)行涌流判別后才進(jìn)行瞬時(shí)CT斷線(xiàn)判別程序，這樣可防止瞬時(shí)CT斷線(xiàn)的誤閉鎖[1]。

2.4 CT二次回路短路對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響及防范措施

實(shí)際中二次回路短路的情況并不少見(jiàn)，且危害嚴(yán)重。比如為了試驗(yàn)，將電流互感器二次側(cè)短接，試驗(yàn)后忘記解開(kāi)短接線(xiàn)，或沒(méi)有全部解開(kāi)；保護(hù)的交流插件沒(méi)有完全頂開(kāi)裝置端子的短路片；二次電纜絕緣破損等，都使電流互感器二次回路短路。短路后，故障相電流的幅值減小、相角發(fā)生偏轉(zhuǎn)，差動(dòng)回路中會(huì)產(chǎn)生差流，在大多數(shù)情況下保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)，但在重負(fù)荷或某些極端條件下可能誤動(dòng)，同時(shí)在故障時(shí)會(huì)錯(cuò)誤動(dòng)作[2]。

一般可以引入負(fù)序電流和負(fù)序電壓，既能檢測(cè)電流互感器二次回路短路，又能檢測(cè)電流互感器二次回路斷線(xiàn)[3]。

2.5 CT二次回路接線(xiàn)錯(cuò)誤對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響及防范措施

CT二次回路接線(xiàn)錯(cuò)誤可能會(huì)造成相序接錯(cuò)，如一側(cè)CT接入保護(hù)裝置的A、C相電流回路接反，另一側(cè)電流回路接線(xiàn)正確，則正常運(yùn)行及區(qū)外故障時(shí)，流過(guò)差動(dòng)回路B相的電流為零，而流過(guò)差動(dòng)回路A、C相的電流卻分別增大倍，這樣區(qū)外短路故障時(shí)，CT將感應(yīng)出較大的短路電流，差流也隨之增大，可能導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

要使差動(dòng)保護(hù)不誤動(dòng)，必須保證CT二次回路接線(xiàn)正確，使差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)CT的二次電流相位相差180°。這樣區(qū)內(nèi)故障時(shí)，兩側(cè)CT的二次側(cè)電流相位相同，流入差動(dòng)回路中的電流為兩側(cè)電流之和，保護(hù)可靠動(dòng)作；而正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，差動(dòng)回路流過(guò)的電流接近為零，保護(hù)不動(dòng)作。

2.6 CT的極性問(wèn)題對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響及防范措施

差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作與否不僅與電流大小有關(guān)系，也和電流互感器的極性有關(guān)系。所謂極性，即鐵芯在同一磁通作用下，一次線(xiàn)圈和二次線(xiàn)圈感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，其中兩個(gè)同時(shí)為高電位或同時(shí)為低電位的一端稱(chēng)為同極性端。對(duì)電流互感器而言，一般采用減極性法來(lái)標(biāo)定同名端，即先任意選定一次線(xiàn)圈的一端作始端，當(dāng)一次線(xiàn)圈電流i1瞬時(shí)由始端流進(jìn)時(shí)，二次線(xiàn)圈電流i2流出的一端稱(chēng)為二次線(xiàn)圈的始端，這種符合瞬時(shí)電流關(guān)系的兩端稱(chēng)為同極性端。

當(dāng)任何一側(cè)的相線(xiàn)CT極性接反，其中一側(cè)(或兩側(cè))的電流相量反相，正常運(yùn)行時(shí)，即形成所謂“和接線(xiàn)”（即兩側(cè)對(duì)應(yīng)的電流不是相差180°，而是同相位），導(dǎo)致執(zhí)行元件上產(chǎn)生很大的差壓，從而正常運(yùn)行及外部故障時(shí)無(wú)論單側(cè)電源或雙側(cè)電源，差動(dòng)保護(hù)均引起誤動(dòng)。而內(nèi)部故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)可能拒動(dòng)。

因此，保證電流互感器二次極性接線(xiàn)正確尤為重要。變壓器差動(dòng)保護(hù)在投運(yùn)前要嚴(yán)格檢查接入保護(hù)裝置的電流互感器二次接線(xiàn)的極性，確保變壓器差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作。

2.7 電流互感器的二次回路接地點(diǎn)對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響及防范措施

電流互感器的二次回路有且只能有一點(diǎn)接地，其原因是為了人身和二次設(shè)備的安全，并防止保護(hù)誤動(dòng)。如果電流互感器的二次回路沒(méi)有接地點(diǎn)，接在電流互感器一次側(cè)的高電壓，將通過(guò)互感器一、二次線(xiàn)圈間的分布電容和二次回路的對(duì)地電容形成分壓，將高電壓引入二次回路，其值取決于二次回路對(duì)地電容的大小。如果電流互感器二次回路有了接地點(diǎn)，則二次回路對(duì)地電容將為零，則引入二次回路的電壓為零，從而保證安全。工程實(shí)踐中，常常由于人為接線(xiàn)錯(cuò)誤或電纜絕緣老化等原因，造成接入變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置的電流互感器二次回路多點(diǎn)接地，以致引發(fā)保護(hù)誤動(dòng)事故[4]。

因此，電流互感器的二次回路必須有且只有一個(gè)接地點(diǎn)，應(yīng)在配電裝置附近經(jīng)端子排接地。對(duì)于幾組電流互感器聯(lián)接在一起的保護(hù)裝置，應(yīng)在保護(hù)屏上經(jīng)端子排接地。

3 結(jié)束語(yǔ)

電流互感器對(duì)于差動(dòng)保護(hù)的影響是不容忽視的，配置變壓器差動(dòng)保護(hù)時(shí)應(yīng)正確選擇和使用電流互感器，在維護(hù)和檢修各個(gè)環(huán)節(jié)中嚴(yán)格按照規(guī)程操作，防止因電流互感器選型不當(dāng)、接線(xiàn)錯(cuò)誤、極性錯(cuò)誤等原因而造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

［1］蔡桂龍,唐云.變壓器差動(dòng)保護(hù)電流互感器二次回路斷線(xiàn)閉鎖分析[J].繼電器2001,29(8).

［2］郭自剛，稅少洪.電流互感器二次回路短路導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作機(jī)理分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2013,37(2).

［3］楊立璠,常寶波.電流互感器二次側(cè)短路故障分析及對(duì)策[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2003,23(12):32-33.

［4］楊燕霞.電流互感器二次回路兩點(diǎn)接地引起保護(hù)誤動(dòng)原因分析[C]//2011年云南電力技術(shù)論壇論文集(入選部分).