金恩淑，楊 健，張有才，趙 越，李全杰

(1.東北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院，吉林 吉林132012;2.華能長春第四熱電廠，長春130216)

在T型線路中，由于外部故障流過互感器的電流過大，會引起電流互感器(CT)的飽和，造成二次電流發(fā)生畸變。CT飽和引起的傳變誤差給繼電保護(hù)帶來了很不利的影響［1］，尤其是目前廣泛應(yīng)用的電流差動保護(hù)，會嚴(yán)重影響其動作的可靠性。因此CT飽和是研究T型線路電流差動保護(hù)時必須考慮的一個問題［2］。

異步法是基于內(nèi)部故障時差動電流ΔId幅值的上升與制動電流ΔIr幅值的上升基本同步，而外部故障時差動電流ΔId幅值的上升明顯滯后于制動電流ΔIr幅值的上升的原理［3］，即使在CT飽和情況下也能準(zhǔn)確判別出內(nèi)部故障和外部故障。目前，異步法只被應(yīng)用在母線、發(fā)電機(jī)及變壓器的差動保護(hù)中，還沒有應(yīng)用于T型線路里。

本文分析了現(xiàn)有的T型線路故障分量電流差動保護(hù)的方法，基于異步法的原理，利用發(fā)生內(nèi)、外部故障時差動電流和制動電流異步變化的規(guī)律，來判別內(nèi)部故障和外部故障，在外部故障情況下閉鎖差動保護(hù)，以避免由CT飽和而引起的保護(hù)誤動作。

1 CT飽和特性

如圖1所示為CT等效電路模型圖，其中u1、i1為CT一次電壓和電流，u2、i2為折算后的二次電壓和電流，um、im為勵磁電壓和電流，uL、iL為負(fù)載ZL上的電壓和電流，Z1、Z2分別為一二次繞組阻抗，Zm為勵磁阻抗。

圖1 CT等效電路模型

CT是一個具有鐵芯的非線性元件。當(dāng)鐵芯不飽和時，Zm的數(shù)值很大且基本不變，勵磁電流im很小，近似地認(rèn)為勵磁支路開路，此時可認(rèn)為一次電流i1和二次電流i2成正比且誤差很小［4］。當(dāng)接有互感器的一次主回路發(fā)生短路故障時，較大的故障電流即一次電流i1容易使CT發(fā)生飽和，Zm下降，勵磁電流im增大，導(dǎo)致二次電流i2不能準(zhǔn)確傳變一次電流i1，一、二次電流之間的誤差增大，從而影響繼電保護(hù)裝置的正常工作［5］。

2 T型線路的電流差動保護(hù)

圖2所示線路是典型的T型線路，其中m、n、p表示T型線路的三端，k1、k2是發(fā)生內(nèi)、外部故障時的故障點。

用Δm、Δn、Δp分別表示由m、n、p三端流向故障點的故障分量電流，用Δmax表示三個電流中幅值最大者，另外兩個電流矢量和用ΔΣ表示。

圖2 T型線路圖

目前，最常用的基于故障分量電流差動保護(hù)的傳統(tǒng)判據(jù)如下:

式(1)為輔助判據(jù)，al是動作門檻值，其目的是為了防止線路充電或穩(wěn)態(tài)情況下裝置誤動作而引起的跳閘。式(2)為比率制動判據(jù)，用于判斷保護(hù)是否跳閘，取其制動系數(shù)0＜K＜1，不等號的左邊和右邊分別為差動電流ΔId和制動電流ΔIr。

當(dāng)發(fā)生外部故障CT飽和時，式(2)中的差動電流ΔId將增大，保護(hù)可能會誤動作。雖然增大制動系數(shù)K值可以提高保護(hù)動作的可靠性，但其增大的幅度有限，并且隨著制動系數(shù)K的增大會降低差動保護(hù)內(nèi)部故障的靈敏性。由此可見，若要防止外部故障由于CT飽和引起的差動保護(hù)誤動作，僅依靠比率制動是不夠的［5］。因此，本文將異步法應(yīng)用于T型線路的電流差動保護(hù)中，以判別內(nèi)部故障和外部故障。

3 異步法在T型線路電流差動中的分析

3.1 異步法的判據(jù)

異步法的判據(jù)如式(3)和式(4)所示:

式中，Ith1、Ith2為檻值。

若式(3)經(jīng)小延時(通常取5 ms)后滿足式(4)，則判別為外部故障，反之為內(nèi)部故障。若判別出是外部故障后則閉鎖差動保護(hù)。

將如式(3)和式(4)所示的異步法判據(jù)應(yīng)用到T型線路的電流差動保護(hù)中進(jìn)行分析。

3.2 外部故障a相短路

圖3所示為外部故障時a相的差動電流和制動電流波形圖。

圖3 外部故障a相短路

由圖3(a)可見，外部故障CT未飽和時，差動電流ΔId很小，小于制動電流ΔIr，保護(hù)能正確不動作;當(dāng)飽和時如圖3(b)所示，在故障時刻到CT達(dá)到飽和前差動電流ΔId仍很小，一旦達(dá)到飽和后才會迅速增大，當(dāng)其大于了K倍的制動電流ΔIr時，保護(hù)可能會誤動作，其局部放大如圖4所示。

圖4 局部放大圖

由圖4可以看出，ΔId幅值的上升明顯滯后于ΔIr幅值的上升。

3.3 內(nèi)部故障a相短路

圖5所示為內(nèi)部故障時a相的差動電流和制動電流波形圖。

圖5 內(nèi)部故障a相短路

由圖5(a)可見，內(nèi)部故障CT未飽和時，差動電流ΔId很大，大于K倍的制動電流ΔIr，保護(hù)能正確動作;當(dāng)CT飽和時如圖5(b)所示，雖然差動電流ΔId會減小，但也仍大于K倍的制動電流ΔIr，保護(hù)仍能正確動作。其局部放大圖如圖6所示。

圖6 局部放大圖

由圖6可以看出，ΔId幅值的上升與ΔIr幅值的上升基本同步。

4 仿真驗證

利用PSCAD(EMTDC)搭建如圖1所示的500 KV仿真系統(tǒng)，取Ith1=0.1，Ith2=0.6。

事例1:外部故障。

圖7是a相短路接地且CT未飽和的動作情況，圖中依次給出了a相的差動電流ΔId及制動電流ΔIr，比率制動“87R”，制動信號“87BL”及跳閘“Trip”的波形。由圖可見，“87R”不動作，即使基于異步法原理，可判別為外部故障，“87BL”會發(fā)出制動信號，但“Trip”也正確不動作。

圖8是a相短路接地且CT飽和的動作情況，由圖可見，“87R”在207 ms時動作，ΔId在202 ms時值為0.06小于Ith1，經(jīng)5 ms延時后即207 ms時ΔIr值為0.774 8大于Ith2，基于異步法原理，可判別為外部故障，“87BL”在207 ms發(fā)出制動信號，“Trip”正確不動作。

事例2:內(nèi)部故障。

圖9是a相短路接地且CT未飽和的動作情況，由圖可見，“87R”在201 ms動作，ΔId在201 ms時值為0.44小于Ith1，經(jīng)5 ms延時后即206 ms時ΔIr值為0.548 4小于Ith2，基于異步法原理，可判別為內(nèi)部故障，“87BL”未發(fā)出制動信號，“Trip”正確動作。

圖10是a相短路接地且CT飽和的動作情況，由圖可見，“87R”在201 ms動作，ΔId在201 ms時值為0.44小于Ith1，經(jīng)5 ms延時后即206 ms時ΔIr值為0.196 7小于Ith2，基于異步法原理，可判別為內(nèi)部故障，“87BL”未發(fā)出制動信號，“Trip”正確動作。

圖7 外部故障CT未飽和

圖8 外部故障CT飽和

圖9 內(nèi)部故障CT未飽和

圖10 內(nèi)部故障CT飽和

5 結(jié) 論

本文將異步法應(yīng)用到T型線路中，利用差動電流ΔId和制動電流ΔIr出現(xiàn)的相互關(guān)系，明確地判別出T型線路的內(nèi)部故障和外部故障。大量仿真表明，該方法既能在內(nèi)部故障時正確動作，也解決了外部故障因CT飽和導(dǎo)致的保護(hù)誤動的問題，確保了差動保護(hù)的可靠性。

［1］陳國清.淺析電流互感器飽和對繼電保護(hù)的影響及對策［J］.自動化技術(shù)與應(yīng)用，2007，26(10):115-116.

［2］雷振鋒，李旭，倪傳昆，等.關(guān)于T接線路差動保護(hù)應(yīng)用的特殊問題探討［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37(17):57-64.

［3］沈全榮，嚴(yán)偉，梁乾兵，等.異步法電力互感器飽和判別新原理及其應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)自動化，2005，29(16):84-86.

［4］李瑞生，路光輝，王強(qiáng).用于線路差動保護(hù)的電流互感器飽和判據(jù)［J］.電力自動化設(shè)備，2004，24(4):70-73.

［5］陳明世.關(guān)于電流差動保護(hù)的比率制動特性及CT飽和檢測［J］.電站設(shè)備自動化，2007，23(l):10-13.