電流互感器飽和引起的光纖縱差保護誤動分析

【摘 要】本文介紹一起由于單側電流互感器飽和引起的光纖差動保護誤動事故，通過對保護誤動原因的查找、分析，提出了減少電流互感器二次傳變誤差，改善光纖差動保護電流二次回路的測量誤差的方法，以提高光纖差動保護的正確動作率。

【關鍵詞】電流互感器；光纖差動保護；TA飽和；保護誤動

0.引言

近年來，隨著通信光纖的不斷普及，光線差動保護憑借著出色的保護原理和可靠性，逐漸的成為了我國線路保護的主流配置之一。光纖差動保護由于采用將各相交流采樣值、開關量等信息傳至對側，通過兩側各相電流采樣值的計算、電壓、開入量等信息的對比，來判斷保護的動作與否。因此，這種分相差動保護原理簡單、動作時間短、保護動作行為可靠，無論在中性點直接接地系統，還是在中性點不接地系統的線路保護中均廣泛使用。

光纖差動保護雖然有上述的優點，但卻對電流互感器的電流一次、二次傳變特性要求較高。和以往保護不同的是，本側光纖差動保護中所使用的電流互感器不僅要滿足各種測量誤差外，線路對側使用的電流互感器也要和本側使用的互感器傳變特性一致。本文介紹一起由于單側電流互感器飽和引起的光纖差動保護誤動事故，通過對保護誤動原因的查找、分析，提出了減少電流互感器二次傳變誤差，改善光纖差動保護電流二次回路的測量誤差的方法，以提高光纖差動保護的正確動作率。

1.故障實例

2009年8月19日8時50分，（圖1）某220KV變電站A 110KV線路II遭受雷擊。線路II保護零序I段動作，開關跳閘，重合成功，故障選相為B相。線路I的光纖差動保護動作，開關跳閘，重合成功，選相為C相。線路I對側110KV變電站B中，線路I光纖差動保護動作，開關跳閘，重合成功，選相為C相。

由于當日天氣異常，雷雨交加，同一時刻兩條110KV線路跳閘、重合成功，并且選相不同，因此未能引起值班人員的重視。但事后對線路I進行巡線并未找到故障點。對線路I兩側變電站進行故障報文提取后發現，保護裝置采樣B相電流遠大于A、C兩相，初步判斷為線路I區外B相故障引起的光纖差動保護誤動作。

2.故障分析

通過對比線路I兩側保護動作報文波形（圖2、圖3），我們可以發現兩側保護的報文中B相電流明顯最大，由于故障電流的零序分量的疊加，非故障相A、C兩相電流比故障前有所增加是可以理解的。220KV變電站A線路I保護報文中，3I0滯后3U0，且小于1/4個周波（小于90度）。根據接地故障原理分析，應為A變側線路I的反向接地故障。110KV變電站B線路I保護報文中，3I0超前3U0，且大于1/4個周波（大于90度）。根據接地故障原理分析，應為B變側線路I的正向接地故障。因此，判斷為線路I光纖差動保護區外故障誤動作。這樣的結論也同樣滿足同一時刻，A站中線路II發生B相故障的錄波波形。

目前，引起光纖差動保護誤動常見的有如下幾個原因：

1）電流互感器二次極性接反，電流二次回路接線錯誤。

2）電流互感器與保護間二次中性線開路或兩點接地。

3）外界共模干擾等原因引起的不平衡電流。

4）電流互感器飽和、一次、二次傳變特性不一致。

那么是什么原因導致的線路I兩側光纖差動保護的誤動，并且選相為C相呢？帶著這樣的疑問，筆者分別到A、B兩個變電站對現場保護裝置、二次電纜、端子箱、電流互感器等部位進行了檢查。運行中，負荷較大的情況下（二次電流0.6A），線路I兩側保護裝置顯示的差流只有幾個毫安，這樣基本排除了二次回路接線錯誤的問題。對現場二次回路檢查也未發現電流二次回路中性點兩點接地、開路的情況。而且，現場電流二次電纜使用的屏蔽電纜，并且屏蔽層兩點接地，均符合反措要求。

通過上述工作，我們把調查的重點放到了TA飽和及TA傳變特性不一致方面上。結合廠家人員調取的保護裝置內部錄波圖形放大、對比后，我們發現線路I變電站A側電流二次錄波中，B、C相電流明顯發生畸變，都發生不同程度的飽和（圖4）。變電站B側電流波形基本良好，但含有一些直流分量，以C相為最大（圖5）。

從圖4、圖5兩側故障電流、電壓波形來看，故障相為B相。從兩側電流波形相位看，B相流過穿越性電流，所以是區外B相故障。

線路I使用的RCS943型微機光纖差動保護，裝置中差動保護采用較高的制動系數和自適應浮動制動門檻。現將線路I兩側保護裝置錄波進行合成（圖6），從圖6差動電流和制動電流幅值關系來看（實線為差動電流、虛線為制動電流），故障過程中，A相差動電流始終小于0.75倍制動電流，B相差動電流始終小于0.75倍制動電流，所以A、B相差動方程不滿足。但在保護起動后30ms至48ms之間（對應圖6中采樣點85至105之間），C相差動電流大于0.75倍制動電流，并且C相差動電流大于差動高定值，所以穩態差動I段C相動作。

3.對策與措施

近年來，由于區域電網的不斷發展，具有小火電、小水電以及風力發電的電源聯絡線不斷增加，并且其線路保護也逐步更換為光纖差動保護。而上述線路在發生故障時，常常存在較大的直流分量等因素，一旦電流互感器發生飽和，對于保護裝置的正確動作考驗是不言而喻的。尤其，三端光差保護的應用，使得上述問題更加突出。面對這樣的情況，應采取有效措施，最大限度的避免保護裝置的誤動行為。

（1）線路兩側（或三側）盡量采用同一廠家、同一型號及參數、同一時期生產的電流互感器。

目前我國互感器廠家眾多，不同廠家生產的互感器產品質量良莠不齊。由于制造工藝、生產流程、采用的原材料等因素的不同，在極端惡劣的故障情況下，TA傳變特性極有可能出現不完全一致的情況，必然導致降低保護裝置正確動作的可靠性。

（2）定期對電流互感器（尤其保護卷）做TA特性試驗及抗飽和試驗，并比較兩側（或三側）TA傳變特性的一致性。

以往大多數供電公司由于試驗手段、設備等原因，對電流互感器保護卷的特性試驗并不重視，甚至只做計量卷的特性試驗，忽視其他卷的試驗。針對當前的情況，我們應加強對TA保護卷的傳變特性試驗手段和方法，尤其要對比線路兩側（或三側）的試驗數據，確保線路各側的電流互感器傳變特性一致。

（3）工程中，減少TA二次負載阻抗，使其滿足10%誤差曲線要求

目前，我們較常用的方法有增大二次電纜的截面；提高電流互感器變比等方法。但在工程中，施工單位往往由于某種原因，忽視對二次負載的測試工作，工程投產后，缺少相關數據，更不能進行10%誤差曲線的校核，這時完全不可取的。較小的TA二次負載能大大提高TA的傳變特性和抗飽和的能力。

（4）對于地方電廠和用戶變電站中也應嚴格執行反措要求，并定期檢查。

多年來，在系統側變電站大修、技改及基建施工中較為規范，而在一些地方電廠、小水電、風電和一些用戶變電站中，施工質量參差不齊。往往出現中性線開路、兩點接地，屏蔽層接地不符合要求或沒有屏蔽層等現象，這些情況平常運行時不宜發現。當發生系統故障時，都會給保護裝置的安全運行帶來隱患。

4.結束語

光纖差動保護的使用大大提高了保護的可靠性、選擇性，同時使電網運行方式更加靈活，整定計算更加便捷。但該種保護對電流互感器、TA二次回路等設備的質量要求，也增加了保護的誤動幾率。上述措施，雖能降低保護誤動的可能，但面對未來復雜的電網發展，尤其對于數字化變電站、光互感器的投入使用，還需要我們不斷地探索、實踐，提高保護的正確動作率。 [科]

【參考文獻】

［１］王梅義.電網繼電保護應用.

［２］電力系統繼電保護及安全自動裝置反事故措施要點.