電流互感器飽和引起越級跳閘動作分析及對策研究

陳曰印，刁守斌，袁杰，劉珍

（國網山東濟南市歷城區供電公司，濟南250001）

電流互感器飽和引起越級跳閘動作分析及對策研究

陳曰印，刁守斌，袁杰，劉珍

（國網山東濟南市歷城區供電公司，濟南250001）

結合一起10 kV線路因電流互感器（TA）飽和引起的越級跳閘事故，介紹TA的穩態飽和特性和暫態飽和特性，總結影響TA飽和的因素，分析電TA飽和對各種保護的影響，并提出了幾種應對TA飽和的措施。

電流互感器；越級跳閘；穩態飽和；暫態飽和

1 故障描述

2016-04-02，因某110 kV變電站的10 kV高而線002間隔出線發生短路，發生以下現象：1號主變壓器低后備保護過電流Ⅰ段Ⅱ時限動作，1號主變10 kV進線001開關跳閘；10 kVⅠ、Ⅱ分段母聯009開關過流Ⅰ段保護動作，開關跳閘；10 kVⅠ、Ⅱ段母線的饋線開關均無跳閘；10 kVⅠ段母線失壓。事后，通過對保護裝置保護動作及故障錄波分析，故障發生時短路電流達到電流互感器額定值的60倍左右，10 kV高而線保護裝置因電流互感器飽和而拒動。主變壓器低壓側接線如圖1所示。

圖1 主變壓器低壓側接線

2 電流互感器飽和分析

電流互感器飽和現象可分為穩態飽和和暫態飽和兩種。穩態飽和是由于大容量穩態短路電流引起的飽和；暫態飽和是由于短路電流中含有非周期分量和鐵芯存在剩磁而引起的飽和［1］。電力系統短路暫態過程中，短路電流中會有非周期分量存在，這將使短路電流產生偏移，導致電流互感器二次電流不對稱，將加速電流互感器的暫態飽和［2］。

2.1 暫態短路電流

高壓線路發生短路時，若一次系統空載，短路環路中阻抗角φ=90°，則電流互感器二次側電流歸算到一次側短路電流為［3］

一次系統發生短路瞬間，當短路電流初相角θ＝0時，非周期直流分量出現最大值，一次系統中的短路電流發生全偏移現象。取偏移系數cosθ＝1，則式（1）為

由此可得，系統發生短路后，短路電流中的非周期分量是按指數衰減的，這是引起暫態變化的最主要原因。Tp越大，θ越接近0，非周期分量的影響越大。

2.2 暫態二次電流

忽略電流互感器的鐵芯損耗以及一次繞組的漏抗和電阻，得

由式（3）可得暫態勵磁電流i0（t）為

式中：Tb為二次負載回路時間常數，；Ts為二次閉合回路時間常數，；φb為二次負載回路阻抗角，；δ為二次閉合回路阻抗角，。

通過式（4）可以得到，i0（t）勵磁電流i0（t）由4個分量組成。其中，ie1是周期分量；ie2和ie4為非周期自由分量，按Ts指數衰減；ie3為非周期強制分量，和一次非周期分量有關。t＝0時，ie1、ie2互相補償；ie3、ie4互相補償；ie2+ie3+ie4為總的非周期分量。

暫態二次電流為

由此得到，二次電流is（t）的第二、四分量分別與i0（t）的第二、四分量大小相等，方向相反，在二次閉合回路中形成環流。

綜上所述，影響電流互感器飽和的因素為：1）勵磁電流中非周期分量的衰減速度隨著一次系統時間常數的變大而減慢，一次時間常數越大，電流互感器飽和時間也越長；2）非周期分量在一次系統電流中占的比重越大，非周期分量在勵磁電流中的比重也越大，電流互感器飽和也便越嚴重；3）勵磁電流中的周期分量隨著電流互感器二次負載的增大而增大，因此，周期分量越大，電流互感器脫離飽和狀態越困難。

3 電流互感器飽和對各種保護的影響

系統發生短路故障時，電流互感器鐵芯達到飽和狀態，二次電流出現畸變，不能準確反映故障電流實際情況，繼電保護裝置因采不到準確的電流信息，從而無法對故障電流做出準確判斷，導致誤動或者拒動［4］。

3.1 對電流保護的影響

電流保護的判據為

式中：IJ為流入電流互感器的短路電流二次值；IP為保護裝置中的電流保護定值。

由式（6）可得，電流互感器飽和后，二次側等效動作電流IJ變小，將會引起保護拒動。電流速斷保護是僅反映于電流增大而瞬時動作的保護。本區10 kV高而線線路側發生兩相短路故障時，弧光引起三相短路，在短路電流中非周期分量很大，致使電流互感器發生暫態飽和，保護裝置采集到的短路電流將小于實際電流，達不到速斷保護動作值，保護發生拒動。

3.2 對差動保護的影響

電流互感器飽和后，差動電流和制動電流的測量值都會有變化，且其比值滿足差動保護動作條件，如果未采取任何穩定比率差動保護的措施，誤操作比率差動保護將會發生。

3.3 對距離保護的影響

輸電線路短路故障隨著用電負荷的增大而增加，當短路發生在線路末端時，短路電流較大，電流互感器鐵芯很容易飽和，畸變現象也會發生，因此距離保護繼電器無法避免會受到一定的影響。

4 應對電流互感器飽和的措施

限制短路電流。采用分列運行方式可以很好地限制短路電流，采用分段備投方式來提高分列運行時的供電可靠性。

增大保護級電流互感器的變比。以前，因為用電量不大，通常根據負荷大小來選擇電流互感器變比。隨著用電量的不斷增加，電流互感器的變比往往取決于用電線路可能出現的最大短路電流和互感器的負載能力與飽和倍數，適當增大保護級電流互感器的變比，可以有效避免電流互感器飽和。

減小電流互感器的二次負載。增大電流互感器二次容量，選用橫截面積較大的二次導線，如4 mm2導線；將繼電保護裝置進行就地安裝到開關柜，使用的二次電纜長度越短，那么二次電纜的阻抗就會越小，可以有效避免電流互感器飽和。

采用抗飽和能力強的繼電保護裝置。采用對電流飽和不敏感的保護原理或保護判據，或者采用對電流互感器飽和不敏感的數字式保護裝置，可增強電流互感器的抗飽和性能。

5 結語

主要分析電流互感器飽和特性，對電流互感器飽和對相關保護的影響進行總結，提出了幾種應對電流互感器飽和的措施，能有效減少供電系統正常運行過程中的電流互感器飽和現象，確保電網安全、穩定運行。

［1］畢大強，馮存亮，葛寶明.電流互感器局部暫態飽和識別的研究［J］.中國電機工程學報，2012，32（31）：24-27.

［2］景敏慧，孔蕭迪，覃松濤，等.P類電流互感器飽和原因分析及對策［J］.電力系統自動化，2007，31（21）：94-97.

［3］葉民.電流互感器飽和特性及對繼電保護的影響研究［D］.重慶：重慶大學，2007.

［4］黃莉，何奔騰.電流互感器飽和對距離保護的影響［J］.繼電器，2004，32（12）：16-21.

［5］陳建玉，孟憲民，張振旗，等.電流互感器飽和和對繼電保護影響的分析及對策［J］.電力系統自動化，2000，24（6）：54-56.

陳曰印（1987），工程師，從事變電檢修方面工作。

Analysis and Countermeasures of the Tripping Action Caused by Current Transformer Saturation

CHEN Yueyin，DIAO Shoubin，YUAN Jie，LIU Zhen
（State Grid Licheng Power Supply Company，Jinan 250001，China）

The steady state saturation and transient saturation characteristics of the current transformer are introduced，combined with the tripping accident caused by current transformer saturation in 10 kV line，Influence factors of saturation are summarized，influences of current transformer saturation on all kinds of protection are analyzed，and several methods to deal with the saturation are put forward.

current transformer；override trip；steady state saturation；transient saturation

TM771

B

1007-9904（2016）12-0046-03

2016-10-11