電流互感器斷線對電流差動保護的影響及對策研究

林杰

摘 要：電流差動保護作為高壓電網的主保護，其動作的可靠性對維持電網運行的安全性和穩定性至關重要。詳細分析了電流互感器（TA）斷線對差動保護的影響機理，闡述了在系統正常運行、發生故障和斷線時，三相電流幅值的變化特征，最后提出了一種基于電流幅值變化的識別TA斷線方法，用以防止保護誤動。仿真實驗結果驗證了結論的正確性。

關鍵詞：電流差動保護；電流互感器；電流幅值；斷線識別

中圖分類號：TM774+.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.094

電流互感器（TA）能為電力系統的保護和控制提供測量信息，所以，TA的正常運行是維持電力系統穩定運行的必備條件之一。現階段，TA對電力系統保護的影響主要集中在2個層面：TA飽和以及斷線。其中，TA飽和對保護的影響研究較多，但關于TA斷線的研究較少。

本文重點圍繞TA斷線對電流差動保護的影響展開討論，并提出相應的解決對策。本文主要分為3部分內容，第1部分主要介紹了TA斷線對電流差動保護的影響機理，第2部分介紹了一種識別TA斷線的方法，以防止保護誤動，第3部分搭建了仿真模型，驗證了新方法的正確性。

1 TA斷線對電流差動保護的影響機理

圖1為典型的雙電源系統圖，其中，TA表示電流互感器，Im，In分別表示流過線路兩側的電流。對于線路MN而言，其電流差動保護的動作判據為：

式（1）中，Im.φ，In. φ為M，N兩側三相電流；φ為A，B，C三相；K為制動系數，一般取0.5。

式（1）左側稱為動作量，右側稱為制動量。當動作量大于制動量時，保護可靠動作；反之，保護不動作。

正常運行或者區外故障（圖1中k點故障）時，線路兩側電流為穿越性電流，存在Im=-In=IL的情況，所以，式（1）左側動作量幾乎為零，右側制動量為2IL（IL為負荷電流）。因此，動作量小于制動量，保護能可靠不動作。對于區內故障（圖1中k1點故障），此時，動作量等于流過短路點的短路電流，幅值急劇增大，而制動量由于電流Im，In同相位，所以，顯著降低，式（1）滿足動作條件，保護能可靠動作。

上述分析的前提是假定TA能正常傳變。如果TA兩側同相同時斷線，不妨假定兩側φ相同時斷線，顯然存在以下情況，即：

由此可知，式（1）中動作量和制動量同時為0時，特征較為明顯。當出現這種情況時，可以判斷為斷線故障，斷路器是否斷開意義已經不大。因此，需要重點分析TA不同相別斷線時對電流差動保護的影響。

以M側TA的φ相斷線而N側φ相無斷線情況為例分析，其余情形分析與此相同。顯然此時存在以下情況，即：

由于K取值小于1，因此，式（4）成立，電流差動保護誤動作。對于繼電保護而言，防止保護誤動，避免不必要的停電事故發生是首要目的。所以，需要一種方案防止TA斷線時電流差動保護誤動。

2 TA斷線應對措施研究

從第1部分的分析中可以看出，TA斷線會造成差動保護誤動。因此，即使動作電流大于制動電流，差動保護也需要判斷是否是由TA斷線引起的，如果是，需要將電流差動保護閉鎖；反之，保護可靠動作。其動作邏輯如圖2所示。而防止差動保護誤動的根本方法是有效識別TA斷線。

圖3、圖4、圖5分別給出了系統正常運行、短路故障和TA斷線時三相電流幅值的變化曲線。從圖3中可以看出，當系統正常運行時，三相電流幅值相同；從圖4中可以看出，發生短路故障時，故障相電流幅值顯著增大，其余非故障相電流變化不大；從圖5中可以看出，當TA斷線時，斷線相電流將為0，非斷線相電流變化不大。

事實上，可以將系統正常運行和故障看作是TA非斷線狀態。通過對TA非斷線和斷線狀態時三相電流幅值變化特征的比較，提出了一種識別TA斷線的方法，即：

式（5）中：r（Iφ）為除電流Iφ外其他相電流幅值。

如果TA二次側某相電流幅值Iφ突然變為0，而其余相電流

幅值r（Iφ）變化不大，則表示該相電流互感器斷線，要迅速將電流差動保護閉鎖，防止保護誤動。考慮到測量誤差等因素的影響，當電流幅值在0.7～1.1 p.u時，表示電流幅值變化不大。

因此，在電流差動保護動作邏輯中加入式（5）所示的TA斷線閉鎖邏輯，當滿足式（5）時，即使判據（1）滿足，也要將差動保護閉鎖，防止保護誤動。

3 仿真驗證

利用PSCAD/EMTDC搭建了如圖1所示的仿真模型，其中，線路MN長度為100 km，參數為Z1=Z2=3.46+j42.3（Ω）， Z0=30+j104.2（Ω），TA的匝數比為20/200，負荷電流為45 A。

圖6（a）給出了當M側B相斷線時線路兩側電流的差值。顯然，當0.5 s斷線時，差流顯著增大，約等于負荷電流，可能會造成保護誤動。圖6（b）給出了此時三相電流幅值，由此可以看出，除了斷線相電流降為0以外，其余正常相電流變化不大，符合TA斷線識別判據，可判為TA斷線。此時，電流差動保護需要閉鎖，防止保護誤動。

4 結論

本文詳細分析了TA斷線對電流差動保護的影響。分析結果表明，TA斷線會造成保護誤動。鑒于此，本文提出了一種基于電流幅值變化量的識別TA斷線的方案。當TA某相電流突降為0，而其余相電流變化不大時，需要將電流差動保護閉鎖，防止保護誤動；否則，視為內部故障，保護要可靠動作。

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〔編輯：白潔〕