CT二次接線混用引起線路差動保護誤動分析

唐蘭蘭，葉君玲，羅永杰

(1.國網甘肅省電力公司金昌供電公司，甘肅 金昌 737100；2.國網安徽省電力公司馬鞍山供電公司，安徽 馬鞍山 243000；3.金川集團機械制造有限公司，甘肅 金昌 737100)

CT二次接線混用引起線路差動保護誤動分析

唐蘭蘭1，葉君玲2，羅永杰3

(1.國網甘肅省電力公司金昌供電公司，甘肅 金昌 737100；2.國網安徽省電力公司馬鞍山供電公司，安徽 馬鞍山 243000；3.金川集團機械制造有限公司，甘肅 金昌 737100)

介紹了電流互感器10 %誤差曲線、電流互感器混用產生的危害及對縱聯差動保護的影響，分析了110 kV輸電線路一次差動保護誤動案例，得出誤將線路電流互感器的測量繞組當作保護繞組使用，而使在空投主變時線路電流互感器測量繞組發生嚴重飽和是導致事故的主要原因。

電流互感器；差動保護；保護誤動；10 %誤差曲線

0 引言

根據用途的不同，CT(Current Transformer，電流互感器)可分為測量用和保護用2種。不同用途的CT對應不同的準確度，若錯誤地將2種不同用途的CT混用，會給電力系統中的繼電保護、電氣設備及二次儀表帶來安全隱患。

2014-06-19，某電網330 kV變電站1條110 kV的線路(該線路對側為光伏電站)差動保護誤動。造成該線路差動保護誤動的主要原因是：光伏電站工作人員誤將線路(光伏電站側)測量用的CT當作保護用CT，導致空投變壓器時產生了較大的勵磁涌流，使得線路CT(光伏電站側)發生嚴重飽和，引起線路差動保護誤動。

1 CT誤差產生的原因及10 %誤差曲線

1.1 CT誤差產生的原因

CT在變換電流的過程中，必須消耗小部分電流用于對鐵芯的激磁，鐵芯磁化后方可在CT的二次線圈中產生感應電動勢及感應電流。因鐵芯損耗與激磁電流的存在，CT的一、二次電流存在誤差，其誤差包括比值與角誤差。

圖1 CT等值電路

當系統出現最大短路電流時，為了使繼電保護裝置能夠正確感知故障電流的大小，相關規程中規定：繼電保護用的CT，在已知其一次電流與二次側負載的情況下，電流誤差不可超過10 %。

1.2 CT的10 %誤差曲線

圖2為CT的10 %誤差曲線，是指當CT變比誤差為10 %時，一次電流倍數m與二次負載Z的關系曲線。因CT鐵芯具有一定限度的導磁能力，鐵芯未飽和時，CT的二次電流隨一次電流按線性變化；二次電流不斷增大時，其二次電動勢必然會升高，導致鐵芯飽和。此時，一次電流中有大部分的電流通過勵磁支路，形成勵磁電流而不能正確地傳變到二次側。當系統有短路故障時，CT的一次電流與二次電流間不再是直線關系。

圖2中CT的10 %誤差曲線與其二次負載及一次電流的大小相關。對于給定的CT，可以利用10 %誤差曲線計算通過一次側的短路電流與額定電流的比，從而確定倍數m1，再從10 %誤差曲線上找出與該m1相對應的二次負載阻抗Zr。當實測二次負載阻抗Z＜Zr時，說明CT的變比誤差小于10 %，繼電保護裝置能可靠動作；當實測二次負荷Z＞Zr時，說明CT的變比誤差超過10 %，對繼電保護裝置動作的正確性會有較大的影響。當電網發生短路時，需CT能夠正確地反映一次側的電流，因此重要保護裝置用的CT都必須滿足10 %誤差曲線的要求。

圖2 CT的10 %誤差曲線

2 CT混用產生的問題及對縱差保護的影響

2.1 CT混用產生的問題

保護用CT主要與繼電保護裝置相配合，在發生短路等故障時，能夠向繼電裝置發出信號以切除故障回路，從而保護電網的安全；其工作條件與測量用CT完全不同。測量用CT在正常的一次電流工作范圍內只要有合適的準確度即可；當一次設備通過短路電流時，希望CT能盡早飽和，以保護測量儀表免受短路電流的損害；而保護用CT要在流過比正常電流大幾倍到幾十倍的電流時方可開始工作，要求其誤差(比值和角誤差)在誤差曲線范圍內。因保護用CT和測量用CT的準確級及飽和特征不一致，若CT的測量繞組與保護繞組接錯時，將帶來諸如保護誤動、拒動及損害測量儀表等問題。

圖3為同一CT的保護和測量繞組一、二次電流的關系曲線。曲線1、曲線2分別為5P20級保護用繞組及0.2S級測量用繞組的一、二次電流關系曲線。其中測量用CT的工作范圍在UV段，保護用CT的工作范圍在XY段(即短路電流情況下的工作范圍)。

圖3 CT測量與保護繞組中一、二次電流關系

(1) 若將CT 0.2S級測量用繞組當作5P20級保護用繞組使用，當系統發生短路故障時，因測量用CT的儀表保護系數的限制，該繞組迅速達到飽和狀態。鐵芯飽和后，二次電流不再隨一次電流的變化而變化，從而無法正確反應一次電流的實際變化情況，可能使保護拒動，導致事故擴大。

(2) 若將CT 5P20級保護用繞組當作0.2S級測量用繞組使用，在正常運行條件下，由于保護用繞組在其二次額定電流下對誤差要求不高，會導致測量用的CT誤差增大；當電網發生短路故障時，保護用繞組的鐵芯不易達到飽和，二次電流會不斷隨著一次電流增大，最終會損壞測量用的二次設備。

(3) 若將CT的0.2S級測量用與5P20級保護用二次繞組當作TPY級繞組使用，將會導致具有暫態特性的保護不能正常工作，會產生誤判或者誤測量，從而使保護誤動、拒動。

2.2 對縱差保護的影響

線路縱聯差動保護的單相接線如圖4所示。圖4中，在線路外部發生短路故障時，盡管線路兩側的一次電流相等(即),但是當線路兩側(即A，B兩側)CT誤差存在或者線路兩側的保護特征不一致時，線路差動回路中會產生較大的不平衡電流，從而影響差動保護的靈敏性。圖4中，假設A側的CT不滿足10 %誤差要求，當在d處發生短路故障時，由于短路電流中含有大量的非周期分量，導致線路A側CT的鐵芯迅速飽和，使得A側CT的勵磁電流遠大于B側，造成繼電器線圈中的電流比正常運行時增大了很多，從而影響縱差保護動作的正確性，甚至造成保護誤動。

圖4 線路縱聯差動保護的單相接線

比率制動式差動保護的判據為：

當Iz≤Iz.0時，

當Iz＞Iz.0時，

其中：Id為差動電流，Iz為制動電流，為CT二次側兩側的電流相量，Idz.0為最小動作電流，Iz.0為最小制動電流，Kz為差動保護的斜率。

若線路兩側保護用CT的飽和特征不同，在外部故障、空投變壓器或切除故障電壓恢復的暫態過程中，線路中存在大量非周期分量與諧波分量，使得CT二次側各端電流之和不等于0，造成差動電流 Id增大，因CT嚴重飽和致使制動電流減小，這就是造成差動保護誤動的根本原因。因此，對CT進行10 %誤差曲線校核顯得尤為重要。

3 實例分析

圖5為該電網330 kV變電站110 kV側所接金泰光伏電站的系統單線結構。發生事故前運行方式為：1129灣泰線路兩側開關在合位，即1129灣泰線路及金泰光伏電站110 kV母線帶電。2014-06-19T09:06，金泰光伏電站合上1號主變1101開關向主變充電，此時1129灣泰線路兩側開關的光纖縱差保護動作，開關跳閘，330 kV變電站側1129灣泰開關重合成功(金泰光伏電站1129泰灣開關重合閘未投)。1號主變無任何保護動作，1號主變1101開關在合位。

圖5 系統單線結構

經檢查1129灣泰線路的三相電壓正常，無故障分量。由當時的運行方式可知，金泰光伏電站1號主變也無故障發生。

由金泰光伏電站1129泰灣開關保護裝置的電流故障錄波可知，金泰光伏電站合上1號主變1101開關后，線路三相均有電流，且偏向時間軸一側，有明顯的間斷，符合勵磁涌流的特點。這說明金泰光伏電站合1號主變1101開關時，產生了較大的勵磁涌流。通過分析電流故障錄波器數據發現，勵磁涌流中含有非周期分量及大量的高次諧波，非周期分量使得1129泰灣線路側的CT三相出現了不同程度的飽和，其波形為半波和鋸齒波，而以1129泰灣線路側的B相CT飽和尤為嚴重。

基于以上分析，工作人員對線路進行了檢查，發現1129泰灣線路CT二次側保護回路與測量回路二次線接錯。金泰光伏電站1129泰灣線路保護用CT的準確級為5P，測量用CT的準確級為0.2S。在空投1號主變時，所產生的勵磁涌流造成1129泰灣線路測量用CT迅速飽和。通過相關數據分析，發現1129灣泰線路的光差回路的差流為2.73 A，該值大于差動保護動作電流的整定值(2.5 A)，導致1129灣泰線路的差動保護誤動。

綜上所述，造成1129灣泰線路差動保護誤動的主要原因是：金泰光伏電站誤將1129泰灣線路測量用的CT當做保護用的CT，當空投變壓器產生了較大的勵磁涌流時，勵磁涌流中非周期分量使得1129泰灣CT(金泰光伏電站側)發生嚴重飽和；因1129灣泰線路兩側CT的飽和特性不一致，造成1129灣泰線路光差回路中存在較大的差流，其差流超過整定值，引起保護誤動。

4 結束語

通過對某電網一起典型事故的分析，深入剖析了保護用CT與測量用CT混用對線路差動保護的影響。CT飽和引起的電流畸變會在差動回路中產生較大的差流，引起差動保護誤動，特別在線路兩側CT飽和特性不同時尤為嚴重。為了防止因電流互感器混用等原因導致差動回路不平衡電流增大，在CT投入使用時，必須對其做10 %誤差校核，以避免CT混用等情況。差動保護所用的CT必須滿足10 %誤差曲線的要求。

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泰州換流站1 100 kV交流濾波器組斷路器一次帶電成功——我國特高壓交流開關技術取得突破

日前，錫盟—泰州±800 kV特高壓直流工程泰州換流站交流場建成投運。1 100 kV交流濾波器組斷路器一次帶電成功，性能優異、運行可靠，實現重大技術突破，是我國高壓開關領域取得的又一重要創新成果。錫盟—泰州工程是世界上首個分層接入500 kV及1 000 kV交流電網的特高壓直流工程，輸送容量高達1 000萬kW，需大量使用特高壓交流斷路器用于濾波器組投切，容性電流開斷要求苛刻，恢復電壓高達2 900 kV，特別是要承受每年近1 000次的頻繁投切操作考驗，對電壽命要求極高，國內外沒有先例。

國家電網公司對此高度重視，組織中國電力科學研究院、西安西電高壓開關有限責任公司、河南平高電氣股份有限公司、西安高壓電器研究院有限責任公司等國內科研、設計、制造和試驗單位聯合攻關，確定了敞開式4斷口串聯的技術方案，解決了高電氣壽命滅弧室研制、機械操作穩定性保障、新型絕緣材料開發、新型試驗與檢測技術開發等關鍵技術難題。去年7月，西安西電高壓開關有限責任公司率先完成首臺樣機制造，通過了全面嚴格的試驗驗證，機械操作壽命超過10 000次，可無檢修可靠投切3 000—5 000次，滿足安全可靠運行需要。樣機大量采用新結構、新材料、新工藝和新方法，具有完全自主知識產權。

（來源：國家電網公司網站 2017-06-19）

2016-09-14；

2017-04-27。

唐蘭蘭(1985—)，女，工程師，主要從事電網調控運行方面的工作，email：272828723@qq.com。

葉君玲(1987—)，女，工程師，主要從事電網運行方面的工作。

羅永杰(1984—)，男，工程師，主要從事機械設計方面的工作。