电流互感器饱和引起的光纤纵差保护误动分析

【摘　要】本文介绍一起由于单侧电流互感器饱和引起的光纤差动保护误动事故，通过对保护误动原因的查找、分析，提出了减少电流互感器二次传变误差，改善光纤差动保护电流二次回路的测量误差的方法，以提高光纤差动保护的正确动作率。

【关键词】电流互感器；光纤差动保护；TA饱和；保护误动

0.引言

近年来，随着通信光纤的不断普及，光线差动保护凭借着出色的保护原理和可靠性，逐渐的成为了我国线路保护的主流配置之一。光纤差动保护由于采用将各相交流采样值、开关量等信息传至对侧，通过两侧各相电流采样值的计算、电压、开入量等信息的对比，来判断保护的动作与否。因此，这种分相差动保护原理简单、动作时间短、保护动作行为可靠，无论在中性点直接接地系统，还是在中性点不接地系统的线路保护中均广泛使用。

光纤差动保护虽然有上述的优点，但却对电流互感器的电流一次、二次传变特性要求较高。和以往保护不同的是，本侧光纤差动保护中所使用的电流互感器不仅要满足各种测量误差外，线路对侧使用的电流互感器也要和本侧使用的互感器传变特性一致。本文介绍一起由于单侧电流互感器饱和引起的光纤差动保护误动事故，通过对保护误动原因的查找、分析，提出了减少电流互感器二次传变误差，改善光纤差动保护电流二次回路的测量误差的方法，以提高光纤差动保护的正确动作率。

1.故障实例

2009年8月19日8时50分，（图1）某220KV变电站A 110KV线路II遭受雷击。线路II保护零序I段动作，开关跳闸，重合成功，故障选相为B相。线路I的光纤差动保护动作，开关跳闸，重合成功，选相为C相。线路I对侧110KV变电站B中，线路I光纤差动保护动作，开关跳闸，重合成功，选相为C相。

由于当日天气异常，雷雨交加，同一时刻两条110KV线路跳闸、重合成功，并且选相不同，因此未能引起值班人员的重视。但事后对线路I进行巡线并未找到故障点。对线路I两侧变电站进行故障报文提取后发现，保护装置采样B相电流远大于A、C两相，初步判断为线路I区外B相故障引起的光纤差动保护误动作。

2.故障分析

通过对比线路I两侧保护动作报文波形（图2、图3），我们可以发现两侧保护的报文中B相电流明显最大，由于故障电流的零序分量的叠加，非故障相A、C两相电流比故障前有所增加是可以理解的。220KV变电站A线路I保护报文中，3I0滞后3U0，且小于1/4个周波（小于90度）。根据接地故障原理分析，应为A变侧线路I的反向接地故障。110KV变电站B线路I保护报文中，3I0超前3U0，且大于1/4个周波（大于90度）。根据接地故障原理分析，应为B变侧线路I的正向接地故障。因此，判断为线路I光纤差动保护区外故障误动作。这样的结论也同样满足同一时刻，A站中线路II发生B相故障的录波波形。

目前，引起光纤差动保护误动常见的有如下几个原因：

1）电流互感器二次极性接反，电流二次回路接线错误。

2）电流互感器与保护间二次中性线开路或两点接地。

3）外界共模干扰等原因引起的不平衡电流。

4）电流互感器饱和、一次、二次传变特性不一致。

那么是什么原因导致的线路I两侧光纤差动保护的误动，并且选相为C相呢？带着这样的疑问，笔者分别到A、B两个变电站对现场保护装置、二次电缆、端子箱、电流互感器等部位进行了检查。运行中，负荷较大的情况下（二次电流0.6A），线路I两侧保护装置显示的差流只有几个毫安，这样基本排除了二次回路接线错误的问题。对现场二次回路检查也未发现电流二次回路中性点两点接地、开路的情况。而且，现场电流二次电缆使用的屏蔽电缆，并且屏蔽层两点接地，均符合反措要求。

通过上述工作，我们把调查的重点放到了TA饱和及TA传变特性不一致方面上。结合厂家人员调取的保护装置内部录波图形放大、对比后，我们发现线路I变电站A侧电流二次录波中，B、C相电流明显发生畸变，都发生不同程度的饱和（图4）。变电站B侧电流波形基本良好，但含有一些直流分量，以C相为最大（图5）。

从图4、图5两侧故障电流、电压波形来看，故障相为B相。从两侧电流波形相位看，B相流过穿越性电流，所以是区外B相故障。

线路I使用的RCS943型微机光纤差动保护，装置中差动保护采用较高的制动系数和自适应浮动制动门槛。现将线路I两侧保护装置录波进行合成（图6），从图6差动电流和制动电流幅值关系来看（实线为差动电流、虚线为制动电流），故障过程中，A相差动电流始终小于0.75倍制动电流，B相差动电流始终小于0.75倍制动电流，所以A、B相差动方程不满足。但在保护起动后30ms至48ms之间（对应图6中采样点85至105之间），C相差动电流大于0.75倍制动电流，并且C相差动电流大于差动高定值，所以稳态差动I段C相动作。

3.对策与措施

近年来，由于区域电网的不断发展，具有小火电、小水电以及风力发电的电源联络线不断增加，并且其线路保护也逐步更换为光纤差动保护。而上述线路在发生故障时，常常存在较大的直流分量等因素，一旦电流互感器发生饱和，对于保护装置的正确动作考验是不言而喻的。尤其，三端光差保护的应用，使得上述问题更加突出。面对这样的情况，应采取有效措施，最大限度的避免保护装置的误动行为。

（1）线路两侧（或三侧）尽量采用同一厂家、同一型号及参数、同一时期生产的电流互感器。

目前我国互感器厂家众多，不同厂家生产的互感器产品质量良莠不齐。由于制造工艺、生产流程、采用的原材料等因素的不同，在极端恶劣的故障情况下，TA传变特性极有可能出现不完全一致的情况，必然导致降低保护装置正确动作的可靠性。

（2）定期对电流互感器（尤其保护卷）做TA特性试验及抗饱和试验，并比较两侧（或三侧）TA传变特性的一致性。

以往大多数供电公司由于试验手段、设备等原因，对电流互感器保护卷的特性试验并不重视，甚至只做计量卷的特性试验，忽视其他卷的试验。针对当前的情况，我们应加强对TA保护卷的传变特性试验手段和方法，尤其要对比线路两侧（或三侧）的试验数据，确保线路各侧的电流互感器传变特性一致。

（3）工程中，减少TA二次负载阻抗，使其满足10%误差曲线要求

目前，我们较常用的方法有增大二次电缆的截面；提高电流互感器变比等方法。但在工程中，施工单位往往由于某种原因，忽视对二次负载的测试工作，工程投产后，缺少相关数据，更不能进行10%误差曲线的校核，这时完全不可取的。较小的TA二次负载能大大提高TA的传变特性和抗饱和的能力。

（4）对于地方电厂和用户变电站中也应严格执行反措要求，并定期检查。

多年来，在系统侧变电站大修、技改及基建施工中较为规范，而在一些地方电厂、小水电、风电和一些用户变电站中，施工质量参差不齐。往往出现中性线开路、两点接地，屏蔽层接地不符合要求或没有屏蔽层等现象，这些情况平常运行时不宜发现。当发生系统故障时，都会给保护装置的安全运行带来隐患。

4.结束语

光纤差动保护的使用大大提高了保护的可靠性、选择性，同时使电网运行方式更加灵活，整定计算更加便捷。但该种保护对电流互感器、TA二次回路等设备的质量要求，也增加了保护的误动几率。上述措施，虽能降低保护误动的可能，但面对未来复杂的电网发展，尤其对于数字化变电站、光互感器的投入使用，还需要我们不断地探索、实践，提高保护的正确动作率。　[科]

【参考文献】

［１］王梅义.电网继电保护应用.

［２］电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点.