一次纵联电流差动保护误动分析及处理

摘要：本文通过对一次差动保护误动实例的原因分析及处理过程，给出解决此类问题的方案。

关键词：光纤差动保护 电流互感器 暂态特性 稳态特性

0 引言

近年来，光纤差动保护在35kV及以下的电压等级的短线路上大量应用，大大提高了保护动作的灵敏性和快速性。但是，由于互感器特性不一致的问题，往往会造成光差保护误动。

1 故障情况综述

2012年6月8日12时33分，35kV某用户变电站通过301断路器对1号主变进行充电，合上301断路器后，220kV主网变电站388、35kV用户变电站321两侧光纤电流差动保护动作，388、321断路器跳闸。图1为系统接线图。

35kV 388-321、383-322为双回线，均采用国电南自股份有限公司生产的PSL646型光纤电流差动保护，保护装置版本号为：V1.75A CRC：F303，投产日期为2010年8月。

光纤电流差动保护灵敏度较高，通过比较线路两侧电流相量判断故障。当正常运行及区外故障时，差动电流值为0，保护不动作；当区内线路上发生故障时，差动电流值超过整定值时，保护将瞬时动作。正是因为这种保护特性，能很好的解决短线保护不好配合的问题，适用于短距离线路。但是，该保护对线路两侧的电流互感器特性要求比较高，当两侧特性不一致时，容易发生误动。

2 故障原因分析

保护动作后，保护人员立刻调取了线路两侧保护的故障录波图并进行了分析。故障录波图如下：

从图2、图3可以看出，故障发生时，两侧保护的电流均明显增大，且相位相反。初步判断为：

①此电流为主变充电时的励磁电流，在线路差动保护区外。

②两侧电流相位相反，证明电流互感器极性相反，符合保护要求。

③两侧电流波形的最大值大致一致，具体的差流及制动电流情况需要进一步比对。

接下来，通过专用的图形分析软件将两侧的电流波形进行了比对，为了比较方便，将321电流相位反转180度。

同步后的电流、电压波形如下：

从图4波形上看：起初约40ms内，321开关的电压是没有的；在合上321开关之后，321电流、电压同时给上，388电流、321电流（图中为180度反相电流）第一个波峰能完全传变，第二个波峰时321侧的电流互感器出现了暂态饱和，第三个波峰饱和程度最为严重。

一般说来电流互感器的饱和分为稳态饱和和暂态饱和，稳态饱和的产生原因是大容量稳态对称电流引起的饱和，暂态饱和的产生原因是短路电流中含有非周期分量和铁芯存在剩磁而引起的饱和。

本案例由于在第一个波峰未饱和，在第二个波峰出现了电流波形的缺失，推断是由于剩磁原因导致了互感器饱和，故属于暂态饱和。

通过以上的波形图可以清楚的看到，由于用户侧321断路器电流互感器出现了暂态饱和导致了差流的产生。根据动作方程可以计算出具体的差动电流和制动电流的数值。

PSL646的动作方程：

？撞IM+？撞IN>ICD （1）

？撞IM+？撞IN>K1？撞IM-？撞IN （2）

？撞IM+？撞IN>Iint时？撞IM+？撞IN>K2？撞IM-？撞IN （3）

式（2）是主判据，M和N表示线路的两侧

K1=0.5，K2=0.7为比例制动系数，ICD差动动作电流门槛，IINT为拐点电流，值为4倍额定电流。

通过数学工具计算出三相的差动电流和制动电流，形成了差动和制动电流波形图。

差动电流及制动电流的波形如图5：

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图5 差动电流及制动电流

从波形可知：在合上321开关（40ms）之后的15ms左右，差动电流较小；而在坐标轴75ms处，差动电流变大，制动电流变小，满足差动动作条件，这与上面两侧A相电流的波形吻合。事实上从原始波形来看，388开关也是在约75ms时，保护启动。

综合以上分析，可以得出以下判断，由于由于线路的电流互感器特性不同，导致在传变区外励磁电流时，两侧的电流大小不同，从而产生差流，使得差动保护误动。

3 原因分析及整改过程

至此，本次保护误动的原因基本查明。由于差动保护两侧的电流互感器暂态特性的不同，当其中一侧因为主变充电产生励磁电流时，两侧传变的电流不同，当达到差动保护的动作条件时，引起了保护的误动。

接下来，我们对线路两侧的电流互感器的参数进行了调查，情况如下：

我们发现两侧的电流互感器参数和负载确实存在区别，于是认定：两侧电流互感器型号及二次负载不同是造成保护误动的主要原因。于是采取了两方面的措施：①更换线路两侧电流互感器为同厂家、同型号产品。②建议厂家对软件修改，差动保护增加延时，希望靠短延时躲过最大不平衡电流。

整改过程进展的很顺利，一方面用户重新订购了质量合格的电流互感器，一方面保护厂家也对差动程序进行了修改。所有工作完成之后，我们再次进行了冲击主变的试验。为了可靠起见，差动的延时整定为100ms。

第一次冲击主变取得了成功，但是第二次，差动保护再次动作。分析两侧录波图，结论同整改前的波形基本一致。本次试验得出以下结论：

①更换后的电流互感器暂态特性没有得到根本改善。

②励磁涌流的波形衰减时间不确定。

实际上，国家标准对于35kV电压等级电流互感器的暂态特性是没有要求的，要想提高其暂态特性，其价格会增加很多，尺寸也会增大许多。以常规的试验手段测试P级的电流互感器暂态特性是否一致，比较困难。

第二个结论让我们认识到了差流衰减延时的不确定性，这使得差动保护延时整定变得非常困难。时间一味的加长，会让差动保护的速动性失去意义。所以，实践证明增加延时的方案不能解决根本问题，需要另辟蹊径。

经过讨论与查资料，我们重新制定了新方案：①差动保护增加二次谐波制动功能。②增加差动保护电压闭锁措施。

经过与保护厂家技术人员协商之后，最终决定在差动保护软件上增加电压闭锁功能。不采取二次谐波制动功能的原因是由于保护硬件资源、软件开销等方面的限制。

程序修改之后，我们进行了测试，将闭锁低电压整定为80V，为防止用户侧送电瞬间的电压突变误开放差动保护，将差动保护延时整定为20ms。

经过五次空充主变试验，差动保护没有动作。

4 结论

经过本次案例的分析处理，我们得出以下结论，希望能给大家提供参考：

结论1：光纤电流差动保护用在35kV及以下电压等级上时要考虑电流互感器负载的对称性。

现场实际情况是两侧电流互感器负载常常不一致。本案例中，用户侧电缆短，只有20米。系统侧电缆长约有100米，负载严重不对称，是造成差流过大的主要原因。建议在设计阶段时要考虑这个问题，为减轻互感器的负载，建议将保护装置安装在开关柜上。应保证两侧电流互感器负载的基本对称。由于现场条件的限制，我们没有进行两侧电流互感器负载调整平衡的测试。

结论2：光纤电流差动保护用在35kV及以下电压等级上时，要考虑由于主变励磁涌流造成电流互感器暂态饱和对保护产生的影响。

通过对比可以发现，保护差流是在二次电流第一个波峰之后形成的。可以解释为：第一个波峰使电流互感器形成剩磁，在第二个波峰经过时互感器饱和。安装在低电压等级上的P级电流互感器对此基本无能为力。所以，在光差保护中增加二次谐波制动是一个不错的方案，我们采取增加电压闭锁的措施实属无奈之举。

5 结束语

由于笔者水平限制，文中定有不妥之处，许多问题认识还不到位，还请大家批评指正。

参考文献：

[1]国家电力调度培训中心编.电力系统继电保护实用技术问答.第2版.北京：中国电力出版社，1999.11.

[2]国家电力调度通信中心编.电力系统继电保护典型故障分析.北京：中国电力出版社，2001.

[3]景敏慧编著.变电站电气二次回路及抗干扰.北京：中国电力出版社，2010.8.