一起220kv线路光纤纵差保护装置误动原因分析

摘 要：文章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，给出了几种防止电流互感器饱和的方法，以提高光纤差动保护的正确动作率。

关键词：光纤差动保护；电流互感器；TA饱和；保护误动

引言

光纤作为继电保护的通道介质，具有不怕超高压与雷电电磁干扰、对电场绝缘、频带宽和衰耗低等优点。电流差动保护原理简单，不受系统振荡、线路串补电容、平行互感、系统非全相运行方式的影响。差动保护本身具有选相能力，而且动作速度快，最适合作为主保护。因此利用光纤通道构成的电流差动保护具有一系列的优点，得到了广泛的应用。

光纤电流差动保护是在电流差动保护的基础上演化而来的，基本原理也是基于克希霍夫基本电流定律，是测量两侧电气量的保护，能快速切除被保护线路全线范围内的故障，不受过负荷及系统振荡的影响，灵敏度高。它的主要缺点是对电流互感器的要求较高，即要求线路两侧光差保护所使用电流互感器的传变特性一致，防止任一侧电流互感器饱和导致保护误动作。本文通过对光差保护误动原因的查找、分析，给出了几种防止电流互感器饱和的方法，以提高光差保护动作的正确率。

1 故障简介

2012年9月25日17时48分，（图1）某220kV变电站A，由于备用线路（横跨220kV母线）B相脱落致使两段母线先后发生故障。220kV母线第一套保护（WMH-800A）9msⅠ母差动保护动作、164msⅡ母差动保护动作，第二套保护（RCS-915AB）4ms差动跳Ⅰ母、150ms差动跳Ⅱ母；先后切除故障母线。

线路Ⅰ第一套保护（RCS-931）61ms B相电流差动保护动作、171ms 三相电流差动保护动作、208ms远方起动跳闸，第二套保护（CSC103D）216ms远方跳闸出口；133ms断路器B相跳闸、268ms断路器A、C相跳闸。线路Ⅰ对侧第一套保护（RCS-931）61ms B相电流差动保护动作、173ms远方起动跳闸、188ms 三相电流差动保护动作，第二套保护（CSC103D）183ms远方跳闸出口；110ms断路器B相跳闸、223ms断路器A、C相跳闸。

2 故障分析

由于母线保护动作跳开两段母线，各断路器均三相跳开，因此未引起值班人员的重视。对线路Ⅰ两侧保护动作报告提取后，发现RCS-931保护B相电流差动保护动作，断路器B相先于A、C两相跳闸，初步判断为母线故障引起的光纤差动保护误动作。

光纤电流差动保护误动作的原因主要有：保护装置误整定、保护装置电流回路采样不精确、电流互感器饱和、电流互感器二次回路接线错误、电流互感器二次回路中性线两点接地等。

首先，对线路Ⅰ两侧保护装置的定值与最新的定值通知单进行了核对，均未发现问题。

其次，对线路Ⅰ两侧保护装置的带负荷检验报告进行检查， A站：TA变比1200：5，二次电流1.2A，B站：TA变比2500：1，二次电流0.19A，差流只有几个毫安，这就排除了电流二次回路接线错误的原因。

然后，对现场反事故措施执行情况进行了检查，光差保护使用的电流回路中性线均在保护屏一点可靠接地，使用电缆也均为屏蔽电缆，并且屏蔽层两端接地，符合反措要求。

最后，把检查的重点放到了电流互感器饱和及传变特性不一致方面上。结合调取线路Ⅰ两侧保护装置的内部录波图，发现线路Ⅰ变电站A侧电流二次录波中，B相电流明显发生畸变，发生严重TA饱和。变电站B侧电流波形基本良好，但B相含有较大直流分量。

为说明变电站A侧TA饱和的严重程度，将A侧电流按TA变比折算至B侧并反向比较波形。如图4所示：变电站A侧B相电流波形用实线表示，变电站B侧B相电流波形用虚线表示。

从图4可见，在第三个周波的时候，A侧的TA快速进入饱和，而B侧仍能正确进行电流的传变，从而造成在第三个周波的时候产生较大的差流。RCS-931BM差动保护采用了较高的制动系数和自适应浮动制动门槛相结合的方法，保证在发生比较严重TA饱和情况下不会误动。若TA能够正确线性传变时间在5ms以上，差动保护均能够可靠闭锁，但是对于本次故障，A侧TA在第3个周波开始后2.5ms左右就开始严重饱和（一般考虑5ms后饱和不误动作），从而导致差动保护动作。

3 对策与措施

3.1 限制短路电流

在已建成中压系统中可在较高一级的电压等级中就采取分列运行的方式以限制短路电流。分列运行后造成的供电可靠性的降低可通过备用电源自动投入等方式补救。在新建系统中短路电流过大可采取串联电抗器的做法来限制短路电流。

3.2 增大电流互感器变比

电流互感器变比通常是按负荷电流来选择的，例如：220kV系统，某线路最大潮流将近400MVA，母线最大短路电流为47kA，粗略估算一下，220kV系统，每10MVA电流将近30A，那么400MVA潮流的负荷电流将近1200A，根据负荷电流会选择变比为1200/5的电流互感器（5P30）。5P30表明该电流互感器在一次电流不大于30倍一次额定电流的情况下，才能保证复合误差不超过5%。而线路最大短路电流47kA，为一次额定电流的近40倍，也就是说，在最大短路电流情况下，电流互感器的误差将不满足要求。

综上所述，必须按电流互感器所能承担饱和倍数和保护安装处可能出现的最大短路电流来确定，但是选择较大变比的电流互感器后，同样负荷电流下，二次电流会成倍减小，若电流二次回路断线将难以监视。

3.3 减小电流互感器的二次负载

3.3.1 尽可能将继电保护装置就地安装

电流互感器的二次负载主要是二次电缆的阻抗，将继电保护装置就地安装，大大缩短了二次电缆长度，减小了互感器的负担，避免了饱和。另外，就地安装后，还简化了二次回路，提高了供电可靠性。

3.3.2 减小电流互感器的二次额定电流

由于功耗与电流的平方成正比，将二次额定电流从5A降至1A，在负载阻抗不变的情况下，相应的二次回路功耗降低了25倍，互感器不容易饱和。减小电流互感器的二次额定电流也会对继电保护装置产生负面影响，二次电流减小后，必须提高继电器的灵敏度。

3.4 采用抗饱和能力强的继电保护装置

电流互感器在电流换向后的一段时间内不饱和，在短路开始的1/4周期内也不饱和，可以有效地加以利用。采用快速保护判据，在电流饱和前就正确地做出判断（例如高阻抗电流差动继电器）是一种典型的抗TA饱和做法。采用贮能电容或无源低通滤波器对饱和电流波形进行削峰填谷以缩小电流波形的间断角也是一种简单有效的办法。

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较高，也增加了保护的误动几率。上述措施能减少保护误动，但面对未来电网的发展，尤其对于数字化变电站、光互感器的投入使用，还需要不断地探索、实践，以提高保护的正确动作率。

参考文献

[1]王尚成.电流互感器饱和引起的光纤纵差保护误动分析[J].科技向导，2012.

[2]浦挺.电流互感器饱和对足巨离保护及母差保护的影响及对策[J].科技资讯，2011.

[3]陈建玉.电流互感器饱和对继电保护影响的分析及对策[J].电力系统自动化，2000.

作者简介：张普胜（1981-），本科，民族：汉，助理工程师，从事继电保护工作，变电二次检修一班副班长。