冲击性负荷线路纵差保护TA二次断线分析

张兆云，刘宏君

（国网电力科学研究院 南京南瑞集团公司，广东 深圳 518054）

电气化铁路、炼钢厂等冲击性负荷供电的线路的一个典型运行特征是：用电设备不工作时，线路基本无电流（或者电流很小），但设备工作（例如机车通过、开始轧钢等）时，线路负荷电流将显著增加。随着电气化铁路以及工业化的迅速发展，为冲击性负荷供电的线路将越来越多。该类线路的保护与常规线路的保护有哪些不同呢？TA二次断线无疑是一个特例，本文将综述常规线路保护中防止TA二次断线误动的方法，以及这些方法在该类线路保护中的局限性，并提出改进措施。

1 防止TA断线误动方法

TA二次断线的可能性较小，但是在电流差动保护中，为了提高安全性，一般都有TA二次断线判据，并根据判据的结果以及装置自身控制字决定是闭锁还是开放保护，或者提高差动动作门槛值[1]；在防止差动保护误动的同时，保护装置还必须给出适当的告警信号，以便运行人员尽快消除安全隐患。

目前在国内厂家中常用的防止TA断线误动的方法有2种：通过两侧的启动元件都动作来防止单侧TA断线引起的误动；通过TA断线检测判据来发现TA断线并对保护进行适当的处理。

1.1 启动元件

防止TA断线最基本的方法就是在差动保护中设置启动元件，并通过通道相互传送启动元件的启动信号；只有两侧启动元件都启动，差动元件才能出口。

启动元件主要包含4部分，即电流变化量启动元件、零序过流启动元件、相过流启动元件、电压辅助启动元件。其中电压辅助启动元件包含2部分：为了防止弱馈侧保护不能启动而增加的低电压启动元件或者本侧相电压变化量启动元件；为了防止高阻接地远故障端不能启动而增加对侧零序电压启动或者对侧相电压变化量启动[2]。4个启动元件中，任何一个启动元件动作则认为保护装置总启动。

单纯TA二次回路断线（不同时发生扰动以及故障）时，断线侧保护装置的电流变化量起动元件和零序过流起动元件可能动作，从而断线侧保护装置的总启动元件动作；但是未断线侧电流电压以及断线侧的电压基本未变化，因而未断线侧保护装置的总启动元件无法动作，两侧的差动保护就不会动作，从而成功防止了TA二次回路断线引起的差动保护的误动[3]。

该方法目前广泛应用于国内的保护装置上，实践也证明，该方法可以有效防止TA异常引起的差动保护的误动。

1.2 TA断线检测

启动元件可以有效预防TA二次断线瞬间的差动保护误动，但是在TA二次回路断线期间，如果再次发生区外故障或者扰动，此时未断线侧差动保护的总启动元件将动作，如果断线相电流大于差动门槛，将引起差动保护的误动。因而在TA二次断线期间应该有辅助判据能够检测出TA二次回路断线，并根据判据的结果以及装置自身控制字决定是闭锁还是开放保护，或者提高差动动作门槛值；同时在防止差动保护误动的同时，给出适当的告警信号，提醒运行人员对TA进行检修。常用TA二次回路断线检测方法包括：

1）长期存在差流检测。TA二次断线后，由于未断线侧启动元件未动作，差动保护不会动作；此时断线相的差流等于负荷电流，如果该差流长时间大于一定的门槛且差动保护不动作，可认为发生TA二次断线。

2）相电流变化量检测。TA二次断线时，某侧相电流的变化量大于一定门槛或者相电流消失且存在较大差流但差动保护未动作，也可认为电流发生突变的相的TA二次断线。

根据这些方法检测出TA二次断线，且2种方法在国内厂家的装置中都有所应用。如果判据结果表明发生TA二次断线之后，此时首先需要给出告警信号，提示运行人员进行检修，消除隐患；同时适当的抬高差动保护的动作门槛，甚至闭锁差动保护。

2 冲击性负荷TA断线分析

1节中防止TA二次断线引起差动保护误动的措施的2个基本条件是：

1）TA二次断线的检测需要一段时间，该时间一般不少于4 s。在TA二次断线到装置检测出TA二次断线之间的这段时间，线路不能发生扰动；一旦在TA断线之后发生扰动，差动保护两侧均启动将引起误动，同时也不会给出TA二次回路断线的告警信息。

2）TA二次断线之前必须有一定的负荷电流，差动保护才能够检测出TA断线。如果TA二次断线之前无负荷电流，那么断线之后线路既不存在差流，也不存在断线相的电流突变量，因而无法按照现有的判据进行TA二次断线的检测。

对于为冲击性负荷供电的线路来说，这2个基本条件都无法得到保证。TA二次断线之后，如果此时用电设备未工作，线路基本无电流，此时无法检测出差流以及电流突变，因而上述TA二次断线检测判据失效；如果TA二次断线已经发生，此时用电设备突然工作（列车行驶过该区段、开始轧钢等），此时线路两侧的三相电流都要发生变化，断线侧尽管断线相电流未突变，但未断线相电流将发生变化，从而电流启动元件或者零序启动元件动作，依靠启动元件来实现防止TA二次断线引起差动保护误动的方案也不可行。

在传统的TA二次断线检测判据无法凑效时，必须寻找新的途径进行检测，以减少TA二次断线对系统的影响；特别重要的是，尽可能地给出告警信号，提示运行人员对TA等设备进行检修，尽快消除安全隐患。事实上，在电力系统中，正常运行的线路不存在零序电流和零序电压，电铁、轧钢厂等冲击性负荷供电的线路也不例外。因而为了解决TA二次断线对这种冲击性负荷供电线路的影响，可以考虑如下的TA二次断线判据：

其中，I0m、I0n分别表示本侧和对侧的零序电流；U0m、U0n分别表示本侧和对侧的零序电压；Ida、Idb、Idc分别表示A相、B相和C相的差流；I0TA为“TA断线零序电流门槛”值，该值只要躲过最大负荷电流的零序不平衡电流即可，通常可取保护装置的“零序启动电流定值”；U0TA为“TA断线零序电压门槛”定值，该值只要躲过最大零序不平衡电压即可，一般选择为2 V。

该判据满足时，认为已经发生TA二次断线，其中差流大于“TA断线零序电流门槛”的相为断线相；瞬时抬高断线相的差动门槛定值，从而避免单纯的因为负荷较重引起差动保护误动；同时延时一段时间报“TA断线”告警信息，提醒运行人员进行适当的检修和分析。

在为冲击性负荷供电的线路中，该判据将有如下作用：

1）当TA二次断线的时候，用电设备不工作时，线路负荷电流很小，虽然无法检测出TA二次断线，差动保护因为达不到动作门槛不会误动。

2）TA二次断线发生之后，只要有用电设备工作一段时间（一般为4 s左右）且负荷电流大于“TA断线零序电流门槛”（不需要大于差动动作门槛），保护装置将可靠发出“TA断线”告警信号，从而提示运行人员对相应的设备进行检修，及时消除安全隐患。

3）当TA二次断线过程中，用电设备突然工作，两侧启动元件均动作；由于“TA断线零序电流门槛”低于差动动作门槛定值，因而必然是先满足上述TA二次断线判据，然后再满足差动动作判据。在满足TA二次断线判据之后，可选出TA二次断线的相别，同时瞬时抬高断线相的差动门槛甚至闭锁差动保护，从而避免由于单纯的TA二次断线引起的差动保护误动。

当然，任何判据都有它的局限性，该判据也无例外。由于区外故障可能引起零序电压的存在，此时该判据将无法检测出TA二次断线，因而当区外故障和TA二次断线同时存在时无法可靠地防止差动保护的误动，这也是目前所有TA二次断线判据未解决的问题；同时该判据未考虑两侧TA同时发生二次断线，也未考虑某侧TA三相同时断线。

3 结语

TA二次断线是差动保护必须面对和解决的问题，目前的继电保护装置都集成了一些TA二次断线的判据，并能有效的防止TA断线引起的差动保护误动。但是随着电气化铁路的发展，现有的检测方法已经不能有效检测出电气化铁路的TA断线，本文提出了一种新的TA二次断线检测方法。该方法可以有效检测出电铁线路运行过程中的TA二次断线，并能有效防止TA二次断线引起的差动保护的误动。

[1]朱声石.高压电网继电保护原理与技术[M].3版.北京：中国电力出版社，2005.

[2]文明浩.线路纵差保护CT二次断线判据分析[J].电力系统保护与控制,2006,34（18）:1-3.

[3]张楠.直流线路纵差保护算法的改进及仿真验证[J].南方电网技术,2009,3（4）:56-59.