直流输电系统中换流变差动保护TA 断线判据的改进

张红跃 张学圈 刘 健 熊章学 王红青 张 倩 陈 璐

(1.许继电气股份有限公司，河南 许昌 461000;2.河南省知识产权事务中心，河南 郑州 450000;3.华东电力试验研究院有限公司，上海 200437)

0 前言

电流互感器如果发生二次回路开路是一种异常且非常危险的运行方式。在这种情况下，一次电流将全部用于激磁，使铁芯严重饱和。交变的磁通在二次线圈上将感应出很高的电压，其峰值可达几千伏甚至上万伏，这么高的电压作用于二次线圈及二次回路上，将严重威胁人身安全和设备安全。所以《安规》规定，电流互感器在运行中严禁开路。

TA 开路后从保护原理来说，其保护是不应该动作的，因为此时系统一次设备并没有故障发生，但是从保障设备人身安全角度出发，保护动作跳闸是有利于系统设备安全的。文献［1－3］分别对交流系统中各元件的TA 断线问题进行了分析研究。本文将对直流系统中换流变差动保护的TA 断线进行分析。

1 TA 断线闭锁判据

TA 异常判据分为两种情况，一种为引起差动保护启动的TA 异常判别，一种为未引起差动保护启动的TA 异常判别［4］。

引起差动保护启动的TA 异常判别。当三相电流都大于0.2 倍的额定电流时，启动TA 异常判别程序，满足下列条件认为TA 异常:(1)本侧三相电流中至少一相电流不变;(2)任意一相电流为零;(3)未引起差动保护启动的TA 异常判别;(4)满足下列条件认为TA 异常，延时10s 发TA 异常信号;(5)零序电流大于0.1 倍的额定电流;(6)任意一相电流为零。

当投入TA 断线闭锁差动功能时，TA 断线后立即闭锁差动保护，但当断线电流大于1.2Ie 时，认为是又发生了故障，立即开放差动保护。

2 TA 断线闭锁判据失效的几种情况

在进行换流变保护的RTDS 试验过程中，发现在以下几种情况下，有可能引起TA 断线闭锁判据的失效。

2.1 情况一

直流系统工作在双极运行方式［5］，每一个极均工作在额定负荷下，极1 高端星角变网侧TA 断线，如图1 所示。

图1 某直流工程主接线示意图Fig.1 A HVDC project dc field main connection schematic diagram

在断线过程中，极2 闭锁，功率需要从极2 倒到极1 上，极1在TA 断线情况下过负荷运行。安装在极1 高端的换流变保护装置TA 断线信号，在倒负荷的同时，差动保护误动作。换流变差动保护动作后，读取保护装置内的故障录波，如图2 所示。

图2 换流变差动保护动作波形Fig.2 Converter transformer differential protection action waveform

根据故障录波的数据进行分析，保护动作的过程应该是这样的:①在星角变的网侧发生A 相TA 断线时，星角变的负荷电流在额定电流附近(0.192A)，换流变差动保护的差动电流为0.164A，小于1.2Ie(0.23A)，由于有星角变TA 异常闭锁信号的存在，换流变差动保护未出口。随着极1 的过负荷，换流变差动保护的差动电流为0.241A，大于1.2Ie(0.23A)，由图1 可知，星角变TA 异常闭锁信号返回，换流变差动保护出口。

从本次保护动作的数据分析来看，TA 断线电流的开放门槛(1.2Ie)是换流变差动保护动作的根本原因。

2.2 情况二

超高压直流输电系统中，交流侧通常采用3/2 接线。换流变保护分别对引线一、引线二进行独立采样，用来参与引线差动、换流变大差保护的运算。如果其中任一条引线发生TA 断线，都能根据TA 断线闭锁判据进行判别，从而决定是否闭锁差动保护。

通常换流变保护的引线电流后面还串有其它负载，如稳控装置设备。试验发现在合流点发生TA 断线时，换流变保护不能正确地判别出TA 断线，如图3 所示。

图3 二次接线示意图Fig.3 The second connection schematic diagram

3/2 接线方式下，TA 二次在合流点后发生断线时，在两组TA 之间会出现二次环流。由于该环流的存在，使得TA 断线闭锁判据失效。TA 断线前后的电流流向如图4 所示。

图4 C 相TA 断线前电流示意图

图4 中，黑色箭头表示正常时的电流流向，红色箭头表示TA 二次在合流点后发生TA 断线时的电流流向。由图4 可知，TA 断线时，换流变保护装置的TA1、TA2 流过的是大小相等的环流，由于TA1、TA2 极性相反，因此，TA 断线时两组TA二次绕组间流过大小相等、方向相反的电流，对这两组电流进行求和，和电流为零。

由于单个TA 采样回路均不满足无流条件，从而不满足TA 断线的判据b，因此装置不能判定为TA 断线，不会发出TA断线信号。但由于引线差动、换流变大差保护均采用的是TA1、TA2 的和电流来计算差流，因此，引线差动、换流变大差保护不会误动作。

3 TA 断线闭锁判据的改进

通常TA 断线后可以选择立即闭锁差动保护，当差动电流大于1.2Ie 时，开放差动保护的目的是为了防止断线后又发生严重区内故障。

针对2.1 这种情况，可以采用把TA 断线信号送给极控，让极控处理成:在TA 断线情况下，双极运行不进行两极间功率的切换，该问题即可得到解决。

针对2.2 这种情况，可以将TA 断线判据b 修改为任一相电流突然变小，且其它侧电流无突变。

修改后的TA 断线判据实验结果优良。

4 结论

综上所述，交流保护运行于直流环境下，由于运行工况的改变，原有的判据会有些不适应，需要继保工作人员稍作修改，使之更加适应现有的运行工况。

［1］蔡桂龙，唐云.变压器差动保护电流互感器二次回路断线闭锁分析［J］.继电器，2001，29(8):62－63，66 Cai GUI，Tang Yun.The transformer differential protection current transformer secondary circuit disconnection analysis two［J］.relay，2001，29(8):62－63，66

［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.Wen Minghao.Line differential protection CT two breaking criterion analysis，2006，34(18):1－3

［3］吴国旸，肖远清.微机变压器保护中的CT 异常分析［J］.继电器，2006，34(17):69－72 Wu Guoyang，Xiao Yuanqing.The microcomputer transformer protection in CT anomaly analysis［J］.relay，2006，34(17):69－72

［4］王维俭.电气主设备继电保护原理与应用［M］.北京:中国电力出版社，1996.WANG Wei－jian.electric main equipment relay protection principle and application［M］.Beijing:CChina Electric Power Press，1996.

［5］赵畹君.高压直流输电工程技术［M］.北京:中国电力出版社，2004.ZHAO Wan－jun.HVDC transmission engineering technology［M］.Beijing:China Electric Power Press，2004.