电流互感器饱和引起越级跳闸动作分析及对策研究

陈曰印，刁守斌，袁杰，刘珍

（国网山东济南市历城区供电公司，济南250001）

电流互感器饱和引起越级跳闸动作分析及对策研究

陈曰印，刁守斌，袁杰，刘珍

（国网山东济南市历城区供电公司，济南250001）

结合一起10 kV线路因电流互感器（TA）饱和引起的越级跳闸事故，介绍TA的稳态饱和特性和暂态饱和特性，总结影响TA饱和的因素，分析电TA饱和对各种保护的影响，并提出了几种应对TA饱和的措施。

电流互感器；越级跳闸；稳态饱和；暂态饱和

1 故障描述

2016-04-02，因某110 kV变电站的10 kV高而线002间隔出线发生短路，发生以下现象：1号主变压器低后备保护过电流Ⅰ段Ⅱ时限动作，1号主变10 kV进线001开关跳闸；10 kVⅠ、Ⅱ分段母联009开关过流Ⅰ段保护动作，开关跳闸；10 kVⅠ、Ⅱ段母线的馈线开关均无跳闸；10 kVⅠ段母线失压。事后，通过对保护装置保护动作及故障录波分析，故障发生时短路电流达到电流互感器额定值的60倍左右，10 kV高而线保护装置因电流互感器饱和而拒动。主变压器低压侧接线如图1所示。

图1 主变压器低压侧接线

2 电流互感器饱和分析

电流互感器饱和现象可分为稳态饱和和暂态饱和两种。稳态饱和是由于大容量稳态短路电流引起的饱和；暂态饱和是由于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［1］。电力系统短路暂态过程中，短路电流中会有非周期分量存在，这将使短路电流产生偏移，导致电流互感器二次电流不对称，将加速电流互感器的暂态饱和［2］。

2.1 暂态短路电流

高压线路发生短路时，若一次系统空载，短路环路中阻抗角φ=90°，则电流互感器二次侧电流归算到一次侧短路电流为［3］

一次系统发生短路瞬间，当短路电流初相角θ＝0时，非周期直流分量出现最大值，一次系统中的短路电流发生全偏移现象。取偏移系数cosθ＝1，则式（1）为

由此可得，系统发生短路后，短路电流中的非周期分量是按指数衰减的，这是引起暂态变化的最主要原因。Tp越大，θ越接近0，非周期分量的影响越大。

2.2 暂态二次电流

忽略电流互感器的铁芯损耗以及一次绕组的漏抗和电阻，得

由式（3）可得暂态励磁电流i0（t）为

式中：Tb为二次负载回路时间常数，；Ts为二次闭合回路时间常数，；φb为二次负载回路阻抗角，；δ为二次闭合回路阻抗角，。

通过式（4）可以得到，i0（t）励磁电流i0（t）由4个分量组成。其中，ie1是周期分量；ie2和ie4为非周期自由分量，按Ts指数衰减；ie3为非周期强制分量，和一次非周期分量有关。t＝0时，ie1、ie2互相补偿；ie3、ie4互相补偿；ie2+ie3+ie4为总的非周期分量。

暂态二次电流为

由此得到，二次电流is（t）的第二、四分量分别与i0（t）的第二、四分量大小相等，方向相反，在二次闭合回路中形成环流。

综上所述，影响电流互感器饱和的因素为：1）励磁电流中非周期分量的衰减速度随着一次系统时间常数的变大而减慢，一次时间常数越大，电流互感器饱和时间也越长；2）非周期分量在一次系统电流中占的比重越大，非周期分量在励磁电流中的比重也越大，电流互感器饱和也便越严重；3）励磁电流中的周期分量随着电流互感器二次负载的增大而增大，因此，周期分量越大，电流互感器脱离饱和状态越困难。

3 电流互感器饱和对各种保护的影响

系统发生短路故障时，电流互感器铁芯达到饱和状态，二次电流出现畸变，不能准确反映故障电流实际情况，继电保护装置因采不到准确的电流信息，从而无法对故障电流做出准确判断，导致误动或者拒动［4］。

3.1 对电流保护的影响

电流保护的判据为

式中：IJ为流入电流互感器的短路电流二次值；IP为保护装置中的电流保护定值。

由式（6）可得，电流互感器饱和后，二次侧等效动作电流IJ变小，将会引起保护拒动。电流速断保护是仅反映于电流增大而瞬时动作的保护。本区10 kV高而线线路侧发生两相短路故障时，弧光引起三相短路，在短路电流中非周期分量很大，致使电流互感器发生暂态饱和，保护装置采集到的短路电流将小于实际电流，达不到速断保护动作值，保护发生拒动。

3.2 对差动保护的影响

电流互感器饱和后，差动电流和制动电流的测量值都会有变化，且其比值满足差动保护动作条件，如果未采取任何稳定比率差动保护的措施，误操作比率差动保护将会发生。

3.3 对距离保护的影响

输电线路短路故障随着用电负荷的增大而增加，当短路发生在线路末端时，短路电流较大，电流互感器铁芯很容易饱和，畸变现象也会发生，因此距离保护继电器无法避免会受到一定的影响。

4 应对电流互感器饱和的措施

限制短路电流。采用分列运行方式可以很好地限制短路电流，采用分段备投方式来提高分列运行时的供电可靠性。

增大保护级电流互感器的变比。以前，因为用电量不大，通常根据负荷大小来选择电流互感器变比。随着用电量的不断增加，电流互感器的变比往往取决于用电线路可能出现的最大短路电流和互感器的负载能力与饱和倍数，适当增大保护级电流互感器的变比，可以有效避免电流互感器饱和。

减小电流互感器的二次负载。增大电流互感器二次容量，选用横截面积较大的二次导线，如4 mm2导线；将继电保护装置进行就地安装到开关柜，使用的二次电缆长度越短，那么二次电缆的阻抗就会越小，可以有效避免电流互感器饱和。

采用抗饱和能力强的继电保护装置。采用对电流饱和不敏感的保护原理或保护判据，或者采用对电流互感器饱和不敏感的数字式保护装置，可增强电流互感器的抗饱和性能。

5 结语

主要分析电流互感器饱和特性，对电流互感器饱和对相关保护的影响进行总结，提出了几种应对电流互感器饱和的措施，能有效减少供电系统正常运行过程中的电流互感器饱和现象，确保电网安全、稳定运行。

［1］毕大强，冯存亮，葛宝明.电流互感器局部暂态饱和识别的研究［J］.中国电机工程学报，2012，32（31）：24-27.

［2］景敏慧，孔萧迪，覃松涛，等.P类电流互感器饱和原因分析及对策［J］.电力系统自动化，2007，31（21）：94-97.

［3］叶民.电流互感器饱和特性及对继电保护的影响研究［D］.重庆：重庆大学，2007.

［4］黄莉，何奔腾.电流互感器饱和对距离保护的影响［J］.继电器，2004，32（12）：16-21.

［5］陈建玉，孟宪民，张振旗，等.电流互感器饱和和对继电保护影响的分析及对策［J］.电力系统自动化，2000，24（6）：54-56.

陈曰印（1987），工程师，从事变电检修方面工作。

Analysis and Countermeasures of the Tripping Action Caused by Current Transformer Saturation

CHEN Yueyin，DIAO Shoubin，YUAN Jie，LIU Zhen
（State Grid Licheng Power Supply Company，Jinan 250001，China）

The steady state saturation and transient saturation characteristics of the current transformer are introduced，combined with the tripping accident caused by current transformer saturation in 10 kV line，Influence factors of saturation are summarized，influences of current transformer saturation on all kinds of protection are analyzed，and several methods to deal with the saturation are put forward.

current transformer；override trip；steady state saturation；transient saturation

TM771

B

1007-9904（2016）12-0046-03

2016-10-11