实例分析CT饱和特性和解决方法

云南电网有限责任公司玉溪供电局 张骁 周洪胜 冯以帆 李瑞津 王文林

1 引言

事故起因是该地区一35kV JX 变电站的10kV 063 线路发生B、C 相相间短路故障，CT 饱和导致二次电流未能准确反映一次故障电流，未达到线路保护定值导致线路保护未动作，导致该变电站35kV #2 主变低后备保护装置动作跳闸，同时闭锁10kV 备自投装置，造成10kV Ⅱ母失压。

2 事件简要经过

事故前运行方式：35kV JX变#1、#2主变运行状态，10kV I、II 段母线分列运行。10kV I 母线出线共三回：10kV 062线（运行状态），10kV 061线（运行状态），10kV #1电容器组（运行状态），保护功能均正常投入。10kV II 段母线出线共三回：10kV 064 线（运行状态），10kV 063 线（运行状态），10kV #2 电容器组（运行状态），保护功能均正常投入。

事故后运行状态：35kV #2 主变失压，10kVⅡ段母线失压，10kV 063 线、10kV 064 线、10kV #2电容器组失压。

事件发生过程中保护动作报文：

2019-02-17 15：26：20 591ms 35kV #2 主变低后备保护装置保护启动；

2019-02-17 15：26：20 612ms 10kV 063 保护测控装置保护启动；

2019-02-17 15：26：20 828ms 35kV #2 主变低后备保护装置复流I段T1动作；

2019-02-17 15：26：20 869ms 35kV #2 主变10kV侧002断路器分闸；

2019-02-17 15：26：20 888ms 35kV #2 主变35kV侧302断路器分闸。

直接原因：10kV 063 线路发生B、C 相间故障。

间接原因：10kV 063断路器CT故障时过饱和，线路保护装置过流Ⅰ段未动作（电流值未达到），过流Ⅲ段未动作（故障时间未达到），主变低后备越级跳闸。

对故障时刻波形及动作情况进行分析，故障时刻10kV 063保护装置录波如图1所示。

图1 故障时刻10kV063保护装置录波

2019-02-17 15：26：20 627ms，10kV 063出线间隔线路发生B、C相相间短路故障，最大短路电流15.66A（整定值：过流Ⅰ段17.4A、0s，过流Ⅲ段6.8A、0.4s），故障时063 断路器CT 出现严重饱和，二次电流波形出现严重畸变，导致保护装置无法正常采集二次电流，063 断路器保护测控装置采集到的二次故障电流未达到过流I 段保护整定值，故过流I 段保护未动作，063 断路器保护装置过流Ⅲ段保护动作时限整定为400ms，于故障后226ms，由#2 主变低后备保护先于过流Ⅲ段动作切除故障，故过流Ⅲ段未动作。

主变低后备保护动作情况：

2019-02-17 15：26：20 591ms，保护启动；

2019-02-17 15：26：20 828ms，复流Ⅰ段T1动作出口同时跳002、302、012（故障时刻处于热备用状态）断路器，同时出口闭锁10kV备自投。

最大故障电流（CT 变比：400/5）：二次电流16.96A，一次电流1356.8A。35kV#2 主变低后备保护装置录波如图2所示。

图2 35kV#2主变低后备保护装置录波

从故障录波记录可以看出2019-02-17 15:26:20 096ms，35kV#2 主变低后备保护启动，2019-02-17 15:26:20 325ms 动作出口，跳开002、302断路器（#2 主变低后备保护装置整定复流Ⅰ段1 时限跳高侧、低侧、分段断路器），同时闭锁10kV备自投装置，切除故障。

3 CT饱和的分析

3.1 CT饱和的分类

CT饱和分为暂态饱和和稳态饱和，暂态饱和一般由于CT剩磁或者衰减的直流分量引起，在暂态分量逐渐衰减后，饱和逐渐消失，CT稳态饱和多由于CT选型不准和短路电流过大导致，本案例中063断路器CT保护绕组变比仅为100/5，故障时短路电流过大，因此产生了稳态饱和。

3.2 CT饱和时电流的分析

CT中一次、二次电流有如下关系：

式中：I1为一次侧电流；I2为二次侧电流；Im为励磁电流；k为CT变比。

由（1）式可以看出，励磁电流Im越小，CT 误差越小。当CT 未饱和时，励磁电阻两端电压增大时，励磁电流变化较小，当达到饱和点后，随着一次电流增大CT励磁电流迅速增大，而二次电流I2和一次电流I1不再是线性关系，当发生严重饱和时，二次电流变化很小，可以近似认为二次电流不再变化。35kV JX 变063 间隔线路短路电流一次值达到1356.8A 以上，CT 变比为100/5，二次电流应大于67.84A，但是实际063 断路器CT 二次电流增加到15.66A即发生了严重饱和，励磁电流迅速增大，二次电流几乎不再继续增加[1]。

3.3 CT饱和时的波形分析

063断路器CT饱和时的波形如图3所示。

图3 063断路器CT饱和时的波形

稳态CT饱和时二次电流波形残缺，含有大量的高次谐波，其中谐波次数均不大于10次。

3.4 CT拐点电压

通过35kV JX 变063 断路器CT 保护绕组励磁特性试验得到以下数据。063 断路器CT(1S1-1S2)绕组励磁特性试验数据见表1。

表1 063断路器CT(1S1-1S2)绕组励磁特性试验数据

063 断路器CT(1S1-1S2)绕组拐点电压和电流见表2。

表2 063断路器CT(1S1-1S2)绕组拐点电压和电流

063 断路器CT(1S1-1S3)绕组励磁特性试验数据见表3。

表3 063断路器CT(1S1-1S3)绕组励磁特性试验数据

063 断路器CT(1S1-1S3)绕组拐点电压和电流见表4。

表4 063断路器CT(1S1-1S3)绕组拐点电压和电流

CT励磁特性曲线如图4所示。

图4 CT励磁特性曲线

由图4 可以看出，在拐点电压以前，当电压升高时，励磁电流变化很小。当电压超过拐点电压时，随着电压升高，励磁电流变化很大。当其他条件相同时，变比越大，拐点打压越大。所以，由此可以判断，拐点电压为CT 饱和的临界电压值。

4 改进措施与建议

根据35kV JX 变由于故障时CT 饱和导致越级跳闸，主变非计划停运的事件，提出以下几点建议。

4.1 更换CT

一是在CT采购招标阶段，优先考虑选用具有高磁导率的铁芯材料，相同变比的情况下优先考虑选用铁芯截面积较大的CT。

二是从容量方面考虑，选用容量大的CT,提高CT带负载的能力。

三是从二次电流方面考虑，优先选用二次侧额定电流为1A 的CT，条件相同时，等效于二次负载降低25倍。

四是从接线形式方面考虑，优先选用全星型的接线方式，其他条件相同时，二次负载相当于角型接线的三分之一。

五是将两个相同型号、伏安特性相同、变比相同的CT 串联使用，可以有效减少每个CT 的负载。

4.2 不换CT的情况

一是选用变比较高的CT线圈，35kV JX变063断路器CT 保护变比为100/5，接的是1S1 和1S2 两个绕组抽头，可以改为接使用1S1 和1S3 两个绕组抽头，变比为200/5，不但可以使二次侧的故障电流缩小至原故障电流的二分之一，还有效可以降低二次侧的负载。

二是使用横截面积更大的二次电缆芯线，或者是多根电缆芯线并联使用；使用导电率高的电缆，并且降低电缆连接处的电阻；紧固端子，可以减小接触电阻，从而减小二次负载的电阻[2]。